چکیده

تعمیم نمودارهای دریایی و نمودارهای دریایی الکترونیکی (ENCs) یک فرآیند حیاتی است که هدف آن ایمنی ناوبری و ارائه نقشه‌برداری واضح است. این مقاله در مورد مشکل خطوط عمق و تعمیم خط ساحلی – طبیعی و مصنوعی – برای نمودارهای مقیاس متوسط ​​(بندر و رویکرد) با در نظر گرفتن استانداردهای سازمان بین‌المللی هیدروگرافی (IHO)، بهترین شیوه‌های دفاتر هیدروگرافی (HOs) و ادبیات نقشه‌کشی توضیح می‌دهد. فاکتورهای اضافی در نظر گرفته شده عبارتند از مقیاس، عمق و ویژگی های کف دریا. روش پیشنهادی برای تعمیم کانتور عمق از خطوطی استفاده می‌کند که از مدل‌های ارتفاعی دیجیتال با وضوح بالا (DEMs) یا مدل‌هایی که قبلاً در نمودارهای دریایی به تصویر کشیده شده‌اند، ایجاد شده‌اند. علاوه بر این، سازگاری با صداهای عمومی را تضمین می کند. با توجه به تعمیم خطوط ساحلی طبیعی، تمرکز بر مدیریت وضوح، با حفظ شکل، و بر روی جزایر بود. برای ارائه یک راه حل تعمیم مناسب برای خط ساحلی مصنوعی، پیش پردازش شد تا به طور خودکار شکل هر سازه را همانطور که توسط انسان درک می شود (به عنوان مثال، اسکله ای که به نظر می رسد T) تشخیص دهد. روش تعمیم پیشنهادی با روال‌های سفارشی توسعه‌یافته با استفاده از توابع پردازش جغرافیایی استاندارد موجود در یک محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) پیاده‌سازی می‌شود و بنابراین می‌تواند توسط آژانس‌های هیدروگرافی برای پشتیبانی از ENC و تولید نمودار دریایی خود اتخاذ شود. این روش در منطقه خلیج پایین نیویورک در ایالات متحده آمریکا آزمایش شده است. نتایج با موفقیت خطوط عمق و خط ساحلی را در مقیاس‌های 1:10 K، 1:20 K، 1:40 K و 1:80 K ترسیم کردند. با حفظ شکل، و در جزایر. برای ارائه یک راه حل تعمیم مناسب برای خط ساحلی مصنوعی، پیش پردازش شد تا به طور خودکار شکل هر سازه را همانطور که توسط انسان درک می شود (به عنوان مثال، اسکله ای که به نظر می رسد T) تشخیص دهد. روش تعمیم پیشنهادی با روال‌های سفارشی توسعه‌یافته با استفاده از توابع پردازش جغرافیایی استاندارد موجود در یک محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) پیاده‌سازی می‌شود و بنابراین می‌تواند توسط آژانس‌های هیدروگرافی برای پشتیبانی از ENC و تولید نمودار دریایی خود اتخاذ شود. این روش در منطقه خلیج پایین نیویورک در ایالات متحده آمریکا آزمایش شده است. نتایج با موفقیت خطوط عمق و خط ساحلی را در مقیاس‌های 1:10 K، 1:20 K، 1:40 K و 1:80 K ترسیم کردند. با حفظ شکل، و در جزایر. برای ارائه یک راه حل تعمیم مناسب برای خط ساحلی مصنوعی، پیش پردازش شد تا به طور خودکار شکل هر سازه را همانطور که توسط انسان درک می شود (به عنوان مثال، اسکله ای که به نظر می رسد T) تشخیص دهد. روش تعمیم پیشنهادی با روال‌های سفارشی توسعه‌یافته با استفاده از توابع پردازش جغرافیایی استاندارد موجود در یک محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) پیاده‌سازی می‌شود و بنابراین می‌تواند توسط آژانس‌های هیدروگرافی برای پشتیبانی از ENC و تولید نمودار دریایی خود اتخاذ شود. این روش در منطقه خلیج پایین نیویورک در ایالات متحده آمریکا آزمایش شده است. نتایج با موفقیت خطوط عمق و خط ساحلی را در مقیاس‌های 1:10 K، 1:20 K، 1:40 K و 1:80 K ترسیم کردند. برای ارائه یک راه حل تعمیم مناسب برای خط ساحلی مصنوعی، پیش پردازش شد تا به طور خودکار شکل هر سازه را همانطور که توسط انسان درک می شود (به عنوان مثال، اسکله ای که به نظر می رسد T) تشخیص دهد. روش تعمیم پیشنهادی با روال‌های سفارشی توسعه‌یافته با استفاده از توابع پردازش جغرافیایی استاندارد موجود در یک محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) پیاده‌سازی می‌شود و بنابراین می‌تواند توسط آژانس‌های هیدروگرافی برای پشتیبانی از ENC و تولید نمودار دریایی خود اتخاذ شود. این روش در منطقه خلیج پایین نیویورک در ایالات متحده آمریکا آزمایش شده است. نتایج با موفقیت خطوط عمق و خط ساحلی را در مقیاس‌های 1:10 K، 1:20 K، 1:40 K و 1:80 K ترسیم کردند. برای ارائه یک راه حل تعمیم مناسب برای خط ساحلی مصنوعی، پیش پردازش شد تا به طور خودکار شکل هر سازه را همانطور که توسط انسان درک می شود (به عنوان مثال، اسکله ای که به نظر می رسد T) تشخیص دهد. روش تعمیم پیشنهادی با روال‌های سفارشی توسعه‌یافته با استفاده از توابع پردازش جغرافیایی استاندارد موجود در یک محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) پیاده‌سازی می‌شود و بنابراین می‌تواند توسط آژانس‌های هیدروگرافی برای پشتیبانی از ENC و تولید نمودار دریایی خود اتخاذ شود. این روش در منطقه خلیج پایین نیویورک در ایالات متحده آمریکا آزمایش شده است. نتایج با موفقیت خطوط عمق و خط ساحلی را در مقیاس‌های 1:10 K، 1:20 K، 1:40 K و 1:80 K ترسیم کردند. به منظور تشخیص خودکار شکل هر ساختار که توسط انسان ها درک می شود، از قبل پردازش شده بود (به عنوان مثال، اسکله ای که شبیه T است). روش تعمیم پیشنهادی با روال‌های سفارشی توسعه‌یافته با استفاده از توابع پردازش جغرافیایی استاندارد موجود در یک محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) پیاده‌سازی می‌شود و بنابراین می‌تواند توسط آژانس‌های هیدروگرافی برای پشتیبانی از ENC و تولید نمودار دریایی خود اتخاذ شود. این روش در منطقه خلیج پایین نیویورک در ایالات متحده آمریکا آزمایش شده است. نتایج با موفقیت خطوط عمق و خط ساحلی را در مقیاس‌های 1:10 K، 1:20 K، 1:40 K و 1:80 K ترسیم کردند. به منظور تشخیص خودکار شکل هر ساختار که توسط انسان ها درک می شود، از قبل پردازش شده بود (به عنوان مثال، اسکله ای که شبیه T است). روش تعمیم پیشنهادی با روال‌های سفارشی توسعه‌یافته با استفاده از توابع پردازش جغرافیایی استاندارد موجود در یک محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) پیاده‌سازی می‌شود و بنابراین می‌تواند توسط آژانس‌های هیدروگرافی برای پشتیبانی از ENC و تولید نمودار دریایی خود اتخاذ شود. این روش در منطقه خلیج پایین نیویورک در ایالات متحده آمریکا آزمایش شده است. نتایج با موفقیت خطوط عمق و خط ساحلی را در مقیاس‌های 1:10 K، 1:20 K، 1:40 K و 1:80 K ترسیم کردند. روش تعمیم پیشنهادی با روال‌های سفارشی توسعه‌یافته با استفاده از توابع پردازش جغرافیایی استاندارد موجود در یک محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) پیاده‌سازی می‌شود و بنابراین می‌تواند توسط آژانس‌های هیدروگرافی برای پشتیبانی از ENC و تولید نمودار دریایی خود اتخاذ شود. این روش در منطقه خلیج پایین نیویورک در ایالات متحده آمریکا آزمایش شده است. نتایج با موفقیت خطوط عمق و خط ساحلی را در مقیاس‌های 1:10 K، 1:20 K، 1:40 K و 1:80 K ترسیم کردند. روش تعمیم پیشنهادی با روال‌های سفارشی توسعه‌یافته با استفاده از توابع پردازش جغرافیایی استاندارد موجود در یک محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) پیاده‌سازی می‌شود و بنابراین می‌تواند توسط آژانس‌های هیدروگرافی برای پشتیبانی از ENC و تولید نمودار دریایی خود اتخاذ شود. این روش در منطقه خلیج پایین نیویورک در ایالات متحده آمریکا آزمایش شده است. نتایج با موفقیت خطوط عمق و خط ساحلی را در مقیاس‌های 1:10 K، 1:20 K، 1:40 K و 1:80 K ترسیم کردند.

کلید واژه ها:

خطوط عمقی ؛ خط ساحلی ؛ تعمیم ; نمودار دریایی ; ENC (نمودار دریایی الکترونیکی) ; استانداردهای IHO مدل دیجیتال ارتفاع (DEM)

1. مقدمه

قوانین کارتوگرافی برای مناطق عمقی و خطوط در نمودارهای کاغذی و شکل دیجیتالی آنها (نمودار ناوبری شطرنجی) در مقایسه با نمودارهای دریایی الکترونیکی (ENC) متفاوت است. در ENC ها، تعیین نواحی عمق (یعنی خطوط عمقی به هم پیوسته که نواحی عمق را محدود می کنند) مهم است، در حالی که در نمودارهای کاغذی نیازی به تعریف مناطق عمقی نیست و می توان از بخش های شکسته خطوط کانتور برای نمودار استفاده کرد. داده‌ها برای استخراج اعماق آب با استفاده از بررسی‌های با مرجع جزر و مدی، که به عنوان بررسی‌های هیدروگرافیک نیز شناخته می‌شوند، جمع‌آوری می‌شوند که کف را اندازه‌گیری می‌کنند و اجسامی را که برای ناوبری خطرناک هستند (مانند سنگ‌ها و شکسته‌ها) شناسایی می‌کنند. فن‌آوری‌های رایج بررسی برای نقشه‌برداری از بستر دریا، فناوری‌های آکوستیک (مانند پژواک چند پرتوی، MBES) و فناوری‌های نوری (مانند، هوابرد لیدار باتیمتری، ALB) هستند. با استفاده از قوانین گرد کردن، نقشه‌برداران خطوط (و صداها) را برای به تصویر کشیدن نمودارهای دریایی از این منابع داده استخراج می‌کنند. اگرچه می توان انتظار داشت که یک فرآیند کاملاً خودکار در حال حاضر در دسترس باشد، نمودارهای عمق و به تصویر کشیدن صداها هنوز یک فرآیند (نیمه) دستی است [1 ]. دو دلیل اصلی حجم داده ها و شکل حاصل از خطوط عمقی است که باید همه صداها را در محدوده مقدار دو کانتور مرزی شامل شود. پرداختن به این دو موضوع در عین تلاش برای حفظ تصویر خط کانتور در مقیاس‌های مختلف، کاملاً یک چالش است. علاوه بر عمق‌سنجی، داده‌های دقیق خط ساحلی با وضوح بالا از تشخیص دقیق نور و اندازه‌گیری‌های بررسی محدوده (lidar)، تصاویر با وضوح بالا با مرجع جزر و مد و بررسی‌های توپوگرافی جمع‌آوری می‌شوند. مشابه خطوط عمقی، خط ساحلی باید بر اساس مقیاس نمودار تعمیم داده شود [ 2 ]]. استفاده از خط ساحلی فقط برای نمودارهای دریایی محدود نمی شود. یک خط ساحلی که اغلب به روز می شود از برنامه های کاربردی مختلفی از جمله برنامه ریزی فضایی ساحلی و دریایی، مدل سازی موج سونامی و طوفان، ترسیم و کاهش خطرات، مطالعات زیست محیطی و کمک به تولید نمودار دریایی به روز شده پشتیبانی می کند [ 3 ].
این مقاله به خطوط عمق و تعمیم خط ساحلی بر اساس استانداردهای منتشر شده سازمان بین المللی هیدروگرافی (IHO) و شیوه های نقشه برداری اتخاذ شده توسط سازمان های هیدروگرافی (HOs) می پردازد. روش های پیشنهادی با مشکل تعمیم در چارچوب زیر سروکار دارند:
  • یک مدل ارتفاع دیجیتال با وضوح بالا (DEM، 5 متر) به صورت عمودی به نمودار نمودار به عنوان منبعی برای خطوط عمق ارجاع داده شده است.
  • اندازه گیری با وضوح بالا برای خط ساحلی
  • مقیاس نمودارهای دریایی هدف 1:10 K، 1:20 K، 1:40 K و 1:80 K (محدوده مقیاس بندر و نزدیک) است.
  • نتایج تعمیم باید مطابق با مشخصات IHO باشد، به عنوان مثال، S-4، S-57، و S-58 [ 4 ، 5 ، 6 ].
  • رویه‌های تعمیم توسعه‌یافته در این مطالعه باید توابع ژئوپردازش استاندارد موجود در یک محیط سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) باشد تا امکان پیاده‌سازی آسان و پشتیبانی از تولید نمودار، در نتیجه کاهش زمان و هزینه‌های تولید را فراهم کند.
  • صداها که حیاتی‌ترین ویژگی‌ها در نقشه‌برداری دریایی هستند و رابطه توپولوژیکی دقیقی با خطوط ساحلی و عمق دارند، همچنین برای نشان دادن پیکربندی بستر دریا برای ناوبری ایمن تعمیم داده می‌شوند [ 7 ]. صداهای تعمیم یافته به عنوان یک عنصر مهم در روند تعمیم خطوط استفاده می شود همانطور که در این مقاله مستند خواهد شد.
مقاله به شرح زیر سازماندهی شده است: بخش 2 مطالب پس زمینه را در مورد خطوط عمق و تعمیم خط ساحلی ارائه می دهد. بخش 3 و بخش 4 روش پیشنهادی برای خطوط عمق و تعمیم خط ساحلی را تشریح می کند. بخش 5 مطالعه موردی را تشریح می کند و بخش 6 نتایج را مورد بحث قرار می دهد و برنامه هایی را برای تحقیقات آینده ارائه می دهد. پیوست A یک راهنمای دقیق برای مراحل تعمیم دنبال شده است. ضمیمه B ویژگی های کلیدی خط ساحلی مصنوعی، شیوه های تعمیم، اقدامات و روش های مورد استفاده برای شناسایی و تعمیم شکل را ارائه می دهد. پیوست جروش تعمیم خطوط پیشنهادی را با استفاده از ابزارهای ژئوپردازش ArcGIS همراه با مقادیر پارامترهای درگیر توصیف می‌کند.

2. پس زمینه

هدف از خطوط عمق و نقاط ارتفاع در نمودار دریایی با نقشه های توپوگرافی متفاوت است. مقادیر عمق در نمودار برای ایمنی ناوبری به عمق کمتر گرد می شوند. به دلایل مشابه، محتوای عمق در نمودارهای دریایی نمایش شماتیک تری از مورفولوژی بستر دریا ارائه می دهد. با شروع از بستر دریا که توسط مجموعه‌ای از صداها و خطوط استخراج شده از پایگاه داده عمق سنجی مدل‌سازی شده است، نقشه‌نگار در عمل با انتخاب صداهای نقطه‌ای و خطوط بر اساس ارتباط ویژگی‌های زیردریایی که مدل‌سازی می‌کنند، کار می‌کند [ 8 ]]. بنابراین، رویکردهای تعمیم متمایز از نظر محدودیت ها، قوانین، عملگرها و غیره اعمال می شود. در پاراگراف های بعدی، استانداردها، محدودیت ها و شیوه های موجود برای خطوط عمقی و تعمیم خط ساحلی بررسی شده است.

2.1. استانداردها و محدودیت های خطوط عمقی

این مطالعه از تعدادی دستورالعمل برای تعمیم خطوط استفاده می کند که از طریق استانداردهای IHO در دسترس هستند، یعنی IHO S-4، IHO S-57، و IHO S-58 [ 5 ، 6 ، 7 ]. محدودیت ها ناشی از نیاز به ناوبری ایمن و ارائه واضح است. الزامات تعمیم را می توان بر اساس کلاس های مختلف محدودیت سازماندهی کرد [ 9 ]. با مراجعه به طبقه بندی Ruas و Plazanet [ 10 ]، محدودیت ها در تعمیم کانتور عمقی برای نمودارهای دریایی را می توان به صورت زیر دسته بندی کرد:
  • محدودیت خوانایی: خطوط کلی باید با رعایت حداقل اندازه یا فاصله بین آنها خوانا باشند.
  • محدودیت های موقعیت و شکل: موقعیت مطلق و شکل خطوط باید تا حد امکان حفظ شود.
  • محدودیت های ساختاری و توپولوژیکی: روابط فضایی بین خطوط و صداها حفظ می شود.
  • محدودیت عملکردی خاص برای هدف نقشه: در نمودار دریایی، محدودیت های عملکردی محدودیت ایمنی هستند که نشان می دهد عمق گزارش شده نمی تواند بیشتر از عمق واقعی و حفظ مسیرهای ناوبری باشد.
تعمیم نمودار دریایی با گنجاندن سوله هایی که به سمت دریا از خطوط اصلی قرار دارند ادامه می یابد [ 4 ]. کانتورها باید صاف شوند (یعنی کاهش زوایای تیز در چند خط یا چند ضلعی به منظور بهبود کیفیت زیبایی شناختی یا نقشه برداری) فقط در مواردی که لازم است و سردرگمی دریانوردان را از بین ببرد. به عنوان مثال، حذف پیچیدگی‌ها، که باعث سردرگمی دریانوردان می‌شود و هموار کردن خطوط به شدت فرورفته و هل دادن خطوط به سمت دریا برای گنجاندن اعماق آب عمیق‌تر در خطوط کم‌عمق‌تر [ 4 ]]. بعلاوه، خطوط عمق تعمیم یافته نباید از نواحی کم‌عمق‌تر از ناحیه عمق عبور کنند (مثلاً مقادیر کم‌تر از مقدار محدوده عمق، به عنوان مثال، ویژگی شی ویژگی “DRVAL 1” در S-57). خطوط عمقی را می‌توان در شیب‌های بسیار تند حذف کرد، در صورتی که فضا اجازه می‌دهد عمیق‌ترین خطوط را داشته باشد و کم‌عمق‌ترین خطوط باید حفظ شوند. محدودیت‌های خاص‌تر برای تعمیم کانتور عمق، موارد خاص را پوشش می‌دهد، مثلاً کانال‌ها [ 11 ]. خطوط عمق به عنوان ویژگی های خطی نباید با تراکم راس بیشتر از 0.3 میلی متر در مقیاس کامپایل کدگذاری شوند [ 6 ]. این محدودیت توسط اداره ملی اقیانوسی و جوی ایالات متحده (NOAA) بیشتر توضیح داده شده است و آستانه 0.4 میلی متر پیشنهاد شده است [ 12 ].
یک جنبه مهم رابطه بین خطوط و صداها است. صداها و خطوط باید برای تکمیل یکدیگر در ارائه یک نمایش معقول از بستر دریا، از جمله تمام شکست های قابل توجه شیب استفاده شوند. خطوط عمق باید به گونه ای ترسیم شوند که هیچ صدایی که دقیقاً همان مقدار خط کانتور را داشته باشد، در سمت آب های عمیق کانتور ظاهر نشود، به جز جایی که صداها نشان دهنده انبوهی های جدا شده است [ 4 ، 6 ]. در این مورد، آنها باید توسط یک کانتور عمقی با همان مقدار یا یک خط خطر احاطه شوند. خطوط عمقی نباید “لمس” با شکل های صدا داشته باشد و باید در اطراف آنها ترسیم شود [ 11 ].

2.2. کار مرتبط با تعمیم کانتورهای عمق

در ادبیات نقشه‌کشی، دو رویکرد اصلی می‌تواند به عنوان دستورالعمل برای تعمیم کانتور استفاده شود [ 1]. در رویکرد اول، سطح کف دریا تعمیم می‌یابد و خطوط عمقی از سطح ساده‌شده استخراج می‌شوند. این رویکرد به تعمیم مدل مربوط می شود زیرا قوی، سریع است و اجازه می دهد خطوط عمقی در مقیاس های مختلف ایجاد شود. در رویکرد دوم، خطوط از نمودار مقیاس بزرگتر یا استخراج شده از یک DEM به طور مستقیم تعمیم داده می شوند. در این مطالعه، رویکرد دوم دنبال می‌شود، زیرا قابل اطمینان‌تر است، بنابراین به ایمنی ناوبری کمک می‌کند. علاوه بر این، با توجه به خطوط ورودی و محدودیت های فوق الذکر که درک مختصری از کف دریا را به دریانورد ارائه می دهد، منجر به ارائه و زیبایی شناسی واضح می شود.
در چارچوب رویکرد دوم، موضوع مهم برای تعمیم کانتور عمق، انتخاب عملگرهای تعمیم مناسب است. با بررسی روشی که نقشه‌نگاران دریایی به صورت دستی تعمیم کانتور عمق را از مقیاس بزرگ به نمودار مقیاس کوچک انجام می‌دهند، مشاهده می‌شود که خطوط ساده و هموار می‌شوند [ 13 ]. تغییر در شکل چند خط (محورهای باز) و خطوط چند ضلعی (محورهای بسته) فقط می تواند منجر به حرکت منحنی ها به سمت دریا در مقایسه با محل اصلی منحنی شود [ 11 ]]. بر اساس حداقل فاصله آستانه، خطوط چند ضلعی با یکدیگر جمع می شوند. در نهایت خطوط چند ضلعی با خطوط چند ضلعی در مجاورت جمع می شوند. مقایسه خطوط استخراج شده مستقیماً از DEM و آنهایی که در نمودار هیدروگرافی از نیروی دریایی سلطنتی استرالیا نشان داده شده است [ 1 ] نشان داد که حفره های موجود در DEM از نمودار حذف می شوند، در حالی که قله ها یا در نمودار حفظ می شوند یا با یک کانتور دیگر ادغام می شوند. و گروه هایی از خطوط مجاور تجمیع می شوند [ 1 ]. در [ 14]، بستر دریا با استفاده از یک درخت ویژگی که یک ساختار سلسله مراتبی ساخته شده از یک نمودار کانتور عمق را ارائه می دهد، توصیف می شود. عملگرهای تعمیم مانند صاف کردن، جابجایی، حذف، تجمع و بزرگ‌نمایی برای بهبود خوانایی و زیبایی‌شناسی نقشه در خطوط عمق اعمال می‌شوند [ 15 ]. بر اساس این ایده، ژانگ و گیلبرت [ 16 ] یک سیستم چند عاملی (MAS) را برای تعمیم خطوط عمقی معرفی کردند که در مجموعه ای از خطوط در مقیاس 1:50000 ارائه شده توسط سرویس هیدروگرافی و اقیانوس شناسی فرانسه (سرویس) پیاده سازی و آزمایش شد. Hydrographique et Océanographique de la Marine، SHOM) [ 15]. نتایج محدودیت خوانایی را برآورده می کند، با این حال به نظر می رسد مورفولوژی بستر دریا به دلیل فواصل منظم بین خطوط عمق، بیش از حد صاف است. نیاز به گسترش تعریف ویژگی ها برای مقابله با خطوط تقسیم شده و اضافه کردن یک عملگر حذف بخش ضروری است.
با توجه به هموارسازی کانتور عمق، دو روش محدودیت shoal-bias [ 2 ] را مشاهده می‌کنند: بافر دوگانه و spline-snake. دو بافر یک تابع متداول GIS است که معمولاً در نرم‌افزار هیدروگرافی تجاری استفاده می‌شود، جایی که یک خط جدید در فاصله مشخصی از نزدیک‌ترین نقطه روی خط اصلی (یا چند ضلعی) ایجاد می‌شود [ 1 ]. اگر خط جدید سپس در جهت مخالف بافر شود، یک نسخه تعمیم یافته از خط اصلی ایجاد می شود. این به طور موثر محدودیت ایمنی را در نظر می گیرد و همچنین شکلی از تجمع را انجام می دهد [ 1 ]. توجه به این نکته مهم است که خط تعمیم یافته به وسعت کانتور رو به دریا احترام می گذارد [ 17]. در روش دوم، از مدل spline-snake، یک اسپلاین که یک تابع چند جمله ای تکه ای است که طبق تعریف صاف است، استفاده می شود. گیلبرت و لین [ 18 ] و گیلبرت و ساکس [ 19 ] از اسپلاین ها در ترکیب با مدل مار برای انجام هموارسازی و جابجایی استفاده می کنند. روش آنها محدودیت ایمنی را رعایت می کند و در عین حال خطوط صاف را به همراه دارد. علاوه بر این، میائو و کالدر [ 20 ] یک روش بهبود یافته برای استفاده از خطوط B برای تعمیم تدریجی کانتور برای نمودارهای دریایی پیشنهاد کردند.
از بررسی روش‌های تعمیم کانتور عمق فوق، مشخص شد که توصیف بستر دریا یک عامل مهم است که تعمیم کانتور عمق را هدایت می‌کند. علاوه بر این، اطلاعاتی در مورد اپراتورهایی که می‌توانند اعمال شوند و الگوریتم‌های هموارسازی موجود که محدودیت shoal-bias را مشاهده می‌کنند، جمع‌آوری شد. با این حال، روش‌های پیشنهادی [ 14 ، 15 ، 16 ] به ساختارها و ابزارهای رمزگذاری داده خاصی نیاز دارند که در یک GIS استاندارد وجود ندارند. در نتیجه، به کارگیری آنها در یک محیط تولید نمودار دریایی دشوار است زیرا با استانداردهای کدگذاری IHO سازگاری ندارند [ 4 ، 5 ، 6 ]] که از کنسرسیوم فضایی باز (OGC) استفاده می‌کنند، ویژگی‌های ساده بهبود یافته با ویژگی‌های خاص. علاوه بر این، روش‌های موجود خطوط عمقی را که در نمودارهای دریایی [ 15 ] نشان داده شده‌اند، مورد توجه قرار می‌دهند، در حالی که در حال حاضر روند تعمیم خطوط خام استخراج‌شده از DEM‌های با وضوح بالا است. در ارتباط با نتیجه گیری های استخراج شده از بررسی مقالات در مورد تعمیم صداها [ 7]، مشخص شد که صداها و تعمیم خطوط عمقی در یک چارچوب به منظور اطمینان از سازگاری مورد توجه قرار نمی گیرند. در مورد ابزارهای تجاری خارج از قفسه (COTS) که برای تولید نمودار دریایی استفاده می شود، به دانش نویسندگان، هیچ راه حلی وجود ندارد که به طور موثر مشکل تعمیم نمودار دریایی ویژگی های فوق را حل کند. این رویکرد پژوهشی توصیف بستر دریا را به عنوان یک عامل مهم که تعمیم خطوط عمق را هدایت می‌کند، اتخاذ می‌کند. در همان زمان، یک روش تعمیم پیشنهاد می‌کند که می‌تواند خطوط عمقی را که قبلاً در نمودارهای دریایی به تصویر کشیده شده‌اند، اما همچنین آنهایی که از DEM استخراج شده‌اند، مدیریت کند، آنها را با صداهای تعمیم‌یافته ادغام کند و می‌تواند در یک محیط GIS استاندارد پیاده‌سازی شود.

2.3. استانداردهای خط ساحلی و اجرای محدودیت ها

دستورالعمل های کلی برای تعمیم خط ساحلی [ 4 ] به دو الزام اصلی اشاره دارد: ناوبری ایمن و ارائه واضح. در صورتی که خط ساحلی فقط به سمت دریا جابجا شده باشد و هنگامی که نماد خط با ویژگی‌های همسایه همپوشانی نداشته باشد یا با ویژگی‌های همسایه همپوشانی نداشته باشد، ناوبری ایمن تضمین می‌شود. علاوه بر این، نقشه‌بردار تشویق می‌شود تا با استفاده از ساده‌سازی و هموارسازی، «کمترین اطلاعات ضروری را حذف کند». حد جابجایی محور خط ساحلی [ 11 ] نیز باید در نظر گرفته شود. به طور خاص، نیمی از وزن خط نماد به اضافه حداکثر جابجایی +/-0.15 میلی متر قابل قبول است. بر اساس بررسی های اعتبارسنجی ENC [ 6]، خط ساحلی به عنوان یک ویژگی خط نباید در تراکم نقطه ای بالاتر از 0.3 میلی متر در مقیاس کامپایل کدگذاری شود. این محدودیت توسط NOAA بیشتر توضیح داده شده و حد بالایی 0.4 میلی متر پیشنهاد شده است [ 12 ]. در نتیجه حذف رئوس بر اساس معیار فاصله راس به شدت توصیه می شود. در خلیج ها و فروافتادگی ها، نقاط رأسی که خط ساحلی را به سمت ساحل می راند (در محدوده 0.3 میلی متر در مقیاس) باید انتخاب شوند.
جزایر و جزایر برای قضاوت نقشه برداری پیچیده تر در نظر گرفته می شوند و نیاز به جابجایی خاصی دارند. اگر عرض و طول جزایر هر دو بیشتر از 0.8 میلی متر در مقیاس باشد (یعنی عرض و طول هر دو بزرگتر از 8 متر برای 1:10 K، 16 متر برای 1:20 K، 32 متر برای 1:40 باشد. K و 64 متر برای 1:80 K)، جزایر حفظ می شوند و یک منطقه زمین ایجاد می شود [ 21]. اگر عرض و طول یک جزیره هر دو کمتر از 0.8 میلی متر در مقیاس باشد، جزیره به یک ویژگی نقطه فرو می ریزد. در نهایت، اگر عرض و طول یک جزیره بزرگتر از 0.8 میلی متر در مقیاس در امتداد یک جهت باشد، اما کمتر از 0.8 میلی متر در مقیاس در جهت دیگر باشد، جزیره دراز به یک خط فرو می ریزد. در مواردی که ویژگی‌های جدا شده نزدیک به خط ساحلی هستند (به عنوان مثال، زمین‌ها یا نقاطی که کمتر از 8 متر برای 1:10 K، 16 متر برای 1:20 K، 32 متر برای 1:40 K و 64 متر برای 1 K. :80 K تا خط ساحلی)، ویژگی های جدا شده با خط ساحلی ادغام می شوند (یعنی خط ساحلی اصلاح شده باید در مرز بیرونی ویژگی ها باشد).
با توجه به خط ساحلی ساخته دست بشر (به عنوان مثال، IHO S-57 ShoreLine CONStruction، SLCONS [ 5 ])، جزئیات خاص برای مدیریت اسکله ها یا سایر سازه ها بر اساس شکل، ویژگی های هندسی، مانند اندازه، عرض و موقعیت نسبی آنها است. خط ساحلی [ 21 ]. وقتی عرض یک اسکله یا سازه کمتر از 0.4 میلی متر باشد، تنها یک طرف ویژگی دست ساز انتخاب می شود. اسکله ها یا سایر سازه هایی که کوچکتر از 0.8 میلی متر هستند یا کمتر از 0.8 میلی متر از خط ساحلی فاصله دارند حذف می شوند.

2.4. کارهای مربوط به تعمیم خط ساحلی

تعمیم خط ساحلی به عنوان یک موضوع تحقیقاتی رایج در نقشه کشی در نظر گرفته می شود. تعدادی از الگوریتم‌های ساده‌سازی خط در ادبیات ظاهر می‌شوند و در ساده‌سازی خط ساحلی مانند روش‌های اندازه‌گیری هندسی [ 22 ]، روش‌های هدف توپولوژیکی [ 23 ]، روش اصول طبیعی [ 24 ]، روش حفظ شکل [ 25 ] استفاده می‌شوند.] و غیره در این تحقیق تمرکز بر رعایت استانداردهای IHO است. در نتیجه، تراکم راس خط ساحلی طبیعی که برای ENC ها از اهمیت بالایی برخوردار است در اولویت قرار می گیرد. با توجه به تعمیم خط ساحلی مصنوعی، یک مسئله اصلی به سمت اتوماسیون، نیاز به توصیف شکل هر سازه همانطور که توسط انسان ها درک می شود (به عنوان مثال، اسکله ای که شبیه T است) به منظور اعمال راه حل/الگوریتم تعمیم مناسب است. این مقاله روش جدیدی را پیشنهاد می‌کند که به طور خودکار شکل ساختارهای کلیدی خط ساحلی مصنوعی را از طریق پیش پردازش تشخیص می‌دهد و بنابراین از خودکارسازی فرآیند تعمیم پشتیبانی می‌کند.

3. تعمیم خطوط عمق در مقیاس ها

تجزیه و تحلیل قوانین، محدودیت‌ها و روش‌های پیشنهادی برای تعمیم کانتور عمق منجر به طراحی و توسعه یک چارچوب تعمیم جامع می‌شود که در پاراگراف‌های زیر مورد بحث قرار می‌گیرد.

3.1. چارچوب تعمیم خطوط عمقی

منحنی های عمق متریک به تصویر کشیده شده در ENC ها در رابطه با مقیاس کامپایل تنظیم می شوند. این مطالعه به مقیاس‌ها برای نمودارهای دریایی بندر و رویکرد می‌پردازد. مجموعه استاندارد مقادیر عمق سنج عدد صحیح برای خطوط جدید عمق ENC شبکه بندی شده [ 12 ] بر اساس فواصل عمق مشخص شده در مشخصات محصول IHO S-101 [ 26 ] است. گروهی از خطوط (مثلاً 2، 3، 4، 5، 6، 7، 8، 10، 15، 20، 30، 50، 100، 150، 200، 300، 400 و 500 متر) برای به تصویر کشیدن در بزرگترین مقیاس (در این مورد، 1:10 K) و یک زیر مجموعه از این گروه اولیه در مقیاس های کوچکتر به تصویر کشیده شده است ( شکل 1 را ببینید ). انتخاب یک زیر گروه از خطوط به تصویر کشیده شده در مقیاس بزرگتر برای به تصویر کشیدن در مقیاس کوچکتر مطابق با “رویکرد نردبانی” است (شکل 1 ). این نشان می‌دهد که خطوط عمقی که در مقیاس کوچک‌تر به تصویر کشیده می‌شوند، نتیجه تعمیم آنهایی هستند که در مقیاس بزرگتر به تصویر کشیده می‌شوند. بنابراین سازگاری کانتور در سراسر مقیاس ها تضمین می شود. علاوه بر این، پس از تکمیل تعمیم کانتور عمق، مناطق عمق ایجاد می شوند.
این رویکرد همچنین مطابق با پذیرش “رویکرد نردبانی” برای تعمیم صداها است [ 7 ]. نیاز به به تصویر کشیدن زیرمجموعه ای از صداهای اصلی بسیار متراکم از DEM در نمودارها در مقیاس ها، تعمیم DEM را به عنوان یک راه حل کاهش می دهد. بنابراین، هر صدایی که در نمودار مقیاس کوچکتر به تصویر کشیده می شود، طبق مشخصات IHO در مقیاس بزرگتر نیز به تصویر کشیده می شود. در نهایت “رویکرد نردبانی” هم با خطوط عمق و هم صداهای حاصل از تعمیم ارضا می شود.

3.2. روش تعمیم خطوط عمقی

امروزه روش های اندازه گیری کف دریا با دقت بالا منجر به ایجاد DEM با وضوح بالا می شود. در نتیجه، استخراج خطوط عمق به طور مستقیم از DEM با تقاطع در مقادیر عمق مشخص، یک روش معمول است. خطوط عمق استخراج شده معمولاً در معرض تعمیم قرار می گیرند. تعمیم خطوط عمقی به دو مورد زیر اشاره دارد:
  • موارد استخراج شده از DEM باید برای به تصویر کشیدن در بزرگترین مقیاس از سری نمودارهای دریایی تعمیم داده شوند، به عنوان مثال، 1:10 K. بسته به روش درون یابی شبکه ای، این خطوط می توانند “ناهموار” به نظر برسند، به خصوص که مورفولوژی کف دریا تغییر می کند. ناگهان. آنها به دلیل مینیمم و ماکزیمم محلی دارای خطوط جزیره ای زیادی هستند. این مصنوعات نتیجه نویز اندازه گیری است که در مجموعه داده های MBES یا ALB وجود دارد. یعنی تفاوت در عمق بین دو نمونه نزدیک می تواند متفاوت از واقعیت باشد. این مصنوع را می توان حتی پس از پاکسازی آماری مجموعه داده مشاهده کرد [ 1 ، 27 ].
  • آنهایی که در مقیاس بزرگتر از سری نمودارهای دریایی به تصویر کشیده می شوند، باید برای به تصویر کشیدن در مقیاس های کوچکتر (مثلاً 1:20 K برای NOAA) با توجه به رویکرد نردبان تعمیم داده شوند. به همین ترتیب، خطوط مقیاس 1:20 K برای به تصویر کشیدن در مقیاس 1:40 K و موارد دیگر تعمیم داده می شوند.
در این تحقیق، هر دو مورد تعمیم مواجه می‌شوند و محدودیت تعمیم رایج اعمال می‌شود: هر خط کانتور عمقی باید به‌صورت جداگانه تعمیم داده شود. تعمیم با پردازش خطوط کم عمق شروع می شود و با خطوط عمیق ادامه می یابد. این مطابق با اصل کلی تضمین ناوبری ایمن به منظور تضمین جابجایی خطوط عمق تعمیم یافته به سمت دریا به مناطق اعماق دریا است [ 11 ]. بنابراین، هر کانتور به موارد کم‌عمق‌تر از قبل تعمیم‌یافته بستگی دارد.
به منظور انجام تعمیم که ویژگی‌های مورفولوژی بستر دریا را حفظ می‌کند، شناسایی ساختار آن با استفاده از ویژگی‌های مشخصه خطوط مهم است [ 14 ، 15 ]. بر خلاف روش های موجود [ 14 ، 15]، در این مطالعه هر کانتور در ابتدا از پیش پردازش شده و با اطلاعات کمکی که به توصیف و تعمیم بستر دریا کمک می کند، غنی شده است. برای هر کانتور، تعدادی از ویژگی‌ها ارزیابی می‌شوند که عبارتند از: هندسه (به عنوان مثال، باز/بسته)، موقعیت نسبی به کانتور باز (مثلاً منطقه کم‌عمق/منطقه عمیق)، اعماق واقع در داخل آنها (مثلا قله‌ها / گودال‌ها) و روابط توپولوژیکی بین خطوط بسته (به عنوان مثال، بدون حاوی/بدون درون، حاوی دیگری، درون دیگری). خطوط کانتور بر اساس این ویژگی ها طبقه بندی می شوند ( شکل 2 و شکل 3). تمام خطوط کانتور به چند خط باز و چند خط بسته تقسیم می شوند که به چند ضلعی تبدیل می شوند. علاوه بر این، کانتورهای بسته با توجه به کانتور باز تحت بررسی به کانتورهای ناحیه کم عمق و خطوط عمیق ناحیه طبقه بندی می شوند. بنابراین، کانتور باز به عنوان مانعی در نظر گرفته می شود که بر پردازش خطوط بسته تأثیر می گذارد. هر کانتور بسته (چند ضلعی) به عنوان یک گودال یا یک قله در رابطه با مقدار کانتور و اعماق واقع در داخل مشخص می شود. در نهایت، روابط توپولوژیکی بین تمام خطوط بسته در منطقه شناسایی و در یکی از سه دسته زیر طبقه‌بندی می‌شود: (الف) خطوطی که شامل خطوط دیگر نیستند یا نیستند، (ب) خطوطی که حاوی خطوط دیگری هستند، و ج) خطوط موجود در خطوط دیگر.
بر اساس تعاریف طبقه بندی ذکر شده در بالا، تعمیم خطوط عمق با استفاده از درخت تصمیم در شکل 2 ادامه می یابد :
  • قله های ساده در مجاورت کانتور باز: برخی از قله های ساده نسبت به مقیاس نمودار بسیار نزدیک به کانتور باز هستند و بنابراین باید با این کانتور جمع شوند و کانتور باز را به ناحیه عمیق تر منتقل کنند. فقط قله های ساده را می توان با کانتور باز جمع کرد ( شکل 3 a,b). عملگرهای تجمع ( شکل 4 و شکل 5 ) و هموارسازی با روش بافر دوگانه اعمال می شوند.
  • قله های ساده واقع در مجاورت قله های پیچیده: قله های ساده ای که نزدیک به خطوط باز در رابطه با مقیاس نمودار قرار ندارند، برای نزدیکی آنها با قله های پیچیده بررسی می شوند ( شکل 3 a,c). بنابراین، این قله های ساده با قله های پیچیده جمع می شوند ( شکل 4 و شکل 5 ).
  • قله های ساده که در مجاورت قله های باز یا پیچیده نیستند: قله های ساده ای که نزدیک به کانتورهای باز یا قله های پیچیده قرار ندارند، اگر در مجاورت یکدیگر باشند، جمع می شوند.
  • گودال‌های عمیق یا گودال‌های کم عمق: گودال‌های واقع در ناحیه کم عمق یا عمیق که شامل صداگذاری می‌شوند، اگر در مجاورت یکدیگر باشند، ارزیابی و جمع‌آوری می‌شوند ( شکل 3 a,d,e). توصیه می شود از چاله هایی که شامل صداگذاری نیستند حذف شود.
  • قله های کم عمق: اگر در مجاورت یکدیگر باشند، قله های کم عمق ارزیابی و جمع می شوند ( شکل 3 a,e).
  • اغراق در قله‌ها یا گودال‌هایی که دارای صدا هستند: قله‌ها یا گودال‌هایی که دارای صدا هستند باید با حداقل مساحت مورد نیاز برای تصویر صدا بررسی شوند. این ارزیابی اطمینان حاصل می کند که منطقه در دسترس برای به تصویر کشیدن صدا کافی است. اگر ناحیه موجود کافی نیست، خطوط بسته باید با استفاده از عملگر اغراق گسترش داده شوند ( شکل 3 و شکل 4 ).
خطوط عمق حاصل از تجمع نباید از هیچ ویژگی نمودار دیگری عبور کند. این به ویژه برای ویژگی‌های خط مرزی گروه 1 که مرزهای مشخصه‌ای برای ویژگی‌های منطقه «پوست زمین» ترسیم شده‌اند، مانند خط ساحلی، مناطق لایروبی شده و مناطق بررسی نشده صادق است [ 5 ، 6 ]. در نتیجه، این ویژگی های خط مرزی گروه 1 و سایر خطوط عمق در مجاورت به عنوان موانع در طول فرآیند تجمع استفاده می شود. در مقیاس‌های نمودار کوچک‌تر، فاصله/فضای مورد نیاز بین اشیایی که باید جداگانه به تصویر کشیده شوند، بزرگ‌تر می‌شود. بنابراین از فواصل بزرگتر در تجمیع و اغراق استفاده می شود ( شکل 3 ). در صورت نیاز، بسته به دانه بندی خط، ساده سازی و/یا صاف کردن اضافی را می توان روی خطوط به دست آمده اعمال کرد.
یکی از ویژگی های اصلی نمودار دریایی، سازگاری منطقی بین ویژگی های به تصویر کشیده شده در نمودار است. خطوط عمقی و صداها از یک منبع داده نشات می گیرند. با این حال، ناسازگاری ممکن است در مواردی مشاهده شود که یک کانتور شامل تمام صداها با عمق برابر با مقدار آن در محدوده عمق آن نباشد ( شکل 5 a). این موضوع ناشی از گرد کردن صداها است و نه به دلیل خطا در خطوطی که از DEM استخراج شده و به طور مناسب تعمیم داده شده است. به عنوان مثال در شکل 5 الف، تعدادی از صداگذاری با مقدار عمق بیشتر از 4 متر به عنوان مثال، 4.04، 4.06، 4.07 و غیره، با توجه به مشخصات گرد کردن به 4 متر گرد شده است [ 4 ]]. بنابراین، این صداها به نظر می رسد که توسط کانتور عمق تعمیم یافته 4 متر از دست رفته است. به منظور اطمینان از یکنواختی، کانتور عمق 4 متری باید جابجا شود و مجبور شود از تمام صداهای 4 متری عبور کند. در نتیجه، روش پیشنهادی در این مطالعه، انتقال خطوط به سمت عمیق‌تر به منظور عبور از امواج با عمقی برابر با مقدار عمق خطوطی است که در نمودار نشان داده شده‌اند ( شکل 5 ب). این روش برای هر دو کانتور باز و بسته فقط در طول تعمیم خطوط خام برای مقیاس بزرگتر به کار می رود. تعمیم نردبانی» [ 7]، هیچ مشکل ناهماهنگی بین کانتورها و صداها وجود ندارد.
در نتیجه، دنباله عملیات برای تعمیم کانتور به شرح زیر است ( شکل 6 ):
  • پیش پردازش و طبقه بندی خطوط: ساختار بستر دریا را شناسایی کرده و خطوط عمق را طبق توضیح داده شده طبقه بندی کنید ( شکل 2 را ببینید ).
  • تعمیم:
    • نزدیکی بین خطوط را بررسی کنید تا مواردی را که جمع می شوند پیدا کنید، به عنوان مثال، قله های ساده نزدیک به کانتور عمق باز، قله های ساده نزدیک به قله های پیچیده و غیره را ارزیابی کنید.
    • انتخاب صداها: هنگام تعمیم خطوط خام برای مقیاس بزرگتر، به عنوان مثال، 1:10K صداهای به تصویر کشیده شده را با عمقی برابر با مقدار کانتور مورد بررسی و نزدیک به آن قرار دهید.
    • تجمیع برای موارد زیر اعمال می شود: الف. خطوط باز، قله های ساده، ب. قله های پیچیده، قله های ساده، ج. قله های ساده، د. گودال های عمیق، e. قله های کم عمق، f. چاله های کم عمق هنگام تعمیم خطوط خام برای مقیاس بزرگتر، به عنوان مثال، صداهای 1:10 K در فرآیند تجمع در نظر گرفته می شوند.
    • ساده و/یا خطوط صاف حاصل از تجمع.
    • خطوط کوچک بسته که شامل صدا هستند اغراق آمیز کنید.
  • اصلاح همپوشانی ها: خطوطی را که با مناطق لایروبی شده یا خط ساحلی همپوشانی دارند حذف کنید.

4. تعمیم خط ساحلی

خطوط ساحلی طبیعی و مصنوعی مطابق با تحلیل دستورالعمل ها و محدودیت های تعمیم خط ساحلی به طور جداگانه پردازش می شوند. اگرچه تعمیم خط ساحلی طبیعی یک آیتم تحقیقاتی باز است، در این مطالعه تعمیم بر وضوح و جزایر با حفظ ویژگی‌های ذاتی آنها تمرکز دارد. خط ساحلی مصنوعی از تعدادی ساختار به عنوان مثال، اسکله تشکیل شده است. این ساختارها و اشکال آنها باید برای تعمیم موفقیت آمیز شناسایی و مشخص شوند.

4.1. خط ساحلی طبیعی

خط ساحلی طبیعی از طریق یک فرآیند ساده سازی تعمیم می یابد تا به تراکم رئوس مورد انتظار (قطعیت) پیش بینی شده توسط مشخصات برسد. در این مطالعه حداقل آستانه 0.4 میلی متر به مقیاس نمودار است. رئوس هایی که این شرط فاصله را برآورده نمی کنند باید حذف شوند. در نتیجه، استفاده از هر گونه الگوریتم ساده سازی دیگر حذف می شود. حذف رأس بر اساس فاصله بر شکل اصلی خط ساحلی به دلیل چگالی بالای داده های منبع تأثیر نمی گذارد.
قبل از حذف راس، یک مرحله پیش پردازش انجام می شود. این به منظور حفظ ثبات نمودار دریایی انجام می شود. هنگامی که یک ویژگی حذف می شود، باید مراقب بود که این حذف بر دیگری تأثیر نگذارد [ 4 ]. در نتیجه، رئوس خط ساحلی طبیعی که با ساختارهای خط ساحلی مصنوعی که در مقیاس تلفیقی به تصویر کشیده شده اند، مشترک هستند، نباید در طول ساده سازی حذف شوند. این رئوس باید شناسایی و علامت گذاری شوند تا حفظ شوند. بخش های خطی که دارای یک راس مشترک با خط ساحلی مصنوعی هستند، در طول این مرحله پیش پردازش شناسایی می شوند ( پیوست A.1 را ببینید ).
جزایر و جزایر به عنوان ویژگی های خط ساحلی چند ضلعی تعریف می شوند. فاصله بین جزایر/جزایر تا خط ساحلی سرزمین اصلی محاسبه می‌شود و جزایر/جزایر از نظر مساحتشان مشخص می‌شوند. حداقل مستطیل های مرزی برای هر جزیره/جزیره به منظور ارزیابی ویژگی ها مانند عرض و طول ایجاد می شود. ارزیابی خصوصیات، خصوصیات جزایر، جزایر دراز یا آنهایی که خیلی نزدیک به خطوط ساحلی هستند، با رویه‌های خاصی اجرا می‌شوند ( پیوست A.2 را ببینید ).
گام بعدی پس از پیش پردازش و بهبود داده ها، اعمال عملگرهای تعمیم، مانند تجمع، فروپاشی، و ساده سازی به دنبال ویژگی های خط ساحلی طبیعی و دستورالعمل های نقشه برداری است. اول، توابع خاص GIS برای تعمیم ویژگی‌های جزیره مورد استفاده قرار می‌گیرند ( پیوست A.3 را ببینید ) به منظور تجمیع جزایر در مجاورت سرزمین اصلی با خط ساحلی ( شکل 7 ). جزایر بسیار کوچک بر اساس مرکز آنها به ویژگی های نقطه ای تبدیل می شوند ( شکل 8 ) و جزایر کوچک دراز به خطوط ( شکل 9 ) تبدیل می شوند (به محدودیت ها در بخش 2.3 مراجعه کنید ). نمونه های نشان داده شده در شکل 7 ، شکل 8 وشکل 9 به طور خودکار با توابع GIS توسعه یافته ایجاد می شود.
در نهایت، خط ساحلی طبیعی به منظور دستیابی به چگالی رئوس طبق دستورالعمل ها، به عنوان مثال، حداکثر 0.4 میلی متر در هر مقیاس، ساده شده است. بخش های خط حاصل از مرحله پیش پردازش خط ساحلی طبیعی به ترتیب پردازش می شوند ( شکل 10 ). تمام بخش های خط ساحلی که به خط ساحلی مصنوعی متصل نیستند و کوچکتر از فاصله تحمل هستند حذف می شوند. هنگامی که یک بخش خط ساحلی حذف می شود، بخش خط ساحلی بعدی به قسمت قبلی منتقل می شود. در نتیجه، یک ویژگی خط ساحلی جدید از بخش‌های خط ساحلی جدید ایجاد می‌شود که تمام ویژگی‌های اصلی به ویژگی خط ساحلی جدید منتقل/به‌روزرسانی می‌شود.

4.2. خط ساحلی مصنوعی

یک خط ساحلی مصنوعی از ساختارهای خاصی مانند اسکله، موج شکن و غیره تشکیل شده است که در ویژگی CATSLC (یعنی IHO S-57 CATEgory of ShoreLine Construction) [ 5 ] نشان داده شده است. به منظور اعمال تعمیم مناسب، ویژگی های خاص سازه ها که شکل آنها را توصیف می کند باید از طریق پیش پردازش شناسایی شوند. از آنجایی که این ساختارها از ساده تا بسیار پیچیده متفاوت هستند، می توان تنها آنهایی را که شبیه به اشکال هندسی هستند، تشخیص داد و به روشی یکنواخت رفتار کرد. موارد خاص و بسیار پیچیده باید به صورت جداگانه توسط کارتوگراف مجرب انجام شود.
مرحله تعمیم برای خطوط ساحلی مصنوعی به صورت مرحله ای انجام می شود. ابتدا، تمام بخش های متصل که ساختار خط ساحلی مصنوعی را تشکیل می دهند، ارزیابی می شوند. سپس هر سازه مصنوعی بر اساس ویژگی های خاص آن از نظر شکل طبقه بندی می شود. به عنوان مثال، یک پایه T شکل با استفاده از ویژگی‌های ذاتی خود طبقه‌بندی می‌شود، مانند طول، عرض و سایر ویژگی‌هایی که از طریق پیش پردازش شناسایی می‌شوند، مانند فاصله از خط ساحلی، آزیموت با توجه به یک مرجع معین و غیره. برای هر ساختار، عناصری که به دلیل تغییر می‌شوند. به تعمیم مشخص می شود، به عنوان مثال، یک ساختار T شکل به محور عمودی و فنجان تجزیه و تحلیل می شود. این عناصر در اصل از نظر معنایی علامت گذاری نمی شوند زیرا ساختارها به عنوان بخش های خط ساده ذخیره می شوند. در نهایت تعمیم مطابق با مشخصات اعمال می شود.
حداقل مستطیل مرزی (MBR) ساختار کمکی کلیدی است که امکان شناسایی زیرگروه های بخش هایی را که به هم متصل هستند و ساختارهای خاصی را تشکیل می دهند، می دهد. به این صورت ایجاد می‌شود: بافرها در اطراف بخش‌های خط ساحلی مصنوعی ایجاد می‌شوند، بافرهای همپوشانی به یک چند ضلعی ادغام می‌شوند و در نهایت یک مستطیل حداقل برای هر چند ضلعی ایجاد می‌شود. ابعاد MBR مانند عرض، طول و غیره به عنوان ویژگی به داده ها اضافه می شود. بخش ها در هر MBR به عنوان یک ساختار در نظر گرفته می شوند. جدای از ابعاد MBR، تعدادی از معیارها/ویژگی های هندسی و توپولوژیکی در نظر گرفته شده است:
  • تعداد بخش‌ها (حذف گره‌هایی که نشان‌دهنده تقاطع و/یا خطوط تقسیم در تقاطع نیستند).
  • فاصله بخش ها از خط ساحلی؛
  • تعداد بخش های مرتبط با خط ساحلی؛
  • آزیموت پاره ها و تغییر آزیموت بین پاره های متوالی.
تعدادی از ویژگی های کلیدی خط ساحلی مصنوعی شناسایی شده است ( شکل 11 ). در ضمیمه B ( جدول A1 )، اقدامات و رویه های مورد استفاده برای شناسایی آنها به تفصیل ارائه شده است.
دو عملگر تعمیم برای سازه های خط ساحلی مصنوعی اعمال می شود: فروپاشی (به حداقل رساندن ابعاد ویژگی)، مانند تبدیل شکل L به خط ( شکل 12 )، شکل Pi به خط ( شکل 13 )، شکل چکمه به خط ( شکل 14). یک شکل T به خط ( شکل 15 )، و حذف مانند تبدیل شکل T (بدون عرض) ( شکل 16 ) و شکل آنتن ( شکل 17 ) (حذف قسمت های خاص – شکل 17 ج، یا حذف ویژگی – شکل 17د). تابع فروپاشی را می توان در موارد تعمیم در حال گذار از نمودار مقیاس بزرگ به نمودار مقیاس متوسط ​​اعمال کرد. سپس، حذف برای موارد تعمیم در حال گذار از نمودارهای مقیاس متوسط ​​به نمودارهای مقیاس کوچک اعمال می شود. در پیوست B ( جدول A1 )، ( شکل 11).a-l)، شیوه های تعمیم به طور مفصل ارائه شده است. هر دو تمرین به عنوان مرحله A (از مقیاس بزرگ به مقیاس متوسط) و مرحله B (از مقیاس متوسط ​​به مقیاس کوچک) ثبت می شوند. یک عامل حیاتی برای حذف هر سازه مصنوعی که عرضی نسبت به خط ساحلی دارد، طول سازه ای است که فاصله آن از خط ساحلی را توصیف می کند. وقتی این فاصله نسبت به مقیاس نمودار خیلی کوتاه باشد، کاربر قادر به تشخیص سازه از خط ساحلی نیست. استفاده از عملگر فروپاشی در بسیاری از موارد می تواند به یک راه حل واقع بینانه منجر شود. بدیهی است که فهرست موارد شناسایی شده در این مطالعه نه انحصاری و نه کامل است، بلکه هدف آن ارائه راه حل هایی برای رایج ترین موارد است. توسعه یک راه حل تعمیم خودکار برای ساختارهای پیچیده با تنوع زیاد به دلیل چالش در ارائه توضیحات تحلیلی آنها ممکن نیست. در عوض، تنها فاصله از خط ساحلی می تواند به عنوان معیار حذف اعمال شود.
در نتیجه، توالی عملیات تعمیم اعمال شده برای ویژگی های خط ساحلی به شرح زیر است:
  • شناسایی سازه ها در خط ساحلی مصنوعی و طبقه بندی آنها بر اساس شکل آنها به ویژگی های اصلی خط ساحلی مصنوعی ( شکل 11 ). این به طور خودکار بر اساس روش توصیف شده در بالا انجام می شود.
  • روش تعمیم مناسب را برای هر سازه خط ساحلی مصنوعی بر اساس طبقه بندی و ویژگی های شناسایی شده (به عنوان مثال، حداقل عرض و حداقل طول) و تحمل ها بر اساس دستورالعمل های مقیاس تدوین نمودار دریایی اعمال کنید ( شکل 12 ، شکل 13 ، شکل 14 ، شکل 15 ، شکل 16 و شکل 17 ).
  • راس هایی را در امتداد خط ساحلی طبیعی که با سازه های خط ساحلی مصنوعی مشترک هستند که در مقیاس تلفیقی به تصویر کشیده می شوند، شناسایی کنید ( شکل 10 ).
  • خط ساحلی طبیعی را با حذف رئوس خیلی نزدیک به یکدیگر به منظور دستیابی به فاصله بین رئوس با توجه به مشخصات (با در نظر گرفتن رئوس مشترک با خط ساحلی مصنوعی که نباید حذف شوند) ساده کنید ( شکل 10 ).
  • جزایر را بر اساس دستورالعمل های مربوط به مقیاس تعمیم دهید، به عنوان مثال، تجمع با خط ساحلی، فروپاشی به نقطه و فروپاشی به خط ( شکل 7 ، شکل 8 و شکل 9 ).

5. مطالعه موردی – نتایج

5.1. منطقه مطالعه و منبع داده

منطقه مورد مطالعه برای روش تعمیم فوق، منطقه خلیج راریتان است. خلیج راریتان ( شکل 18 الف) خلیجی است که در بخش جنوبی خلیج پایین نیویورک بین ایالت های نیویورک و نیوجرسی قرار دارد و بخشی از خلیج نیویورک است [ 28 ]. داده‌های عمق سنجی پایین از منبع ملی آب‌سنجی NOAA [ 29 ] با وضوح 5 متر DEM در یک منطقه 110 کیلومتر مربعی تولید شد ( شکل 18 ب). محدوده عمق مجموعه داده حمام سنجی بین 0.94 متر بالاتر از میانگین کم آب (MLLW) تا 15.75 متر زیر MLLW است.
DEM دارای شکاف است و منطقه تا خط ساحلی را پوشش نمی دهد. برای استخراج خطوط کانتور، یک DEM پوشش کامل برای منطقه مورد مطالعه به منظور جلوگیری از کانتورهای تکه تکه مورد نیاز است. با توجه به قوانین نقشه برداری کلیدی، مناطق غیر بررسی بر اساس عمق سنجی شبکه ای تولید می شوند. یک شبکه نامنظم مثلثی (TIN) با استفاده از خط ساحلی و نقاط حاصل از تبدیل DEM به یک مجموعه داده نقطه ای ایجاد می شود. TIN حاصل به یک DEM جدید به منظور درونیابی و پر کردن شکاف‌ها در مناطق غیرمطالعه‌ای تا خط ساحلی شبکه‌بندی می‌شود. مناطق دارای داده های بررسی با استفاده از مقادیر ارتفاع از DEM اصلی دست نخورده باقی می مانند. خطوط عمق برای مقیاس 1:10K از DEM “کامل” جدید استخراج می شوند.شکل 19 ).
داده های خط ساحلی NOAA در مقیاس 1:15 K به عنوان یک مجموعه داده مرجع برای آزمایش رویه های تعمیم برای محصولات نمودار 1:20 K استفاده شد. سپس مجموعه داده 1:20 K تعمیم داده می شود تا با توجه به رویکرد نردبانی، 1:40 K و 1:80 K به دست آید.

5.2. پیاده سازی

روش تعمیم کانتور عمق پیشنهادی با استفاده از ابزارهای پردازش جغرافیایی ArcGIS 10.5.1 ESRI در روتین‌های سفارشی که مجموعه قوانین توسعه‌یافته را اعمال می‌کند و فرآیند را با استفاده از مدل‌های پردازش جغرافیایی خودکار می‌کند، اجرا می‌شود. دنباله رویه های اعمال شده و مقادیر پارامترهای مورد استفاده در ضمیمه C ظاهر می شود . هنگام تعمیم تصویر خطوط خام در مقیاس بزرگتر، مقادیر فاصله برای تجمع بزرگتر است تا صداهای انتخاب شده را در بر گیرد. برای تجمع کانتور، 3 میلی متر در مقیاس نمودار استفاده می شود. این همچنین حداقل اندازه برای خطوط بسته است که شامل یک صدا است. با کوچکتر شدن مقیاس، نیاز به صاف کردن خطوط کاهش می یابد. صاف کردن بیشتر هنگام تعمیم خطوط خام که ناهموارتر هستند اعمال می شود.
تعمیم خط ساحلی در ArcGIS 10.5.1 نیز اجرا شده است. برای دستیابی به چگالی رئوس مورد نیاز با استفاده از اسکریپت پایتون، یک روش ساده‌سازی برای چند خط خط ساحلی طبیعی خام اعمال شد. با توجه به تعمیم خط ساحلی مصنوعی، رویه‌هایی که قبلاً توضیح داده شد به خوبی در ArcGIS با استفاده از ابزارهای پردازش موجود برای داده‌های مکانی به همراه روال‌های سفارشی توسعه‌یافته پیاده‌سازی می‌شوند. همه رویه ها از مقادیر پارامترها مطابق با استانداردهای موجود استفاده می کنند.

5.3. نتایج

در شکل 20 و شکل 21 ، می توان نمونه هایی از تعمیم خطوط عمق را در عصاره نمودارهای دریایی مربوطه در مقیاس های 1:10 K، 1:20 K، 1:40 K و 1:80 K مشاهده کرد. صداهای به تصویر کشیده شده عبارتند از نتایج حاصل از تحقیقات منتشر شده توسط نویسندگان در مورد تعمیم صداها [ 7 ]. نمونه های تعمیم خط ساحلی را می توان در شکل 22 و شکل 23 یافت. جدای از ساده‌سازی، مثال اول ( شکل 22 ) شامل جزایری است که به نقاط فرو می‌روند و دومی شامل تجمع جزایری است که نزدیک به خط ساحلی قرار دارند ( شکل 23).). تعمیم خط ساحلی مصنوعی نیز ارائه شده است. تمام نمونه‌های نشان‌داده‌شده در این شکل‌ها به‌طور خودکار بر اساس روال‌های پردازش جغرافیایی توسعه‌یافته تولید می‌شوند.
نمودارهای دریایی گردآوری شده قابل اعتماد، کارآمد و مطابق با مشخصات هستند. ارزیابی بصری نمودارهای دریایی به دست آمده نشان می دهد که آنها نمایش واضحی از بستر دریا ارائه می دهند و هیچ تناقضی بین سونوگرافی ها و خطوط عمق وجود ندارد. نتایج ساده‌سازی خط ساحلی طبیعی رضایت‌بخش است، اگرچه به نظر می‌رسد چندین موضوع تعمیم در مورد ویژگی‌های رودخانه با دو ساحل باقی مانده است. این پرونده در چارچوب این پروژه رسیدگی نشده است. علاوه بر این، شکست در توسعه قوانین برای تعمیم ویژگی های خاص خط ساحلی مصنوعی به دلیل پیچیدگی شدید آنها است. به طور کلی، نمودارهای دریایی به دست آمده همبستگی بسیار خوبی را با ENC های NOAA منتشر شده نشان می دهد (US5NYCBC، US5NYCBE، US5NYCBD، US5NYCAC، US5NYCAD، US5NYCAE). که درشکل 24 ، خطوط عمق در مقیاس 1:10K از شکل 20 بر روی خطوط عمق استخراج شده از ENC US5NYCBD پوشانده شده است. شباهت زیادی بین دو مجموعه داده وجود دارد. تفاوت اصلی قابل مشاهده این است که نتایج کانتور عمق از این مطالعه صاف تر از خطوط عمق ترسیم شده است، همانطور که با توجه به زیبایی شناسی نقشه برداری برای نمودارهای دریایی انتظار می رود.

6. بحث

هدف تحقیق ارائه شده در این مقاله پوشش شکاف های خاص در خطوط عمق و تعمیم خط ساحلی شناسایی شده از طریق بررسی ادبیات و در محیط های تولید نمودار دریایی است. این روش یک روش تعمیم را پیشنهاد می‌کند که هم از خطوط عمقی که قبلاً در نمودارهای دریایی نشان داده شده‌اند و هم از آنهایی که از DEM استخراج شده‌اند استفاده می‌کند و یکپارچگی با صداهای تعمیم‌یافته را تضمین می‌کند. در مورد تعمیم خط ساحلی مصنوعی، روشی پیشنهاد شده است که به طور خودکار شکل ساختارهای خط ساحلی مصنوعی (به عنوان مثال، اسکله ای که شبیه T به نظر می رسد) را از طریق پیش پردازش تشخیص می دهد و بنابراین از خودکارسازی فرآیند تعمیم پشتیبانی می کند. موضوع مهم دیگر انطباق با استانداردهای بین المللی پذیرفته شده IHO و کدگذاری همراه با پیاده سازی در محیط GIS است.
روش پیشنهادی تعدادی از کیفیت ها را نشان می دهد زیرا بر اساس استانداردهای پذیرفته شده و بهترین شیوه ها است و در عین حال راه حل های جدیدی را معرفی می کند. به طور خاص در مورد تعمیم خطوط عمق، انطباق با بهترین شیوه ها و استانداردها عبارتند از: (الف) ناوبری ایمن: این امر با شروع تعمیم از خطوط کم عمق و ادامه با خطوط عمیق تضمین می شود. بنابراین، هر کانتور به موارد کم‌عمق‌تر از قبل تعمیم‌یافته بستگی دارد و جابجایی همیشه به ناحیه عمیق و (ب) تشخیص ساختار کف دریا است: این با شناسایی ویژگی‌های کانتور پشتیبانی می‌شود ( شکل 2)) حاصل از پیش پردازش و غنی سازی خطوط. از سوی دیگر، نوآوری توسط: (الف) منبع داده معرفی می شود: روش برای تعمیم خطوط عمق خام استخراج شده از DEM ها و خطوط عمق از نمودارهای دریایی موجود و (ب) سازگاری با صداها: سازگاری با صداهای به تصویر کشیده شده در نمودار به دلیل مدیریت یکپارچه تضمین شده است و بنابراین روش مزیتی در مقایسه با تعمیم DEM و استخراج کانتور بعدی دارد. در عین حال، انطباق تعمیم خط ساحلی با بهترین شیوه ها و استانداردها شامل موارد زیر است: (الف) سازگاری: خط ساحلی طبیعی جدا از خط ساحلی مصنوعی اداره می شود، اما سازگاری تضمین می شود. رئوس خط ساحلی طبیعی که با سازه های خط ساحلی مصنوعی که در مقیاس تلفیقی به تصویر کشیده شده اند مشترک هستند حذف نمی شوند و (ب) وضوح: تاکید بر وضوح خط ساحلی طبیعی با توجه به مشخصات مقیاس است که یک جنبه بسیار مهم برای ENC ها است. علاوه بر این، نوآوری از طریق تشخیص شکل ساختار مصنوعی معرفی می شود. شکل و شکل ساختارهای خط ساحلی مصنوعی که توسط انسان درک می شود (به عنوان مثال، اسکله ای که شبیه T شکل است) از طریق پیش پردازش شناسایی می شود. سپس تعمیم بر اساس قوانین استخراج شده از مشخصات با توجه به معیارهای ساختارهای شناخته شده مانند طول، عرض امکان پذیر است. یک پایه که شبیه T شکل است) از طریق پیش پردازش. سپس تعمیم بر اساس قوانین استخراج شده از مشخصات با توجه به معیارهای ساختارهای شناخته شده مانند طول، عرض امکان پذیر است. یک پایه که شبیه T شکل است) از طریق پیش پردازش. سپس تعمیم بر اساس قوانین استخراج شده از مشخصات با توجه به معیارهای ساختارهای شناخته شده مانند طول، عرض امکان پذیر است.
در نهایت، هر دو روش ویژگی‌های مشترکی با روش توسعه‌یافته برای تعمیم صدا در چارچوب یک ابتکار تحقیقاتی مشابه نشان می‌دهند [ 7 ]، مانند:
  • انعطاف پذیری و سفارشی سازی : مقادیر پارامترهای مورد استفاده، به عنوان مثال، فاصله برای تجمع و غیره را می توان توسط نقشه نگار تنظیم کرد، بنابراین یک راه حل کاملاً پارامتری ارائه می شود. در نظر گرفته می‌شود که یک رویکرد «پارامتری» به میزان قابل‌توجهی به انعطاف‌پذیری روش کمک می‌کند، نیازهای مؤسسات مختلف هیدروگرافی را تطبیق می‌دهد، و با مورفولوژی و مقیاس بستر دریا سازگار است.
  • اتوماسیون: اپراتورهای مناسب توسط ساختار و ویژگی های خطوط عمق فراخوانی می شوند. اپراتورهای مناسب برای جزایر بر اساس مساحت، ابعاد و فاصله آنها از خط ساحلی سرزمین اصلی فراخوانی می شود. سناریوهای تعمیم خاص بر اساس ساختار شکل شناسایی شده برای خط ساحلی مصنوعی اعمال می شود. تداخل کاربر به تنظیم دقیق اپراتورهای خاص با تنظیم مقادیر پارامترها محدود می شود.
  • پیاده‌سازی محیط GIS: به دلیل پیاده‌سازی در محیط GIS، کدگذاری داده‌ها بر اساس ویژگی‌های ساده OGC انجام می‌شود و روش‌هایی با ابزارهای پایه GIS پیاده‌سازی می‌شوند. در نتیجه، سازگاری با استانداردهای کدگذاری IHO [ 4 ، 5 ، 6 ] به دست می آید و پذیرش در هر محیط تولید نمودار دریایی امکان پذیر است.
کفایت روش تأیید می شود زیرا برای مجموعه داده های واقعی استفاده شده توسط یک HO (یعنی NOAA) در تولید نمودار دریایی اعمال می شود. علاوه بر این، نتایج مطالعه موردی اثربخشی روش را تأیید می کند. مطالعه موردی منطقه جغرافیایی گسترده‌ای به مساحت 110 کیلومتر مربع را در بر می‌گیرد که توسط 9 ENC NOAA (یعنی US5NYCBC، US5NYCBE، US5NYCBD، US5NYCAC، US5NYCAD و US5NYCAE) در مقیاس 1:10K پوشش داده شده است. خطوط عمق تعمیم یافته در چنین منطقه مطالعه موردی گسترده ای با مواردی که در ENC های NOAA به تصویر کشیده شده است مقایسه شد و هیچ تناقضی یافت نشد. در نتیجه، اعتبار روش تایید می شود. عصاره مقایسه در شکل 22 ارائه شده است .
در نتیجه، روش‌های توصیف‌شده اجزای یک راه‌حل یکپارچه برای تعمیم نمودار دریایی در نظر گرفته می‌شوند: تعمیم خط ساحلی اجرا می‌شود و تعمیم خطوط عمق با در نظر گرفتن فراخوان‌های تعمیم‌شده همانطور که در [ 7 ] ارائه شده است انجام می‌شود.]. در آینده، استفاده از روش های توصیف شده در سایر مناطق جغرافیایی با ویژگی های مختلف بستر دریا و خط ساحلی مهم است. علاوه بر این، روش پیشنهادی برای تعمیم این سه ویژگی ساختاری در نمودارهای مقیاس کوچکتر بررسی خواهد شد. به طور خاص در مورد تعمیم خطوط عمق، مهم است که روی مناطقی کار کنید که خطوط خیلی نزدیک قرار دارند و با ترکیب عملگرهایی مانند حذف و ادغام نمی‌توانند به طور کامل به تصویر کشیده شوند. موارد دیگر مانند کانال های طبیعی نیز نیاز به رسیدگی ویژه دارند. در مورد خط ساحلی، تعمیم سواحل رودخانه ها باید مورد بررسی قرار گیرد [ 30 ].
به طور کلی، اشاره شده است که روش پیشنهادی برای تعمیم خطوط ساحلی و عمق به همراه تعمیم صداگذاری [ 7 ] یک رویکرد جامع برای مشکل را تشکیل می دهد. علاوه بر این، می‌توان آن را به‌عنوان یک ماژول نرم‌افزار یکپارچه پیاده‌سازی کرد که نتایج تعمیم ثابتی را ارائه می‌دهد، مداخله نقشه‌نگار دریایی را به حداقل می‌رساند و زمان و هزینه تولید نمودار دریایی را به میزان قابل‌توجهی کاهش می‌دهد.

پیوست اول

ضمیمه A.1. شناسایی رئوس و بخش های خط ساحلی طبیعی مرتبط با خط ساحلی مصنوعی

  • تبدیل خطوط ساحلی طبیعی به بخش‌ها؛
  • گره های بخش ها را به عنوان نقاط استخراج کنید و گره “END” را علامت گذاری کنید.
  • محاسبه فاصله بین نقاط ناشی از گره های “END” و ساختارهای خط ساحلی مصنوعی که در مقیاس تلفیقی به تصویر کشیده شده اند.
  • علامت گذاری گره «END» با فاصله صفر که نباید حذف شود و با فاصله های غیر صفر که می توان حذف کرد.
  • این اطلاعات را به بخش‌های خط ساحلی طبیعی منتقل کنید و در نتیجه بخش‌ها را براساس گره «END» به‌عنوان «قابل حذف» یا «نمی‌توان حذف کرد» مشخص کنید.

ضمیمه A.2. ایجاد چندضلعی جزیره و ارزیابی خواص

  • ایجاد چند ضلعی: تبدیل خط ساحلی طبیعی (ویژگی های خطوط) که جزایر را تشکیل می دهند به چند ضلعی.
  • حذف ویژگی های طبیعی: خطوطی را که به چند ضلعی جزیره تعلق دارند از مجموعه داده خطی خط ساحلی طبیعی حذف کنید.
  • تعیین مجاورت: محاسبه فاصله از چند ضلعی جزیره تا خط ساحلی خطی
  • کادر محدود: حداقل مستطیل مرزی را برای هر چند ضلعی جزیره ایجاد کنید و ابعاد مستطیل مانند عرض و طول را به عنوان ویژگی های داده ها ثبت کنید.

ضمیمه A.3. تعمیم چند ضلعی ها

  • ویژگی‌های زمین نزدیک به خط ساحلی با خط ساحلی ادغام می‌شوند: (الف) چند ضلعی‌هایی با فاصله کمتر از حد تعیین‌شده توسط مقیاس نمودار از خط ساحلی، (ب) چند ضلعی‌های کل، و (ج) ایجاد چندضلعی جدید خط ساحلی ( شکل 7 ).
  • حفظ چند ضلعی جزیره: شناسایی چند ضلعی که به عنوان چند ضلعی باقی می ماند. انتخاب چند ضلعی با عرض و طول بیشتر از تحمل مناسب با توجه به مشخصات مقیاس نمودار.
  • جمع کردن جزایر به نقاط: (الف) جزایر (چند ضلعی های کوچک) را شناسایی کنید که با انتخاب چند ضلعی با عرض و طول کوتاه تر از تحمل مناسب مطابق با مشخصات مقیاس نمودار ( شکل 8 )، (ب) ایجاد نقاط از مرکز چند ضلعی به نقاط چند ضلعی ها را جایگزین کنید و (ج) خطوط آن چند ضلعی ها را از خط ساحلی حذف کنید.
  • جمع کردن جزایر کشیده به خطوط: (الف) چند ضلعی‌های کشیده کوچک را شناسایی کنید که به خطوط فرو می‌روند ( شکل 9 )، (ب) تبدیل چند ضلعی‌ها به خطوط دوتایی بر اساس بزرگترین بعد آنها، (ج) ایجاد یک خط محور از خطوط دوگانه برای جایگزینی چند ضلعی‌ها ، و (د) خطوط آن چند ضلعی ها را از خط ساحلی حذف کنید.

ضمیمه B

جدول
جدول A1. ویژگی‌ها و اشکال اصلی خط ساحلی مصنوعی، شیوه‌های تعمیم، اقدامات و روش‌های مورد استفاده برای شناسایی و تعمیم شکل.

ضمیمه C. رویه تعمیم کانتورها همانطور که در مطالعه موردی با استفاده از ابزارهای پردازش جغرافیایی ArcGIS استفاده می شود

  • ایجاد یک DEM پوشش کامل جدید: شکاف های موجود در مجموعه داده همانطور که قبلاً با استفاده از ابزار “ایجاد TIN” توضیح داده شد پر می شود. DEM جدید به یک ابر نقطه تبدیل شده و به سیستم مرجع مختصات نمودار پیش بینی می شود.
  • پیش پردازش و طبقه بندی خطوط: خطوط عمق خاص از DEM پوشش کامل مطابق مشخصات نمودار استخراج می شوند. خطوط عمق با اطلاعات اضافی مورد نیاز برای مراحل بعدی غنی شده و طبقه بندی می شوند ( شکل 2 ).
  • تجمیع و صاف کردن خطوط عمق باز، پیک های ساده همسایه و صداهای صحیح مرتبط: روش بافر دوگانه با یک مدل Model Builder سفارشی با استفاده از “ابزار بافر” و سایر ابزارهای پردازش جغرافیایی اعمال می شود.
  • تجمع (الف) خطوط پیچیده، قله‌های همسایه و صداهای عدد صحیح مرتبط یا (ب) خطوط بسته همسایه از همان دسته و صداهای صحیح مرتبط: یک ابزار سفارشی مبتنی بر ابزار “چندضلعی‌های جمعی” اعمال می‌شود. صداهای انتخاب شده با ابزار بافر به چند ضلعی های کوچک تبدیل می شوند تا در ابزار “چندضلعی های جمعی” استفاده شوند. سایر ویژگی های نمودار دریایی به عنوان موانع تجمع برای جلوگیری از همپوشانی استفاده می شود.
  • هموارسازی: این کار با الگوریتم PAEK (تقریب چند جمله ای با هسته نمایی) انجام می شود. تحمل هموارسازی توسط کاربر در رابطه با مقیاس نمودار دریایی و دانه بندی خط تعیین می شود.
  • اغراق: بر اساس ابزار “Buffer”، خطوط بسته ممکن است بزرگ شوند تا تصویری از مقدار صدای مورد نیاز را در خود جای دهند.
  • حذف: بر اساس ابزار “انتخاب” می توان ویژگی ها را با توجه به ویژگی های آنها انتخاب کرد و از ابزار “حذف” برای حذف آنها استفاده کرد.
  • تصحیح همپوشانی ها: بر اساس ابزار “Erase”، خطوط خطوط توسط چند ضلعی های ناحیه لایروبی شده “پاک می شوند” تا خطوط و چند ضلعی های همپوشانی را حذف کنند. همین رویه برای رفع همپوشانی ها با خط ساحلی اعمال می شود.
جدول
جدول A2. مقادیر پارامترها (بر حسب متر) مورد استفاده در مطالعه موردی برای تعمیم خطوط عمقی برای هر مقیاس.

منابع

  1. پیترز، آر. لدوکس، اچ. Meijers، M. رویکرد مبتنی بر ورونوی برای ایجاد خطوط عمق برای نمودارهای هیدروگرافی. مار. جئود. 2014 ، 37 ، 145-166. [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
  2. سفید، SA; پریش، م. Calder، BR; پئری، س. Rzhanov، Y. خط ساحلی ملی مشتق شده از LIDAR: تجزیه و تحلیل عدم قطعیت تجربی و تصادفی. جی. ساحل. Res. 2011 ، 62 ، 62-74. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  3. وب سایت NOAA Shoreline. NOAA به طور مداوم محصول خط ساحلی (CUSP) به روز می شود. در دسترس آنلاین: https://shoreline.noaa.gov/data/datasheets/cusp.html (در 15 اکتبر 2020 قابل دسترسی است).
  4. IHO (سازمان بین المللی هیدروگرافی). مقررات IHO برای نمودارهای بین المللی (INT) و مشخصات نمودارهای IHO , 4.7.0 ed.; انتشار S-4; سازمان بین المللی هیدروگرافی: مونت کارلو، موناکو، 2017; پ. 452. [ Google Scholar ]
  5. IHO (سازمان بین المللی هیدروگرافی). IHO Transfer Standard for Digital Hydrographic Data , 3.1 ed.; انتشارات S-57; IHO: مونت کارلو، موناکو، 2000. [ Google Scholar ]
  6. IHO (سازمان بین المللی هیدروگرافی). Enc Validation Checks , 6.1.0 ed.; انتشارات S-58; سازمان بین المللی هیدروگرافی: مونت کارلو، موناکو، 2018. [ Google Scholar ]
  7. اسکوپلیتی، ا. استامو، ال. تسولوس، ال. Pe’Eri, S. تعمیم صداها در مقیاس ها: از DTM تا بندرگاه و نمودارهای دریایی. ISPRS Int. J. Geoinf. 2020 ، 9 ، 693. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  8. گیلبرت، ای. Zhang, X. تعمیم ویژگی های زیردریایی در نمودارهای دریایی. ISPRS Ann. فتوگرام حسگر از راه دور اسپات. Inf. علمی 2012 ، I-2 ، 13-18. [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
  9. ریش، ک. محدودیت در تشکیل قانون. در تعمیم نقشه: ایجاد قوانین برای بازنمایی دانش . Buttenfield, B., McMaster, RB, Eds. Longman Scientific & Technical: لندن، انگلستان، 1991; صص 121-135. [ Google Scholar ]
  10. رواس، ع. پلازانت، سی. استراتژی هایی برای تعمیم خودکار. در پیشرفت در تحقیقات GIS II، مجموعه مقالات هفتمین سمپوزیوم بین المللی در مورد مدیریت داده های فضایی، دلفت، هلند، 12-16 اوت 1996 . Kraak, M., Molenaar, M., Fendel, E., Eds. تیلور و فرانسیس: لندن، بریتانیا، 1997; صص 319-336. [ Google Scholar ]
  11. NOAA (اداره ملی اقیانوسی و جوی). راهنمای نمودار دریایی ; نسخه 2018.2; وزارت بازرگانی ایالات متحده، دفتر بررسی ساحلی: سیلور اسپرینگ، MD، ایالات متحده آمریکا، 2018؛ جلد 1.
  12. نیبرگ، ن. پیری، س. کاتور، اس. هارمون، سی. مروری بر طرح طرح ریزی مجدد NOAA ENC. بین المللی هیدروگر. Rev. 2021 , 22 , 7-21. [ Google Scholar ]
  13. Miao، D. تعمیم تدریجی خطوط نمودار دریایی با روش B-Spline Snake. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه نیوهمپشایر، دورهام، NH، ایالات متحده آمریکا، 2014; پ. 135. [ Google Scholar ]
  14. گیلبرت، ای. نمایش چند سطحی ویژگی‌های زمین بر روی نقشه کانتور. GeoInformatica 2012 ، 17 ، 301-324. [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
  15. ژانگ، ایکس. گیلبرت، ای. یک رویکرد سیستم چند عاملی برای تعمیم ویژگی محور خط همسانی. در پیشرفت در نقشه برداری و علوم GIS ; Springer: برلین/هایدلبرگ، آلمان، 2011; جلد 1، ص 477-495. [ Google Scholar ]
  16. Guilbert, E. تعمیم ویژگی محور ایزوبات ها در نمودارهای دریایی: یک رویکرد سیستم چند عاملی. ترانس. GIS 2015 ، 20 ، 126-143. [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
  17. اسمیت، اس ام. الکساندر، ال. آرمسترانگ، AA سطح ناوبری: یک رویکرد پایگاه داده جدید برای ایجاد چندین محصول از نظرسنجی های با چگالی بالا. بین المللی هیدروگر. Rev. 2002 , 3 , 2-16. [ Google Scholar ]
  18. گیلبرت، ای. Lin, H. منحنی B-spline هموارسازی تحت محدودیت های موقعیت برای تعمیم خط. در مجموعه مقالات چهاردهمین سمپوزیوم بین المللی پیشرفت در سیستم های اطلاعات جغرافیایی، آرلینگتون، ویرجینیا، ایالات متحده آمریکا، 2006; صص 3-10. [ Google Scholar ]
  19. گیلبرت، ای. Saux, E. تعمیم کارتوگرافی خطوط بر اساس مدل مار B-Spline. بین المللی جی. جئوگر. Inf. علمی 2008 ، 22 ، 847-870. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  20. میائو، دی. کالدر، ب. تعمیم تدریجی خطوط نمودار دریایی با مدل مار B-Spline مکعبی. IEEE Oceans. 2013 ، 863 ، 1-7. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  21. NOAA (اداره ملی اقیانوسی و جوی). Rescheme Cook Book ; نسخه 1.0.0; Pe’eri, S., Bartlett, M., Ence, C., Gomez, G., Castillo, J., Auclert, G., Chauvet, P., Eds. اداره ملی اقیانوسی و جوی: سیلور اسپرینگ، MD، ایالات متحده آمریکا، 2019؛ پ. 195.
  22. داگلاس، دی اچ. الگوریتم های Peucker، TK برای کاهش تعداد نقاط مورد نیاز برای نمایش یک خط دیجیتالی یا کاریکاتور آن. کارتوگر. بین المللی جی. جئوگر. Inf. جئوویس. 1973 ، 10 ، 112-122. [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
  23. دی برگ، ام. ون کرولد، ام. Schirra, S. ساده سازی تقسیم فرعی از نظر توپولوژیکی صحیح با استفاده از معیار پهنای باند. کارتوگر. Geogr. Inf. سیستم 1998 ، 25 ، 243-257. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  24. لی، ز. Openshaw, S. الگوریتم‌هایی برای تعمیم خودکار خطوط بر اساس یک اصل طبیعی تعمیم عینی. بین المللی جی. جئوگر. Inf. سیستم 1992 ، 6 ، 373-389. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  25. وانگ، ز. مولر، جی.-سی. تعمیم خط بر اساس تجزیه و تحلیل ویژگی های شکل. کارتوگر. Geogr. Inf. سیستم 1998 ، 25 ، 3-15. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  26. IHO (سازمان بین المللی هیدروگرافی). نمودار ناوبری الکترونیکی ، نسخه 4.0.0، 1.0.0 ed.; انتشارات S 101; سازمان بین المللی هیدروگرافی: مونت کارلو، موناکو، 2018; پ. 86. [ Google Scholar ]
  27. Calder، BR; Mayer، LA پردازش خودکار داده های اکوسوندر چند پرتوی با سرعت بالا و چگالی بالا. ژئوشیمی. ژئوفیز. Geosyst. 2003 ، 4 . [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  28. NOAA. نمودار 12327. بندر نیویورک (1:40000) , 109th ed.; NOAA: سیلور اسپرینگ، MD، ایالات متحده آمریکا، 2020.
  29. برنج، جی. ویلی، ک. برنان، آر. کوپرووسکی، سی. ولفسکهل، اس. Burnett, Z. منبع ملی گرماسنجی. در مجموعه مقالات کنفرانس هیدروگرافی کانادا 2020، شهر کبک، QC، کانادا، 24 تا 27 فوریه 2020؛ در دسترس آنلاین: https://hydrography.ca/wp-content/uploads/2020/04/29_Rice_CHC2020_The_National_Bathymetric_Source.pdf (دسترسی در 28 فوریه 2021).
  30. آی، تی. ژو، Q. ژانگ، ایکس. هوانگ، ی. ژو، ام. ساده‌سازی خط ساحلی ریا با ویژگی‌های ژئومورفولوژیکی از پیش ارائه شده است. مار. جئود. 2014 ، 37 ، 167-186. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
Ijgi 10 00197 g001 550
شکل 1. فهرست خطوط اعماق (بر حسب متر) در هر یک از مقیاس های طرح ریزی شده NOAA بر اساس رویکرد نردبانی.
Ijgi 10 00197 g002 550
شکل 2. شناسایی هر یک از ویژگی های کانتور منجر به شناسایی ساختار می شود و از روند تعمیم با عملگرهای خاص پشتیبانی می کند.
Ijgi 10 00197 g003 550
شکل 3. نمونه ای از تشخیص سازه برای کانتور 4 متری در منطقه مورد مطالعه (نقاط خام به تصویر کشیده شده است) ( a ). موارد خاص در مقیاس های بزرگتر به تصویر کشیده می شوند: قله های ساده و کانتور باز ( b )، قله های ساده و قله های پیچیده ( c )، قله های پیچیده و گودال های عمیق ( d )، گودال های کم عمق و قله های کم عمق ( e ).
Ijgi 10 00197 g004 550
شکل 4. تجمع قله های ساده و خطوط باز و اغراق خطوط بسته در سراسر مقیاس: کانتور 2 متر.
Ijgi 10 00197 g005 550
شکل 5. تعدادی از سونداژها با مقدار عمق بیشتر از 4 متر eg، 4.04، 4.06 و غیره، ( a ) با توجه به مشخصات گرد کردن به 4 متر ( b ) گرد می شوند و بنابراین در کانتور عمق 4 متر قرار نمی گیرند. . به منظور اطمینان از یکنواختی، کانتور عمق 4 متری (یعنی قله های باز و پیچیده) باید جابجا شود و مجبور به عبور از 4 متری و قله های ساده نزدیک ( b ) شود.
Ijgi 10 00197 g006 550
شکل 6. توالی عملیات برای تعمیم کانتور عمق.
Ijgi 10 00197 g007 550
شکل 7. جزایری که در مجاورت خط ساحلی سرزمین اصلی قرار دارند با توجه به مقیاس تدوین نمودار (( a ) – چند ضلعی های زرد) در خط ساحلی (( b ) – چند ضلعی های سبز) جمع می شوند و یک خط ساحلی جدید تشکیل می شود ( c ).
Ijgi 10 00197 g008 550
شکل 8. جزایری که برای مقیاس تدوین نمودار ( a ) خیلی کوچک در نظر گرفته می شوند، به نقاط ( b ) فرو می ریزند .
Ijgi 10 00197 g009 550
شکل 9. چند ضلعی های خط ساحلی برای مقیاس جمع آوری نمودار ( a ) بسیار باریک در نظر گرفته می شوند، به خطوط حاصل از محور طولانی تر چند ضلعی ( b ) فرو می ریزند.
Ijgi 10 00197 g010 550
شکل 10. خط ساحلی طبیعی اصلی ( الف ) به بخش‌هایی تقسیم می‌شود که در رابطه با خط ساحلی مصنوعی مشخص می‌شوند (قرمز – قابل حذف نیست، سبز – قابل حذف است) ( ب )، بخش‌های کوچک بر اساس مشخصات مقیاس حذف می‌شوند (نارنجی را ببینید). خط روی خط سبز پوشانده شده است ( c )، و خط حاصل با تراکم راس مناسب (به رنگ آبی) ( d ) تشکیل می شود.
Ijgi 10 00197 g011 550
شکل 11. ویژگی های اصلی خط ساحلی مصنوعی: ( الف ) خط عرضی و متصل به خط ساحل – بخش هایی با ویژگی های مختلف به عنوان مثال، Watlev، ( ب ) خط عرضی و متصل به خط ساحلی – بخش هایی با ویژگی های مختلف، ( ج ) خط عرضی به و متصل به خط ساحلی – یک بخش، ( د ) خط عرضی و متصل به خط ساحلی – یک قطعه، ( ه ) دو بخش با زاویه مبهم، ( f ) پرتره L شکل به عنوان مثال، ابعاد موازی با خط ساحلی کوچکتر از دیگری، ( g ) منظره L شکل به عنوان مثال، بعد موازی با خط ساحلی بزرگتر از دیگری، ( h ) شکل Pi، ( i ) شکل چکمه، (j ) شکل T، ( k ) شکل T (بدون عرض)، ( l ) شکل پرتره آنتن، ( m ) شکل منظره آنتن، ( n ) موارد پیچیده.
Ijgi 10 00197 g012 550
شکل 12. مثال تعمیم L شکل (پرتره: ( a , b )؛ منظره: ( c , d )).
Ijgi 10 00197 g013 550
شکل 13. مثال تعمیم شکل Pi: ( الف ) ساختار Pi شکل را شناسایی کنید، ( ب ) تعیین حداکثر عرضی (قرمز) و حداقل خط عرضی (سبز)، ( ج ) حفظ حداکثر خط عرضی (قرمز)، و ( د ) گسترش خط ساحلی طبیعی برای پر کردن شکاف
Ijgi 10 00197 g014 550
شکل 14. مثال تعمیم شکل چکمه: ( الف ) ساختار شکل چکمه را مشخص کنید، ( ب ) حداکثر خط عرضی (قرمز)، خطوط عرضی کوتاهتر (سبز) و فنجان ها (سیاه)، ( ج ) زمانی که حداقل عرضی را مشخص کنید. خط کوتاهتر از حد تعیین شده توسط مشخصات، حذف می شود. کوتاه ترین فنجان نیز حذف می شود و خطوط عرضی باقی مانده به فنجان بزرگتر کشیده می شود. ( د ) هنگامی که عرض شکل چکمه نازکتر از حد تعیین شده توسط مشخصات باشد، فقط حداکثر خط عرضی حفظ می شود و خط ساحلی طبیعی برای پر کردن شکاف گسترش می یابد.
Ijgi 10 00197 g015 550
شکل 15. مثال تعمیم T شکل: ( الف ) ساختار T شکل را شناسایی کنید، ( ب ) حداکثر خط عرضی (قرمز)، خطوط عرضی کوتاهتر (سبز) و فنجان ها (سیاه)، ( ج ) خطوط عرضی کوچک را مشخص کنید. کوتاه‌تر از فاصله آستانه حذف می‌شوند و خطوط عرضی باقی‌مانده تا فنجان امتداد می‌یابند، ( د ) اگر عرض پایه T شکل نازک‌تر از فاصله آستانه باشد، آنگاه تنها حداکثر خط عرضی حفظ می‌شود و خط ساحلی طبیعی گسترش می‌یابد. برای پر کردن شکاف
Ijgi 10 00197 g016 550
شکل 16. مثال تعمیم T شکل (بدون عرض): ( الف ) ساختار T شکل را شناسایی کنید، ( ب ) خط عرضی (قرمز) و فنجان (نارنجی) را شناسایی کنید، ( ج ) اگر فنجان از فاصله آستانه کوتاهتر باشد، پس حذف می شود.
Ijgi 10 00197 g017 550
شکل 17. مثال تعمیم شکل آنتن: ( الف ) ساختار شکل آنتن را شناسایی کنید، ( ب ) شناسایی خطوط عرضی (قرمز) و فنجان (نارنجی)، ( ج ) خطوط فنجان کوتاهتر از فاصله آستانه حذف شده اند، و ( د ) خطوط عرضی کمتر از فاصله آستانه حذف می شوند.
Ijgi 10 00197 g018 550
شکل 18. منطقه مورد مطالعه ( الف ) مرکز ملی اطلاعات محیطی NOAA (NCEI)، نمایشگر داده های عمق سنجی، ( ب ) مدل ارتفاعی دیجیتال NOAA (DEM) و منطقه تحت پوشش شکل های 20، 21 و 24 (جعبه قرمز).
Ijgi 10 00197 g019 550
شکل 19. خطوط خام استخراج شده از پوشش کامل DEM.
Ijgi 10 00197 g020 550
شکل 20. استخراج از نمودار تشکیل شده در مقیاس 1:10 K (خطوط 2، 3، 4، 5، 6، 7، 8، 10 متر در خطوط سیاه و خام همانطور که از DEM به رنگ خاکستری استخراج شده است).
Ijgi 10 00197 g021 550
شکل 21. استخراج از نمودارهای تشکیل شده: 1:20 K contours 2, 5, 10 m ( a ), 1:40 K contours 2, 5, 10 m ( b ) و 1:80 K خطوط 5, 10 m ( c ).
Ijgi 10 00197 g022 550
شکل 22. خط ساحلی تعمیم یافته برای مقیاس 1:20 K ( a )، 1:40 K ( b ) و مقیاس 1:80 K ( c ).
Ijgi 10 00197 g023a 550 Ijgi 10 00197 g023b 550
شکل 23. خط ساحلی تعمیم یافته برای مقیاس 1:20 K ( a )، 1:40 K ( b ) و مقیاس 1:80 K ( c ).
Ijgi 10 00197 g024 550
شکل 24. خطوط عمق (به رنگ سیاه) و صداها در مقیاس 1:10 K بر روی عصاره نمودار دریایی الکترونیکی NOAA (ENC) US5NYCBD (نماهای عمق به رنگ خاکستری) پوشانده شده اند.

مقالات داخلی و بین المللی

مطالب مرتبط ...

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید