آموزش انواع سیستم تصویر در GIS
زمین مانند دیگر سیارات منظومه شمسی در منطقه معینی از فضا و در امتداد مسیری ثابت بدون اندک توقفی میلیون ها سال است که به دور خود و به گرد خورشید میگردد. در گذشته مردم به تبعیت از ساده ترین مشاهدات خود تصور میکردند که بر روی جسمی مسطح زندگی میکنند. اما مسافرت های کریستف کلمب در سال 1942میلادی و عبور ماژلان در سال 1519میلادی از آمریکای جنوبی و اقیانوس آرام زمینه خوبی برای توصیف شکل زمین به وجود آورد.
امروزه با کمک ماهواره ها و پرتولیزر و سایر ابزار نجومی به خوبی و با دقت کافی میتوان از شکل و ابعاد و اندازه زمین مطلع شد.
نتایجی که بدست آمده نشان میدهد که شکل زمین کاملا کروی نبوده و شکل منظمی ندارد و آن را به شکل یک گلابی تشبیه میکنند که در قطب جنوب کمی فرو رفته و برعکس در قطب شمال مقداری برآمده است. منطقه معتدل شمالی کمی فشرده و در مقابل منطقه معتدل جنوبی اندکی متورم میباشد.
الیپسوئید زمین (بیضوی مقایسه)
همانظور که میدانیم زمین به شکل یک کره کامل نیست و فاقد شکل هندسی منظم میباشد.برای محاسبات مربوط به فواصل نقاط از همدیگر، در ژئودزی، زمین را به عنوان یک بیضوی در نظر میگیرند؛ زیرا شکل بیضوی نزدیکترین شکل هندسی به کره زمین میباشد. تاکنون بیش از 15بیضوی از سوی دانشمندان پیشنهاد و محاسبه شده است که تفاوت آنها تنها در اندازه قطرهای بزرگ و کوچک میباشد.
تعیین موقعیت
موقعیت نسبی :تعیین موقعیت یک پدیده نسبت به پدیده های مجاور را موقعیت نسبی آن پدیده میگویند.(مثل موقعیت یک کشور نسبت به موقعیت کشورهای همجوار)
موقعیت ریاضی: بدیهی است که موقعیت نسبی دقت لازم را دارا نیست و از طرفی کره زمین بسیار وسیع میباشد و نمیتوان بطور ساده موقعیت ها را تعیین و معرفی نمود. از این رو باید از روش دقیق و یکنواختی استفاده نمود که به آسانی قابل تفهیم و فرا گرفتن باشد. این روش درواقع تعیین موقعیت ریاضی نقاط می باشد و آن تعیین دقیق موقعیت یک نقطه با استفاده از نصف النهار و مداری است که از آن نقطه عبور میکند و به عبارتی تعیین درجات طول و عرض جغرافیایی آن نقطه میباشد.
سیستم های تصویر نقشه
همانطور که قابل ذکر است زمین کروی شکل میباشد و تبدیل یک سطح کروی به سطح مستوی بدون پارگی و کشیده شدن و فشردن بخش هایی از آن امکانپذیر نیست.مسئله اساسی در مبحث سیستم های تصویر نحوه انتقال شبکه جغرافیایی از یک سطح کروی به روی یک سطح مستوی و افقی است. هنگامی که یک سطح کروی به یک سطح افقی تبدیل میشود خواه ناخواه موقعیت نقاط نسبت به هم تغییر خواهد کرد و در مقیاس کره زمین شکل خشکی ها نیز عوض خواهد شد.
بنابراین سیستم تصویر در واقع یک روش ریاضی است که با استفاده از آن میتوان اطلاعات مربوط به زمین را به یک نقشه مسطح تصویر نمود.
انواع سیستم تصویر
بعضی از شکل های حجمی هندسی را میتوان در طول یک یا چند خط معین بریده و گسترش داد و به یک سطح مستوی تبدیل کرد.استوانه مخروط و چندوجهی ها جزو این گروه میباشند.اگر زمین بصورت مخروط یا استوانه بود نیازی به استفاده از سیستم های تصویر نبود .زمین مانند اشکال ذکر شده قابل گسترش نیست حتی اگر آن را تکه تکه کنند و کنار هم قرار دهند.بنابراین گسترش کره زمین بدون فشردگی یا کشیدگی امکانپذیر نیست.
سیستم های معادل و مشابه
سیستم تصویر معادل:
در سیستم های تصویر معادل شکل پهنه ها تغییر پیدا میکند ولی مساحت آنها ثابت باقی میماند.در نقشه های معادل به همان نسبتی که در یک جهت مقیاس افزایش می یابد در جهت مقابل کاهش خواهد داشت.بنابراین شکل پهنه ها و خشکی ها واقعی نخواهد بود و ازنظر شکل گرافیکی خروجی مناسبی دراختیار ما قرار نخواهند داد اما ازنظر محاسبات آماری خیلی خوب عمل میکنند.مانند: (Sinusoidal)
سیستم تصویر مشابه:
در سیستم های مشابه نسبت کوچک شدن مقیاس پهنه ها در سرتاسر نقشه یکسان نیست ولی افزایش یا کاهش مقیاس در جهات متقابل برابر است.دراین سیستم ها شکل پهنه ها و خشکی ها واقعی است لیکن مساحت آنها در همه جای نقشه معادل نیست .بنابراین این نوع سیستم ها ازنظر شکل گرافیکی خروجی مناسبی دراختیار کاربران قرار میدهند لیکن از نظر محاسبات آماری ضعیف تر عمل میکنند،(مانندUTM و LAMBERT ).
سیستم تصویر مسطح(Planar):
در این روش سطح صافی را بر روی کره ی زمین قرار می دهند و با یک نقطه مماس می کنند. در این سیستم عملا میتوان یک سطح کروی را بر روی یک سطح مستوی تصویر کرد که تصویر حاصل درواقع یک سیستم تصویر هندسی حقیقی میباشد.همچنین این سطح صاف میتواند در قطب و یا استوا مماس شود و یا بصورت مایل در قسمت خاصی از کره قرار گیرد.
ویژگی های مشترک سیستم های تصویر مسطح یا مستوی:
1-تنها یک نقطه بعنوان نقطه مماس دراین سیستم وجود دارد که به آن نقطه استاندارد میگویند.
2-مقیاس بطور شعاعی از نقطه استاندارد به اطراف بطور یکسان تغییر میکند.
3-پیرامون نقشه ای که دراین سیستم تهیه میگردد به شکل دایره میباشد.
4- هرخط مستقیمی که از مرکز تصویر عبور کند امتدادآن جهت جغرافیایی حقیقی را نشان خواهد داد.
انواع مهم سیستم تصویر مسطح
1-سیستم تصویر اورتوگرافیک
2-سیستم تصویر استرئوگرافیک
3- سیتم تصویر گنومونیک
4- سیستم تصویر مستوی هم فاصله
5-سیستم تصویر مستوی معادل
سیستم تصویر مخروطی(Conical)
دراین نوع سیستم تصویر بصورت فرضی یک مخروط که یک شکل قابل گسترش میباشد بر روی کره قرار میگیرد.محور مخروط برروی محور زمین میباشد.مخروط درامتداد یکی از مدارات بر سطح کره مماس میگردد که این مدار,مدار استاندارد نامیده میشود.
ویژگی های مشترک سیستم های تصویر مخروطی:
ویژگی های مشترک سیستم های تصویر مخروطی:1-مدارات,قوسهای دایره و هم مرکز میباشند.
2-دراین سیستم تمامی کره یکجا قابل نمایش نیست.حداکثر نصف کره ی زمین را تصویر می کند.
3-نصف النهارات ,همگی خطوط مستقیم بوده و بصورت شعاع هایی بر روی مدارات عمودند.
4-مقیاس در امتداد مدار استاندارد ثابت است و با فاصله گرفتن ازآن تغییر میکند.
انواع مهم سیستم تصویر مخروطی:
1-سیستم تصویر مخروطی ساده یا پرستکتیو مرکزی
2- سیستم تصویر مخروطی مشابه لامبرت
3- سیستم تصویر چند مخروطی
درمیان سیستم های ذکر شده سیستم تصویر مشابه لامبرت از اهمیت بیشتری برخوردار است.این سیستم از تبدیل سیستم مخروطی با دومدار استاندارد ساخته شده است.در این سیستم فاصله مدارات طوری تنظیم شده است که نقشه,ویژگی مشابه حقیقی پیدا کرده است.
سیستم تصویر استوانه ای (Cylindrical)
پایه نظری این سیستم از قرار دادن یک کره شفاف در داخل یک استوانه بدست می آید.بدیهی است چنانچه محور استوانه و کره در راستای هم باشند استوانه تنها درامتداد دایره عظیمه خط استوا با سطح کره مماس خواهد بود.بطور نظری سیستم های استوانه ای متفاوتی طرح ریزی میشود که معروف ترین آنها سیستم تصویر مرکاتور مستقیم و معکوس خواهد بود.
انواع مهم سیستم های استوانه ای:
انواع مهم سیستم های استوانه ای:1-سیستم استوانه ای ساده
2- سیستم استرئوگرافیک گال
3- سیستم استوانه ای معادل
4- سیستم تصویر مرکاتور
۵-سیتم مرکاتور معکوس
لازم بذکر است که سیستم تصویر مرکاتور یکی از مهمترین سیستم های استوانه ای بشمار میرود.این سیستم توسط (مرکاتور ) دانشمند هلندی طراحی شده است و ازنظر کلی شبیه سیستم تصویر استوانه ای ساده یا استرئوگرافیک گال میباشد.
ویژگی های این سیستم عبارتند از :
1-این سیستم ویژگی مشابه واقعی دارد.
2-نقشه مرکاتور حداکثر میتواند تا عرضهای ۸۰ تا ۸۵ درجه را نشان دهد.
3-هر خط مستقیم روی نقشه مرکاتور دارای آزیموت ثابت میباشد.
همچنین در سیستم مرکاتور معکوس یک استوانه مماس بر روی کره جغرافیایی در طول یک زوج نصف النهار انتخابی فرض شده است.در این سیستم نصف النهار مرکزی و دایره استوا خط مستقیم هستند.این سیستم برای تهیه نقشه جهان نما سیستم مناسبی نیست اما برای تهیه نقشه های توپوگرافی بزرگ مقیاس پایه بسیار خوبی میباشد.
سیستم تصویر U. T. M (Universal Transverse Mercator)
چنانچه در سیستم تصویر مرکاتور معکوس با چرخش کره در حول محور خود به ترتیب نصف النهار های دیگری را با سطح استوانه مماس نماییم و هربار یک قاچ از نصف النهار تهیه نماییم سیستم تصویر UTM حاصل خواهد شد.در این سیستم طول کره جغرافیایی از نصف النهار مبدا که مقدار آن صفر می باشد تا ۱۸۰ درجه شرقی و -180 درجه غربی را تصویر می کند و به ۶۰ قاچ ۶ درجه ای تقسیم شده است.بطور کلی یکی از سیستم های تصویر که در دنیا و درایران بیشتر بکار گرفته میشود این نوع سیستم تصویر میباشد که کل کره زمین به ۶۰ زون ۶ درجه ای تقسیم شده و هر زون دارای شبکه مختصات خاص خود است که مبدا آن تقاطع نصف النهار مرکزی هر زون با خط استوا میباشد.
همچنین هر محور Y از ۸۰ درجه جنوبی تاحدود ۸0 درجه شمالی به فاصله ۸ درجه تقسیم بندی و با حروف انگلیسی از حرف C تا اخرین زون با حرف X و بدون دوحرف O و I نمایش داده میشود.
لازم بذکر است که کشور ایران در ۴ زون ,۳۸,۳۹,۴۰,۴۱ قرارگرفته است.
ویژگی های سیستم تصویر U.T.M
1-تصویر نصف النهار مرکزی و دایره استوا دوخط مستقیم عمود برهم هستند.
2-تا 80 درجه شمالی و 80- جنوبی را ترسیم می کند.مبدا عرض خط استوا می باشد که مقدار آن صفر است.
3- در جهت طول جغرافیایی تا 180 درجه شرقی و 180- غربی را را تصویر می کند.مبدا طول نصف النهار مبدا است
4-مکان هایی که در جنوب خط استوا یا در غرب نصف النهار مبدا قرار می گیرند مختصات آنها منفی می باشد.
5-سیستم ویژگی مشابه واقعی دارد.
6-مقیاس در طول دوخطی که کره را قطع کرده است ثابت میباشد.
7-اگر یک خط مستقیم افقی روی زمین هزار متر طول داشته باشد در روی نقشه هزارو یک متر خواهد بود بنابراین این ویژگی باعث میشود که این نوع سیستم نه تنها مشابه بلکه معادل هم واقع شود.بنابراین نقشه های پوشش سراسری ایران در مقیاس های بزرگ توسط سازمان نقشه برداری کشور و سازمان جغرافیایی دراین سیستم تهیه شده اند.
سیستم تصویر های منفرد
تعداد این سیستم های تصویر بسیار زیاد میباشد که در اینجا به چند مورد از انها اشاره میشود:
1-سیستم تصویر همولوگرافیک
2- سیستم تصویر سینوزوئیدال
3- سیستم تصویر همولوساین
4- سیستم تصویر اکرت