تبدیل وکتور به رستر

تبدیل وکتور به رستر شامل دو مرحله است که عبارتند از:

1. Rasterization / Scan Conversion
2. Line Thicking

این فرآیند شامل عملیات ثانویه ی Line Smoothing نیز می باشد.

حال به توضیح هر یک از مراحل اصلی می پردازیم:

۱- Rasterization / Scan Conversion

فر آیند واقعی برای تولید داده ی رستر از داده ی وکتور می باشد. در واقع یک عملیات خاص می باشد. به روش های زیر قابل انجام است:

الف) Pigeonhole sort :

در این روش قسمتی از حافظه ی مرکزی رزرو می شود و بعد با تخصیص موقعیت هر بردار (h,v,o) فایل رستری ساخته می شود. این روش روش ساده ای است ولی از نظر ضای ذخیره سازی ناکارا است. برای کاهش ناکارایی فضای ذخیره سازی می توان از لم های زیر بهره جست:

- اکثریت مختصات داده ها واحد است مگر در تقاطع خطوط. لذا داده هایی که مختصاتشان واحد نمی باشد به عنوان تقاطع خوط قابل تشخیص هستند.

- می توان محدودیت های شناخته شده ای را روی داده اعمال کرد مانند Minimum Bounding Box ، چگالی کلی و تعداد کلی نقاط داده.

با اعمال هر یک از لم های فوق زمان عملیات افزایش می یابد. لذا باید بالانسی در اعمال این لم ها برقرار کرد.

روش Pigeonhole را می توان به دو صورت زیر بهبود داد:

ب)Matrix Subdivision

در این روش داده به patch ها یا swatch هایی تقسیم می شود. بنابراین الگوریتم از لحاظ حافظه ی لازم بهبود می یابد. ولی از طرف دیگر زمان لازم نیز افزایش می یابد. استفاده از swatch نسبت به استفاده از patch به زمان کمتر و حافظه ی بیشتری نیاز دارد.

ج)Direct Coordinate

در این روش پیکسل های متقاطع براساس x و y سورت می شوند. این روش یک سورت دوطرفه است و باعث کاهش سرعت می شود.

روش بهینه بین روش های ب و ج است.

۲- Line Thicking

اغلب برای خروجی های کارتوگرافی لازم است. در ایم مرحله خطوط با ضخامت های مختلف از داده skeletonize شده به دست می آید. دو دسته روش برای این کار وجود دارد:

1. روش الگوریتمی مانند روش های Template و Line-Fill.
2. روش های غیر الگوریتمی مانند روش های hardware و photographic .

روش های الگوریتمی در موارد زیر کارایی بیشتری دارند:

• در حالتی که به عنوان قسمتی از یک سیستم نقشه برداری اتوماتیک استفاده می شوند.
• هنگامی که حجم داده ی خروجی تولیدی زیاد نباشد.
• وقتی که به کارایی توجه زیادی نمی شود.

الف – ۱) Template Algorithm

در این روش از یک ۸ضلعی استفاده می شود که قطر آن برابر ضخامت مطلوب خط است. در این روش پیکسل هایی که در درون ۸ ضلعی قرار می گیرند روشن می شوند. این روش را می توان در حالت های line following یا scan line استفاده کرد. این روش از نظر مفهومی ساده است ولی پیاده سازی آن ناکارا است و در alise کردن خطوط مشکل دارد.

در حالت line following افزونگی اتفاق می افتد. برای حل این مشکل از یکی از راه حل های زیر استفاده می شود:

• استفاده از increment های ۲ یا ۳ سلولی
• template تهی
• استفاده از نصف شکل : در این صورت realign خطوط، پیچیده و زمانبر است.

الف – ۲ ) Double Line-Fill Algorithm

در این روش با استفاده از line following دو خط ایجاد می شود و سپس فضای بین دو خط پر می شود. مشکلاتی که در این روش با آنها روبرو می شویم عبارتند از:

• ایجاد دو خط مشکلاتی مشابه مشکلات استفاده از template را دارد.
• محاسبه ی فاصله و زاویه ی نسبی در هر increment مشکل است.
• سرعت الگوریتم پایین است.
• به گذر جداگانه ای برای پر کردن ناحیه بین خطوط نیاز داریم.

ب) روش های الگوریتمی:

این روش ها کارایی بیشتر و هزینه ی بیشتری دارند. ولی در مقابل به زمان کمتری نیاز دارند. دو روش در این زمینه وجود دارد که عبارتند از:

1. روش سخت افزاری : از اندازه ی spot قابل تعدیلی در پلات استفاده می کند.
2. روش photographic : به صورت اپتیکی خط را بعد از پلات ضخیم می کند.

ساختاردهی اطلاعات جی.آی.اس (GIS)

ساختاردهی اطلاعات جی.آی.اس (GIS) برای مشخصات مکانی و توصیفی عبارت است از:

۱- ساختار اطلاعات جی.آی.اس (GIS) جهت اطلاعات نقشه (Spatial Data Structure)

ساختار اطلاعات مکانی، مجزا از ساختار اطلاعات توصیفی است. در GIS کلیه عوارض دنیای واقعی که در نقشه رقومی نمود پیدا می‌کند، در ۳ کلاس اصلی تقسیم‌بندی می‌شوند که عبارتند از:

نقطه (Point)

خط (Arc)

سطح (Polygon)

به عنوان مثال در مدل سازی پایگاه نقشه پایه (BaseMap) حمل و نقل کشور در GIS ، ابتدا بایستی اطلاعات نقشه رقومی به شکل لایه‌های مختلف ارائه شوند: شبکه راه‌ها (بزرگراه‌ها و جاده‌های اصلی)، شبکه راه‌آهن، فرودگاه‌ها، تقسیمات کشوری و حوزه‌بندی مرزی – سیاسی کشوری و استانی، مراکز شهری و نقاط تمرکز جمعیت و … . سپس هر یک از این لایه‌های نقشه در GIS در قالب یکی از ۳ کلاس عمده نقطه، خط و یا پلیگون قرار می‌گیرند (جدول ذیل) :

دیکشنری داده‌های مربوط به عوارض حمل و نقلی در GIS

ردیف	نوع عارضه	کلاس عارضه درGIS
1	شهرها و مراکز جمعیتی فرودگاه‌ها پایانه‌ها پاسگاه‌های پلیس‌راه و باسکول‌ها گمرکات برداشت سه ردیف پائین از طریق موقعیت یابی با تکنولوژی GPS می باشدکه مختصات ژئودتیکی جهانی در سیستم بیضوی WGS84 بدست می آید.	نقطه (Point)
2	شبکه راه‌ها شبکه راه‌آهن	خط (Arc)
3	تقسیمات کشوری محدوده‌های حمل و نقل (Zoning) در مناطق تحلیل ترافیک	سطح(Polygon)

با توجه به مطالب گفته شده، روش کار این است هر لایه از نقشه مورد بحث را وارد نرم افزار GIS نموده و سپس با فرامین ساخت توپولوژی (Topology)در نرم افزار، لایه‌های اطلاعات جغرافیائی (Coverage) آن ایجاد می‌شود. لایه اطلاعات جغرافیائی بجز قابلیت نگهداری اطلاعات مکانی و توصیفی عارضه در یک محیط یکپارچه، قابلیت انجام تحلیل‌های مکانی را نیز فراهم می‌آورند. بدیهی است، کلیه اطلاعات نقشه‌های اولیه به منظور جوابگوئی به تحلیل‌ها و اندازه گیری های مهندسی، (نظیر مسافت‌یابی) در قالب مختصات دنیای واقعی (Geo reference) و به شکل مختصات کارتزی باید ارائه گردد. با معرفی مختصات دو نقطه، فاصله مستقیم میان آن‌ها و یا مسافت مابینشان در راستای جاده‌های گذرنده از آن دو روی شبکه قابل محاسبه می‌شود.

الف) متا دیتا یا مستندات داده، شامل خصوصیات و معیارهای اطلاعات بکار رفته در سیستم بوده و تعاریف نوع عوارض، جزئیات، مشخصات توصیفی و حجم اطلاعات آن را داراست.

ب) پیش از نهائی شدن هر لایه اطلاعات جغرافیائی، می‌توان یکسری از خطاهای هندسی نظیر:

به هم نرسیدگی غیرمجاز عوارض شبکه (Undershoot Error)

از هم گذشتگی غیر مجاز عوارض شبکه (Overshoot Error)

دوگانگی عوارض (Duplicate)

غیر قابل قبول در GIS را کشف و حذف کرد. با ساخت توپولوژی مجدد، لایه نهائی اطلاعات جغرافیائی که ارتباط مکانی بین عوارض نهائی ایجاد شده، حاصل می‌گردد. جهت تصحیح اطلاعات (Editing) از توابعی همچون کپی (Copy) و حرکت (Move)، تغییر مقیاس (Scale)،دوران (Rotate) و حذف (Delete) استفاده می‌شود. این تصمیمات به جهت حفظ اعتبار اطلاعات و یا بروزآوری آنها صورت می‌گیرد.

بدین ترتیب در جدول اطلاعات توصیفی مراکز جمعیتی، فیلدهای:

shape، (توصیف‌کننده مکان شهرها(نقطه‌ای))

Populated Point-id (به عنوان فیلد User-id قابل تکمیل توسط کاربر)

ایجاد می‌شود. بدیهی است که سایر اطلاعات مرتبط با شهرها نظیر: نوع شهر، کد شهر و نام آن و … به صورت itemهای جدید اطلاعاتی قابل اضافه شدن به جدول اطلاعات توصیفی آن هستند. این جدول، تحت عنوان جدول اطلاعات توصیفی نقاط (Point Attribute Table) یا PAT شناسائی می‌شود.

توپولوژی Arc-node برای کلاس شبکه خطی راه‌ها

در جدول اطلاعاتی شبکه جاده‌ای، توپولوژی خط – نقطه (Arc-Node) ایجاد شده و اقلام اطلاعاتی ذیل در اختیار کاربر می‌باشد:

Arc یا shape (مربوط به شماره شناسائی و مکان جاده‌ها (خطی))

Fnode (به عنوان شماره گره (node) مبدا هرخط (Arc) به منظور تعریف شروع جهت حرکت)

Tnode (به عنوان شماره گره (Node) مقصد هرخط (Arc) به منظور تعریف خاتمه جهت حرکت)

همچنین امکان تعریف فیلدهای اطلاعاتی دیگر، مانند: نام راه، کد راه، حجم ترافیک و … نیز میسر است. این جدول به عنوان جدول اطلاعات توصیفی لایه خطی (Arc Attribute Table) یا AAT شناسائی می‌شود. دراین ارتباط توجه به مفهوم خط (Arc) در GIS ضروری است. در GIS هر خط (Arc) مجموعه‌ای است از دو گره(Node) شروع و خاتمه و یکسری رئوس شکستگی (Vertex) میانی همانند Arc شماره ۱ در شکل بالا که حاوی گره‌های ۱۰و۱۱ می‌باشد.

۲- آماده‌سازی اطلاعات توصیفی مورد نیاز سیستم GIS

در سیستم GIS مثلا حمل و نقل، مدیریت اطلاعات با توجه به طرح ورودی و ارتباط منطقی اطلاعات یک جدول با سایر جداول توصیفی، صورت می‌گیرد. در ضمن تعریف فیلدها و رکوردهای اطلاعاتی میسر بوده، توابع مربوط به برقراری ارتباطات بین جداول (Relationship)، محاسبات آماری (Statistics)، تولید نمودارهای مورد نیاز(Chart) به اشکال نقطه‌ای – خطی – دایره‌ای و سطحی و … در نرم‌افزار GIS قابل اجرا هستند.