چگونه مدل‌های دیجیتال ارتفاع (DEM) می‌توانند در مطالعات مکانی نقش داشته باشند

مطالعات مکانی تجزیه و تحلیل داده های مکانی برای درک ویژگی ها، الگوها و روابط پدیده های جغرافیایی است. مطالعات مکان یابی می تواند برای اهداف مختلفی مانند مدل سازی محیطی، مدیریت زمین، ارزیابی خطر سیل، برنامه ریزی شهری و غیره مورد استفاده قرار گیرد. با این حال، مطالعات مکان اغلب به اطلاعات دقیق و دقیق در مورد ارتفاع زمین نیاز دارد، که می تواند در برخی مناطق چالش برانگیز باشد. اینجاست که مدل‌های دیجیتال ارتفاع (DEM) مفید هستند.

دانلود لایه ارتفاعی DEM استان های ایران برای تحلیل های سه بعدی مکانی

مدل دیجیتال ارتفاع (DEM) چیست؟

مدل ارتفاعی دیجیتال (DEM) یک نمایش دیجیتالی شبکه‌بندی شده از زمین است که هر مقدار پیکسل نشان دهنده ارتفاع آن محدوده معین براساس یک واحد ارتفاعی است از یک سطح مبنا است. مبدأ ارتفاعی یک نقطه یا سطح مرجع است که براساس یک سیستم مختصات مشخص مانند سطح آبهای آزاد عمل می کند. DEM ها معمولا با استفاده از تکنیک های سنجش از دور، مانند LiDAR (تشخیص نور و محدوده) یا فتوگرامتری ایجاد می شوند که از تصاویر لیزری یا هوایی برای اندازه گیری ارتفاع زمین استفاده می کنند. DEM ها می توانند رزولوشن های متفاوتی داشته باشند، که نشان دهنده اندازه هر پیکسل و سطح جزئیات آنها است. DEM های با وضوح بالاتر پیکسل های کوچکتر و جزئیات بیشتری دارند، در حالی که DEM های با وضوح پایین تر پیکسل های بزرگتر و جزئیات کمتری دارند.

مدل ارتفاعی دیجیتال (DEM) یک نمایش دیجیتالی شبکه‌بندی شده از زمین است. مدل های ارتفاع رقومی لایه های رستری مانند Tif یا سایر فرمت ها هستند که هر پیکسل آن نشان دهنده موقعیت محدوده معینی از سطح زمین از سطح دریا است. مبدأ ارتفاعی یک نقطه یا سطح مرجع است که مبدا و جهت یک سیستم مختصات را مشخص می کند. این رستر های ارتفاعی معمولا با استفاده از تکنیک های سنجش از دور، مانند LiDAR (تشخیص نور و محدوده) یا فتوگرامتری ایجاد می شوند که از تصاویر لیزری یا هوایی برای اندازه گیری ارتفاع زمین استفاده می کنند. این لایه های رستری برای نمایش سه بعدی سطح زمین و بررسی ناهمواری های سطح زمین کاربرد دارد. رستر  DEM ها می توانند رزولوشن های متفاوتی داشته باشند، که نشان دهنده اندازه هر پیکسل و سطح جزئیات آنها است. رستر های ارتفاعی مورد استفاده در GIS عملا مدل های ارتفاعی یا همان DEM ها هستند. بنابراین، برای نمایش سه بعدی سطح زمین و همچنین برای نمایش پستی بلندی های سطح سیاره زمین باید از لایه های دم استفاده کرد. لایه های DEM نقش مهمی در تحلیل پستی بلندی های سطح سیاره زمین و همچنین تحلیل مکانی شیب و ناهمواری های زمین است. اندازه پیکسل لایه های رستری گویای محدوده ای از سطح زمین است که هر پیکسل پوشش میدهد. مثلا رستر با پیکسل سایز ده متر به این معنی است که هر پیکسل اطلاعات میانگین یک سطح یکصد متر مربع را نشان می دهد. پس میانگین ارتفاع آن محدوده یکصد متر مربعی از سطح زمین بعنوان پیکسل ولیو یا مقدار پیکسلی آن پیکسل در DEM نشان داده می شود. اگر پیکسل سایز رستری یکصد متر باشد به این معنی است که هر پیکسل یک محدوده 100 در 100 متر یعنی یک هکتار را نشان می دهد. پس ارزش پیکسلی (pixel value) یک عدد است که میانگین ارتفاع آن محدوده را نشان می دهد. لذا هرچه اندازه پیکسلی زیرتر باشد به این معنی است که آن لایه رستری اطلاعات دقیقتری را نشان می دهد.

چگونه مدل‌های دیجیتال ارتفاع (DEM) می‌توانند در مطالعات مکانی نقش داشته باشند

مطالعات مکانی تجزیه و تحلیل داده های مکانی برای درک ویژگی ها، الگوها و روابط پدیده های جغرافیایی است. مطالعات مکان یابی می تواند برای اهداف مختلفی مورد استفاده قرار گیرد. با این حال، مطالعات مکانی-فضایی اغلب برای تحلیل های سه بعدی واقعی به اطلاعات دقیق در مورد ارتفاع زمین نیاز دارد، که می تواند در برخی مناطق چالش برانگیز باشد. اینجاست که مدل‌های دیجیتال ارتفاع (DEM) مفید هستند.

چرا DEM ها برای مطالعات مکانی مهم هستند؟

لایه های DEM برای مطالعات مکان یابی مهم هستند زیرا اطلاعات ضروری در مورد توپوگرافی و مورفولوژی سطح زمین ارائه می دهند. توپوگرافی به شکل و ویژگی های زمین، مانند تپه ها، دره ها، شیب ها و جهات شیب اشاره دارد. مورفولوژی به شکل و ساختار زمین، مانند الگوهای زهکشی، انواع خاک، پوشش گیاهی و کاربری اراضی اشاره دارد. DEM ها می توانند به چندین روش به مطالعات مکان کمک کنند، مانند:

• استخراج پارامترهای زمین: DEM ها را می توان برای محاسبه پارامترهای مختلف زمین که توپوگرافی و مورفولوژی سطح زمین را توصیف می کند، مانند ارتفاع، شیب، جهت، انحنا، ناهمواری، شاخص رطوبت، تجمع جریان، جهت جریان، مرزهای حوزه آبخیز، جریان استفاده کرد. شبکه ها و موارد دیگر این پارامترها را می توان برای تجزیه و تحلیل توزیع فضایی و تنوع پدیده های طبیعی و انسانی، مانند فرسایش خاک، رواناب آب، حساسیت به زمین لغزش، بهره وری پوشش گیاهی، تناسب زمین و غیره استفاده کرد.

• مدل سازی جریان آب یا حرکت توده ای: DEM ها می توانند برای شبیه سازی حرکت آب یا جرم در سطح زمین تحت سناریوهای مختلف مانند رویدادهای بارندگی، رویدادهای ذوب برف، شکستن سدها، زلزله و غیره استفاده شوند. این شبیه سازی ها می توانند به ارزیابی تأثیر احتمالی سیل یا رانش زمین بر مردم، زیرساخت ها و محیط زیست. برای مثال، مطالعات اخیر با دیدگاه‌های شبیه‌سازی مدل رقومی ارتفاع (DEM) برای مدل‌سازی سیل در غیاب یک DEM جهانی با دسترسی باز با دقت بالا، به این موضوع می‌پردازد که چگونه شبیه‌سازی DEM می‌تواند مدل‌سازی سیل را در مناطق کم داده بهبود بخشد.

• ایجاد نقشه های برجسته: از DEM ها می توان برای ایجاد نقشه های برجسته استفاده کرد که ارتفاع و شکل زمین را با استفاده از رنگ ها یا سایه ها نشان می دهد. نقشه های برجسته می توانند به تجسم توپوگرافی و مورفولوژی سطح زمین و شناسایی ویژگی های مورد علاقه یا نگرانی کمک کنند. برای مثال، اهمیت انتخاب مدل رقومی ارتفاع در شبیه‌سازی سیل و روش پیشنهادی برای کاهش خطاهای DEM با مطالعه موردی در شانگهای نشان می‌دهد که چگونه نقشه‌های مختلف امدادی می‌توانند بر نتایج شبیه‌سازی سیل تأثیر بگذارند.

• ارائه تصاویر سه بعدی: از DEM ها می توان برای ایجاد تجسم های سه بعدی استفاده کرد که ارتفاع و شکل زمین را با استفاده از بافت های واقعی و جلوه های نوری نشان می دهد. تجسم سه بعدی می تواند به افزایش درک مکانی و درک ما از سطح زمین و ویژگی های آن کمک کند. به عنوان مثال، مقاله مدل دیجیتال ارتفاع (DEM) چیست؟ را مطالعه کنید.

• ایجاد مدل های فیزیکی: DEM ها را می توان برای ایجاد مدل های فیزیکی استفاده کرد که ارتفاع و شکل زمین را با استفاده از موادی مانند پلاستیک یا چوب تکرار می کند. مدل‌های فیزیکی می‌توانند به نشان دادن یا آزمایش رفتار آب یا جرم روی سطح زمین در شرایط مختلف کمک کنند.

چالش ها و محدودیت های استفاده از DEM ها برای مطالعات مکان چیست؟

علیرغم اهمیت و سودمندی آنها برای مطالعات مکان، استفاده از DEM ها همچنین دارای چالش ها و محدودیت هایی هستند که باید هنگام استفاده از آنها برای تجزیه و تحلیل یا تصمیم گیری در نظر گرفته شوند. برخی از این چالش ها و محدودیت ها عبارتند از:

• دقت و عدم قطعیت: DEM ها نمایش کاملی از واقعیت نیستند. آنها حاوی خطاها و عدم قطعیت هایی هستند که از منابع مختلف ناشی می شوند، مانند خطاهای اندازه گیری، خطاهای درون یابی، خطاهای پردازش و تغییرات زمانی. این خطاها و عدم قطعیت ها می توانند بر کیفیت و قابلیت اطمینان DEM ها و محصولات مشتق شده از آنها تأثیر بگذارند، مانند پارامترهای زمین، جریان آب یا شبیه سازی حرکت جرم، نقشه های امدادی، تجسم های سه بعدی و مدل های فیزیکی. بنابراین، ارزیابی صحت و عدم قطعیت DEM ها و محصولات مشتق شده از آنها و انتقال شفاف آنها به کاربران و ذینفعان مهم است.

• در دسترس بودن و دسترسی: DEM ها همیشه برای هر مکان یا هدفی در دسترس یا قابل دسترسی نیستند. برخی از مناطق ممکن است داده های DEM نداشته باشند یا محدود باشند، به خصوص در مناطق دور افتاده یا در حال توسعه. برخی از داده های DEM ممکن است دسترسی محدود یا هزینه بالایی داشته باشند، به ویژه برای داده های با وضوح بالا یا اختصاصی. بنابراین، شناسایی و ارزیابی منابع داده های DEM موجود و قابل دسترس برای هر مکان و هدف، و در نظر گرفتن معاوضه بین وضوح، دقت، پوشش و هزینه بسیار مهم است. ب

• سازگاری و قابلیت همکاری: DEM ها همیشه با یکدیگر یا با سایر منابع داده مکانی سازگار یا قابل همکاری نیستند. دم های مختلف ممکن است فرمت ها، پیش بینی ها، وضوح، داده ها، واحدها یا ابرداده های متفاوتی داشته باشند. این تفاوت ها ممکن است هنگام ترکیب یا مقایسه لایه های دم مختلف یا هنگام استفاده از آنها با سایر منابع داده مکانی، مانند تصاویر هوایی یا ماهواره ای، داده های برداری یا داده های املاک، مشکلات یا خطاهایی ایجاد کند. بنابراین، اطمینان از سازگاری و قابلیت همکاری DEM ها و سایر منابع داده های مکانی با استفاده از ابزارها و روش های مناسب برای تبدیل داده ها، تبدیل، نمونه برداری مجدد، بازپروژه یا ویرایش فراداده مهم است.

نتیجه گیری

در این مطالعه به بررسی اینکه چگونه مدل‌های دیجیتال ارتفاع (DEM) می‌توانند در مطالعات مکانی نقش داشته باشند، پرداختیم. لایه های دم منابع داده با ارزشی برای مطالعات مکانی هستند، زیرا اطلاعات ضروری در مورد ارتفاع و شکل زمین ارائه می دهند. لایه های DEM دم را می توان برای کاربردهای مختلفی استفاده کرد، مانند استخراج معادن پارامترهای زمین، مدل سازی جریان آب یا حرکت جرم، ایجاد نقشه های برجسته، ارائه تجسم های سه بعدی و ایجاد مدل های فیزیکی. با این حال، DEM ها همچنین دارای چالش ها و محدودیت هایی هستند که باید در هنگام استفاده از آنها برای تجزیه و تحلیل یا تصمیم گیری در نظر گرفته شوند، مانند دقت و عدم اطمینان، در دسترس بودن و دسترسی، سازگاری و قابلیت همکاری. بنابراین، استفاده عاقلانه و مسئولانه از DEM ها برای مطالعات مکان یابی مهم است.