موقع GIS for WE نظم المعلومات الجغرافية (GIS) وبرامج ArcGIS

 3-9الدرس التاسع من المرحلة الثالثة لتعلم على برامج ArcGIS بثلاثة مراحل

Basic for Raster Data

شرح أساسي عن البيانات النقطية في نظم المعلومات الجغرافية (GIS)

• ملاحظة سيتم الشرح النظري ثم العملي من خلال فيديو موجود في نهاية هذا المقال.

مقدمة عن بيانات نظم المعلومات الجغرافية

تتكون بيانات برامج ArcGIS من ثلاثة أنواع:

1.  بيانات نقطية(Raster) مكانية: تعتبر هذه البيانات خريطة أساس (Base Map)  لكل مشاريع GIS ومن خلال المعالجة الجغرافية و الإرجاع الجغرافي (Georeferencing) نضبطها بالشكل الصحيح.
2. بيانات متجهة (Vector) مكانية: يتم الحصول عليها من أعمال المسح الميداني او من البيانات النقطية Raster ومن خلال الرقمنة (Digitalizing) يتم رسمها والتعديل عليها وأيضا إضافة البيانات من خلال جدول البيانات (Attribute Table).
3. بيانات الجدول (Table) غير مكانية: من خلال تحويل ملفات الإكسيل الى جدول او مخرجات أدوات التحليل، بالإضافة يمكن تحويل جدول بيانات أي طبقة الى جدول وصفي غير مكاني.

في هذه المقال سيتم شرح كل ما يتعلق عن البيانات النقطية والتي تتميز بحجم الخلايا، كل ما كان حجم الخلايا قليل تزيد دقة وضوحها وفهمها، لذلك أي صورة جوية او فضائية او خريطة مدخلة الى البرنامج يتم ذكر الدقة مقارنة بحجم الخلايا، مثلاً لدينا صورة جوية بدقة 10 سـم بمعنى ان حجم الخلايا يكون 10 بـ 10 سـم أو بين كل نقطة ونقطة داخل الخلايا مسافة 10 سـم، لتوضيح ذلك من خلال الشرح العملي بالإضافة الى الصور التالية:

 

أنواع الصورة النقطية (Raster Image)

تتكون الصورة النقطية من مجموعة من الخلايا (Pixels) مربعات مرتبة ومنظمة حسب الصفوف والأعمدة التي تتكون منها الخلية وكل خلية تحمل قيمة أو أكثر تمثل معلومة معينة مثل خلايا نموذج الإرتفاع الرقمي (DEM) والخلايا الموجودة في صورة جوية، البيانات النقطية لها عدة أنواع من أهم هذه الأنواع:

1. الصور الجوية (Digital Aerial Photographs): تصوير منطقة جغرافية من خلال طائرة، مثلا طائرات الدرونز بدون طيّار.
2. صور الأقمار الصناعية (Imagery from Satellites): مصدر الصور الأقمار الصناعية، يتم أخذ أكثر من صورة بفترات زمنية مختلفة بشكل مستمر ولإهداف كثير.
3. صور رقمية (Digital Picture): يتم إنتاجها من خلال البيانات المتجهة (Vector Data) مثل نقاط الإرتفاعات او خطوط الكنتور لإنتاج نموذج إرتفاع رقمي وبعدها يمكن إخراج صور الميول و الإنحدار والظلال ومدى الرؤوية وغيرها من أنواع الصور الرقمية.
4. خرائط المسح الضوئي (Scanner Maps): أي خريطة ورقية يتم عمل مسح ضوئي لها ثم حوسبتها على جهاز الحاسوب يتم إضافتها على برنامج ArcMap ثم عمل إرجاع جغرافي لها (Georeferencing) لتطابق الواقع من حيث القياسات و المكان الجغرافي من ثم يتم الرقمنة وإدخال بيانات الخريطة الى طبقات داخل قاعدة بيانات جغرافية.

ماذا تمثل البيانات النقطية Raster Data

جميع البيانات النقطية تمثل الظواهر الجغرافية الموجودة بالكرة الأرضية مثل:

1. المعالم الجغرافية الواضحه بالتصوير سواء جوي او من الأقمار الصناعية بدون أي نوع من التحليل (مدرسة، أراضي زراعية، المناطق المبنية، المسطحات المائية … الخ).
2. بيانات التربة من خلال مخرجات الإستشعار عن بعد يمكن الحصول على بيانات التربة في أي منطقة جغرافية مطلوبة.
3.  الغطاء النباتي (Image Classification) لمنطقة معينة يتم الوصول الى خصائص الغطاء النباتي في هذه المنطقة.
4. الإرتفاعات من خلال نموذج الإرتفاع الرقمي (DEM) يمكن الحصول عليه من طبقة نقطية تمثل مناسيب الإرتفاع او من مخرجات الإستشعار عن بعد مثل إستيراد بيانات من Google Earth.

هناك الكثير من البيانات التي تمثلها البيانات النقطية لكن نكتفي بهذا القدر من البيانات.

طرق عرض البيانات النقطية من خلال قيم الخلايا

1. بيانات متصلة: مثل خرائط الإرتفاعات (DEM) و خرائط درجات الحرارة وخرائط الموائمة المكانية: يتم إستيراد هذه البيانات النقطية من خلال طبقة نقطية مثلاً نقاط الإرتفاع وبين كل نقطة ونقطة مسافة معينة يمكن أن تكون منتظمة او غير منظمة، من خلال عمليات التحليل يتم ملئ القيم غير معروفة البيانات بقيم جديدة بناءً على القيم المحيطة، هذا التحليل يطلق عليه إقحام (interpolation) ومثال على هذه الأدوات:
   
   
   
   
   
2. بيانات متقطعة: تعتمد قيمة الخلايا في هذا النوع على أكثر من نطاق، عدد النطاقات المتعارف عليه ثلاثة نطاقات (Red, Green, Blue)، حيث كل لون له قيمة ومجموع الثلاثة قيم يعطينا خلية ومجموعة الخلايا المتقاربة من حيث القيم تمثل معلم او ظاهره جغرافية مثل سطح بناء او شجرة او جزء من شارع، تعتبر الصور الجوية هي أكبر مثال على هذا النوع من عرض البيانات النقطية.

حجم  البيانات النقطية غير متصلة أكبر بكثير من حجم البيانات النقطية المتصلة.

يمكن إخراج Raster  نطاق واحد الى ثلاثة نطاقة من خلال اداة التراكب (Composite) وجمع ثلاثة صور في صورة واحدة.

إستخدام البيانات النقطية (Raster Data Use)

1. خرائط الأساس (Base Maps): هي نقطة البداية لأي مشروع GIS يستخدم كمرجع او خلفية لعرض البيانات، لذلك خرائط الأساس تعتبر توثيق حقيقي لجميع البيانات المستخدمة في المشروع، أكثر أنواع هذه الخرائط هي الصور الجوية و الأقمار الصناعية والخرائط الورقية المعالجة ويمكن إضافة خرائط أساس من ArcGIS Online.
2. الخرائط الموضوعية (Raster Thematic Maps): يتم إنتاجها من خلال عمليات التحليل المشتقة من خرائط الأساس، مثل خرائط إستعمالات الأرض و تحليل الغطاء النباتي، بالإضافة الى خرائط الموائمة المكانية بكافة أنواعها.
3. خرائط تمثيل شكل سطح الأرض (Raster Surface): يتم إنتاجها من خلال نموذج إرتفاعات رقمي (DEM)، لتمثيل شكل الأرض من خلال خرائط الميول و الإنحدار و مدى الرؤية وخرائط التحليل الهيدرولوجي.
4. إستخدام البيانات النقطية من خلال إنشاء حقل (Raster Field) في البيانات المتجهة لإرفاق صورة نقطية لكل ميزة او معلم (Features) داخل الطبقات.

مميزات البيانات النقطية

هناك الكثير من المميزات التي تخص البيانات النقطية نذكر أهم هذه الميزات:

1. شكلها بسيط وسهل الفهم.
2. تنسيق قوي مثل الشبكة يسهل علينا التحليل المكاني و الإحصائي من خلال تقارب قيم الخلايا يعطينا معلومة مطلوبة.
3. قدرة كبيرة في تمثيل الأسطح.
4. خرائط أساس في معظم مشاريع GIS.

إستخدام جدول بيانات الـ Raster  التي تحمل نطاق واحد او قيم خلايا موحدة

يمكن الإستفادة من جدول بيانات الـ Raster  من خلال:

1. الحفاظ على المعلومات الموجودة التي تم عمل تحليل أو تصنيف لها مثلا قيم خرائط الموائمة المكانية.
2. إضافة حقول على جدول البيانات تساعد في دعم معلومات الـ Raster مثل كتابة وصف لقيم الخلايا.
3. عمل حسابات و إحصائيات على البيانات الموجودة بعد إضافة الحقول ويمكن إظهارها عند إستخدام أمر الإستعلام.

ملاحظة: البيانات النقطية أكثر من نطاق يتم عمل إعادة تصنيف (Reclassify) لقيم الخلايا ليتم إضافة جدول بيانات لها مثل الخرائط الورقية المعالجة جغرافياً  او الصور الجوية.

أشكال وطرق حفظ وتخزين البيانات النقطية داخل برامج ArcGIS

1. الشكل المنفرد (Raster Dataset): وهو الشكل الأكثر إستخداماً و الأسهل بالتعامل مثل صورة جوية واحدة او خريطة ورقية معالجة جغرافية او مخرج أدوات التحليل، وهذا الشكل هو الأساسي الذي يبنى منه باقي الأشكال ويمكن أن يحتوي على نطاق واحد أو أكثر وله صيغ متعددة مثل jpeg, tiff  وغيرها من الصيغ.
2. الشكل المتعدد (Mosaic Dataset, Raster Catalog):

أ. الموزايك يضم مجموعة من الصور مرتبطة مع بعضها البعض بحيث تظهر كصورة واحدة كاملة، حجمها كبير ويمكن دمج عدد من الصور بفترات زمنية مختلفة تساعدنا بالإستعلام وليس شرطاً ان تكون الصورة الناتجة متصلة يمكن أن تكون متفرقة جزء هنا لتداخل وجزء آخر في منطقة ثانية، يمكن أن تحتوي على أكثر من نطاق.

ب. الكاتالوج: مجموعة من الصور لهم جدول يمثل كل صورة منفردة في فهرس الكاتالوج، يمكن أن يضم الآلف الصور،  يتم إستخدامه لعرض الصور المتجاورة والمتداخلة جزئياً او كليا بدون الحاجة الى إنشاء موزايك، هذا الشكل قديم جدأ وحالياً يفضل إستخدام الموزايك بدلا عنه بسبب إمكانيات الموازيك أكثر و أفضل في تحليل البيانات النقطية.

أمثلة عملية على تحليل البيانات النقطية

1. مثال عملي لفهم حجم خلايا البيانات النقطية من خلال تحويل Vector  الى Raster مع تحديد حجم الخلايا وإستخدام أمر Zoom to Raster Resolution.
2. تحليل البيانات النقطية من خلال واجهة Image Analysis من قائمة Windows من أشرطة قوائم برنامج ArcMap بالإضافة الى الترميز Symbiology لإظهار قيم الخلايا بالشكل المطلوب حسب كل نوع Raster.
3. طريقة إضافة بيانات نقطية فيها أكثر من نطاق مثل صورة جوية من خلال إضافة نطاق واحد أو أضافة النطاقات مرة واحدة.
4. التعديل على النطاقات من خلال إظهار بعض الألوان وإخفائها بالإضافة الى فهم ترتيب Band 1,2,3 .
5. الفرق بين البيانات المتصلة و المنفصلة من خلال قيم الخلايا (Discrete and continuous) من خلال أداة الإستعلام لتسهيل الفهم.

لمشاهدة الدرس التاسع من المرحلة الثالثة لتعلم على برامج ArcGIS من خلال الفيديو التالي:

 اليك صفحه ومجموعة على الفيس بوك لتعلم أكثر بما يخص نظم المعلومات الجغرافية (GIS) و برنامج ArcGIS Pro من خلال هذه الروابط:

مجموعة على الفيس بوك ArcGIS Pro من هنا.

مجموعة على الفيس بوك GIS for WE - ArcGIS Pro من هنا.

صفحة الفيس بوك GIS for WE من هنا.