آموزش کاربردی ArcGIS در زمین‌شناسی و معدن (کتاب الکترونیک)

هدف از تهیه یک نقشه زمین شناسی نشان دادن پراکندگی سنگها و گسلها ، تاقدیس‌ها ، ناودیس‌ها و دیگر ساختمانهای زمین شناسی به صورتی است که در زمین ظاهر شده‌اند. در واقع این نقشه‌ها مقیاس کوچکی از پدیده‌های زمین شناسی می‌باشند که برای تفسیر پدیده‌های زمین شناسی ، بیان تاریخ زمین شناسی منطقه و ترتیب رسوبگذاری و اتفاقات گذشته مورد استفاده قرار می‌گیرند .از آنجا که مشاهده تشکیلات زمین با وسعت زیاد آنها در حالت معمولی با چشم غیر ممکن بوده و بدون مشاهده کلیّه عوامل و برقراری ارتباط بین آنها نمی‌توان تصور صحیحی از وضعیت زمین بدست آورد. لذا نقشه‌های زمین شناسی برای این منظور اساسی ترین وسیله تحقیقات زمین شناسی می‌باشند. هر کدام از واحدهای تشکیلات زمین شناسی روی نقشه ها با رنگ مخصوص به خود نشان داده می شوند. شیب و امتداد طبقات و همچنین گسل‌ها وچین‌ها با علامات و نشانه‌های معینی مشخص می‌شوند. روی هر نقشه زمین شناسی یک راهنما جهت توضیح علامات بکار گرفته می‌شود. در این پروژه شما با روش تهیه  و ساخت یک نقشه زمین شناسی آشنا خواهید شد .البته در این پروژه سعی شده است که با دستورات مهم و کلیدی آشنا شوید.

1-2 مرحله اول:  ژئورفرنس

ژئورفرنس کردن یا زمین مرجع یعنی اینکه مشخص شود که داده شما در کجای کره زمین قرار دارد. در نیمکره شمالی است یا جنوبی، در ایران است یا استرالیا، در استان تهران است یا همدان، در واقع یعنی نسب دادن مختصات واقعی به فایل های وکتوری یا رستری .

داده های مورد استفاده در GIS از منابع متعددی تامین می شوند. بعضی از آنها مانند نقشه های کاغذی ، عکس های هوایی و … برای وارد شدن و استفاده در محیط نرم افزار GIS، نیاز دارند که به وسیله اسکن کردن به یکی از فایل های عکس به فرمت .jpeg .jpg .tiff .bmp و یا … تبدیل شوند. بعد از وارد کردن این داده ها، قبل از هر کاری باید سیستم مختصات قرار گیری آنها در محیط GIS برای داده تعریف شود و این کار با استفاده از اطلاعات فایل ورودی صورت می گیرد. در واقع این داده ها پس از ورود اولیه ، دارای هیچگونه مقیاس و ابعاد و اندازه ای نیستند و بدون مشخص شدن موقعیت آنها در جهان واقعی ، فاقد ارزش محسوب می شوند و انجام هر گونه محاسبات ، تحلیل و یا آنالیزی از این اطلاعات قبل از مشخص شدن مختصات واقعی عوارض، کاری اشتباه و عبث خواهد بود.با ژئو رفرنس کردن این داده ها علاوه بر مختصات دار کردن آنها می توان خطاهای ایجاد شده در اثنای اسکن کردن مانند چرخش تصاویر،کج شدگی،تغییر مقیاس و … را نیز از بین برد.

1-2-1 مختصات دار کردن فایل های رستری با ابزار  Geo referencing

مراحل زمین مرجع فایل های رستری :

1. اسکن فایل کاغذی
2. ذخیره در کامپیوتر شخصی شما
3. وارد کردن به محیط Arc MAP
4. تشخیص نقاط کنترل (تقاط معلوم)
5. تنظیم سیستم مختصات DATA FRAME
6. اضافه کردن نوار زمین مرجع
7. برداشتن تیک خطا
8. وارد کردن نقاط کنترل
9. گذاشتن تیک خطا
10. فول اکستنت کردن
11. ذخیره کردن

فایل رستری (نقشه اسکن شده مثل نقشه توپوگرافی و…) را محیط Arc map اضافه کنید. شما با پیامی مواجه می شوید که نشان می دهد نقشه شما فاقد سیستم مختصات است. بروی ok کلیک کنید.

سپس نقاط کنترل را شناسایی کنید. معمولا این نقاط کنترل در گوشه های نقشه مشخص است که یا بصورت سیستم مختصات جغرافیایی یا بصورت متریک(UTM) می باشد.( شکل 1-2)

نکته: برای شناسایی نقاط کنترل ابتدا جهت شمال نقشه را پیدا کرده یعنی جایی که نام نقشه نوشته شده است. سپس به سمت چپ نام نقشه رفته و آن اولین نقطه کنترل است و جهت عقربه های ساعات حرکت کرده و بقیه را شناسیایی می کنیم.

در نوار ابزار زئورفرنس بروی آیکن View link table کلیک کرده و  پنجره ای  باز می شود. در پنجره باز شده شما باید  تیک قسمت Auto adjust  را بردارید. اگر تیک این قسمت برداشته نشود در آخر نمی توانید از مقدار خطای صورت گرفته مطلع شوید.( شکل 1-3)

پس از وارد کردن چهار گوشه نقشه تیک Auto adjust را گذاشته و می بینیم که در قسمت total RMS error مقدار خطای ما مشخص می شود. اگر مقدار خطا کمتر از 0004/0 بود قابل قبول می باشد.

پس از انجام این مراحل باید نقشه geo referencing شده را ذخیره کنیم. برای ذخیره کردن نقشه باید به منوی ژئورفرنس رفته و منوی Rectify  را انتخاب کنید و پنجره ای بنام Save as  باز می شود. در پنجره باز شده (پنجرهsave as ) در قسمت Output Location مسیرخروجی نقشه را مشخص کنید و در قسمت Name و Format نام و فرمت آن را مشخص کنید. (شکل 1-8)

1-2-3 تغییر مختصات فایل های رستری (project raster)

از این ابزار جهت خروجی گرفتن از لایه های رستری، با مختصاتی جدید، استفاده می شود. در واقع از این جهت همسان سازی سیستم مختصات لایه های رستری و تبدیل آن ها به یکدیگر استفاده می شود. نکته مهم این که لایه ورودی در این جعبه ابزار حتماً باید دارای سیستم مختصات تعریف شده ای باشند.

در این قسمت می خواهیم سیستم مختصات لایه ای را از Geographic Coordinate System به Projected Coordinate System تغییر دهیم.

لایه مورد نظر را در محیط Arc MAP باز کنید. روی لایه راست کلیک کرده و Properties را انتخاب کنید. از پنجره باز شده به سربرگ، Source رفته تا سیستم مختصات لایه، نوع فایل رستری و اندازه ی پیکسل سایز آن را مشاهده کنید.( شکل 1-9)

1-3 مرحله دوم: ایجاد بانک اطلاعاتی

یکی از مهم ترین بخش ها در سامانه های سیستم اطلاعات جغرافیایی(GIS) ایجاد بانک اطلاعاتی است .در هر پروژه شما باید بعد از آشنایی با محیط نرم افزار باید اقدام به ساخت بانک اطلاعاتی نمایید. بانک های اطلاعاتی به روش های مختلف تهیه و ذخیره می شوند که در این بخش از کتاب سعی شده که شما را با روش های مختلف آن آشنا کنیم. ولی در ادارات و سازمان های مرتبط روش شیپ فایل بیشتر رایج می باشد. بعد از ایجاد لایه های کاربردی باید به ساخت فیلدهای اطلاعاتی مهم اقدام کنید. البته اینکه شما به چند فیلد لازم دارید این بستگی به هدف پروژه دارد.

1-3-1 شیپ فایل چیست؟

Shapefile  یک فرمت ذخیره ی برداری داده برای ذخیره کردن موقعیت، شکل و توصیف عوارض جغرافیایی است. به عبارت دیگر یک نوع داده عارضه در مجموعه ای از داده های مرتبط ذخیره می شود و یک کلاس عارضه را در بر می گیرد.

1-3-1-1 ایجاد Shape file

بسته به نوع پروژه، باید لایه های اطلاعاتی تولید کرد. در این پروژه به لایه های گسل و لایه زمین شناسی نیاز است.

بسته به نوع ماهیت، هر عارضه در سیستم GIS  به سه شکل دیده خواهد شد :

1.نقطه2.خط3. پلی گون

برای لایه های نقطه ای می توان عوارضی از قبیل نقاط زمین لرزه،  چشمه ها و قنات ها را در نظر گرفت. برای لایه های خطی می توان عوارضی از قبیل گسل و رودخانه ها را در نظر گرفت. برای لایه های پلی گونی می توان عوارضی از قبیل کاربری طبقات زمین شناسی، پادگانه های آبرفتی را در نظر گرفت.

برای ساخت shapefile ابتدا در منوی اصلی نرم افزار بروی سربرگ windows کلیک کنید و سپس برروی گزینه Catalog کلیک کنید. (شکل 1-13)

1. نام عارضه مورد نظر را وارد می کنید. (بعنوان مثال زمین شناسی و گسل)
2. شکل هندسی عارضه
3. سیستم مختصات

برای تعریف سیستم مختصات بصورت زیر عمل کنید. (شکل 1-16)

1-3-2 Geodatabase چیست؟

یکی دیگر از فرمتهای ذخیره اطلاعات Geodatabase می باشد. ژئودیتابیس یک فرمت رایج GIS می باشد که بر خلاف سایر فرمتها نظیر Shapefile  دارای مزایایی است که مهمترین آن این است که در Geodatabse  از تمامی مزایای سیستمهای مدیریت پایگاه داده یا DBMS استفاده می شود.

برخی از مزایای Geodatabse نسبت به سایر فرمتهای GIS عبارتند از:

• تعداد فایلهای سیستمی کمتر و در نتیجه حجم و اشتباه کمتر
• ذخیره چندین نوع عارضه در یک ژئودیتابیس
• ارتباط راحت تر با سایر نرم افزارها
• عدم محدودیت در حجم
• ایندکس گذاری مکانی (Spatial Indexing)
• تراکنش های طولانی (Long Transaction)
• نسخه گذاری (Versioning)
• قابلیت تعریف دامنه (Domain)
• قابلیت تعریف زیر نوع (Subtype)
• قابلیت تعریف روابط توپولوژیکی(Topological Relationships)
• قابلیت تعریفشبکه هندسی (Geometric Network)

1-3-2-1 ایجاد یک Geodatabase

ابتدا در منوی اصلی بروی windows کلیک کنید و سپس بروی Arccatolog کلیک کنید. پنجره Arccatolog باز می شود. در این پنجره بروی یکی از درایوهای کامپیوتر خود راست کلیک کنید و به قسمت new بروید و بروی Folder کلیک کنید و یک نام را به آن اختصاص دهید. (شکل 1-17)

سپس بروی folder مورد نظر راست کلیک کرده و به قسمت New رفته سپس بروی Personal geodata base  کلیک کنید یک نام برای آن انتخاب می کنیم. (شکل 1-18)

سپس برای ساخت feature data set  روی personal Geodatabase ساخته شده راست کلیک کرده و بروی feature data set  کلیک نمایید و پنجره ای به نام new feature data set باز می شود. در قسمت Name یک نام اختصاص داده که معمولا منطقه مورد مطالعه شما می باشد. سپس بروی Next کلیک کنید و در پنجره بعد سیستم مختصات را مشخص کنید.(شکل 1-19)

بعد از آن feature data set  ساخته شده و به محیط شما اضافه می شود. برای ساختfeature class  برویfeature data set  ساخته شده راست کلیک کرده و برویfeature class  کلیک نمایید.(شکل 1-21)