آموزش ژئورفرنس کردن نقشههای زمینشناسی در نرمافزار ENVI
ژئورفرنس کردن نقشههای زمینشناسی در نرمافزار ENVI + مثال کاربردی
مقدمه
یکی از مهمترین کاربردهای مختصاتدار شدن نقشههای زمینشناسی در محیط ENVI، مقایسه نتایج پردازش تصاویر با نقشههای زمینشناسی میباشد که امکان بررسی رفتارهای طیفی را در واحدهای زمینشناسی مختلف فراهم میسازد. در پایان این مقاله، مثالی کاربردی برای مختصاتدار شدن نقشه زمینشناسی در محیط ENVI ارائه شده است. نقشهای که برای مختصات دار شدن انتخاب شده است، نقشه زمین شناسی 1:100000 کرمان میباشد.
فرخوانی نقشه زمینشناسی به نرمافزار ENVI
ابتدا از طریق منوی File و گزینه Open Image File نقشه زمینشناسی مورد مطالعه را به نرمافزار فراخوانی کنید (شکل 1).
شکل 1
تنطیمات اولیه
ابتدا تصویر نقشه زمینشناسی را در یک Display لود کنید. سپس از طریق مسیر زیر، به پنجره Image to Map Registration دسترسی پیدا خواهید کرد:
Map → Registration → Select GCPs: Image to Map
در پنجره Image to Map Registration در قسمت Select Registration Projection ابتدا سیستم مختصات را انتخاب کنید. در قسمت Datum سطح مبنا را تعیین و همچنین در قسمت Units واحد مورد استفاده را انتخاب کنید. حال برای مشخص کردن زون محدوده مورد مطالعه خود؛ اگر از زون نقشه زمینشناسی محدوده مورد مطالعه خود مطلع هستید، عدد مربوط به زون را در قسمت Zone وارد کنید. در غیر این صورت از گزینه Set Zone کمک بگیرید، بر روی گزینه Set Zone کلیک کنید؛ پنجره Select UTM Zone باز میشود در قسمت Latitude و Longitude مختصات یکی از گوشههای نقشه زمینشناسی را وارد کنید و OK را بزنید. سپس زون محدوده مورد مطالعه نمایش داده خواهد شد. در قسمت X Pixel Size و Y Pixel Size که مربوط به اندازه پیکسلها میباشد؛ با توجه به مقیاس نقشه تعیین میشود. برای مثال اندازه پیکسلها برای نقشههای 1:100000 بین 30 تا 50 متر و در نقشههای 1:250000، 100 متر تعیین میگردد. سپس بر روی OK کلیک کنید (شکل 2).
شکل 2
تعیین نقاط کنترلی
بعد از OK کردن پنجره Image to Map Registration، پنجره Ground Control Points Selection باز میشود (شکل 3-الف) که مربوط به انتخاب نقاط کنترلی برای مختصات دادن به نقشه میباشد.
نکته: با چهار نقطه کنترلی هم امکان مختصات دادن به نقشه وجود دارد اما برای بدست آوردن خطای RMS باید حتما بیشتر از چهار نقطه کنترلی مشخص شده باشد.
اگر مختصات چهار گوش را به صورت UTM در اختیار داشتید آن را در کادر مربوطه (که با رنگ قرمز مشخص شده است) وارد کنید در غیر این صورت بر روی آیکونی که با رنگ آبی مشخص شده است کلیک کنید تا سیستم مختصات به درجه و دقیقه تبدیل شود، مانند شکل 3-ب.
شکل 3: تصویر سمت چپ (شکل 3-الف) و تصویر سمت راست (شکل 3-ب)
حال به منظور انتخاب نقاط کنترلی از نقاط چهار گوشه نقشه که دارای مختصات هستند استفاده میشود؛ به این ترتیب که ابتدا یه گوشه دلخواه از نقشه زمینشناسی در نظر گرفته میشود؛ برای مثال گوشه چپ و بالای نقشه را در نظر بگیرید و علامت ماوس را در تصویر Zoom دقیق بر روی گوشه نقشه قرار دهید، مانند شکل 4، سپس در پنجره Ground Control Points Selection و در قسمت Lat و Lon مشخصات گوشه نقشه را وارد کنید و گزینه Add Point را بزنید به همین تریب مختصات سه گوشه دیگر نقشه را تعریف کنید. اما برای مشخص شدن خطای RMS باید نقطه پنجمی را در نظر گرفت. اگر نقشههای زمینشناسی یک مربع در نظر گرفته شوند معمولاً مختصات وسط هر ضلع این مربع نیز مشخص شده است و میتوان برای نقطه پنجم از این نقاط کمک گرفت.
شکل 4
همانطور که در شکل 5 مشاهده میکنید خطای RMS برابر است با 0.916 میباشد، که خطای قابل قبولی محسوب میشود. برای نقشههای 1:100000 خطای قابل قبول حدود 25 متر است. برای دیدن جزئیات نقاط کنترلی و تصحیح آنها میتوانید از گزینه Show List استفاده کنید (شکل 5)؛ در این قسمت میتوانید خطای هر یک از نقاط را مشاهده کنید و در صورت زیاد بودن مقدار خطا آن نقطه را حذف کرده و نقطه جدیدی با خطای کمتر برای عملیات ژئورفرنس کردن تعریف کنید.
شکل 5
اعمال مختصات بر روی نقشه
بعد از انتخاب نقاط کنترلی و دستیابی به خطای RMS قابل قبول، در مرحله بعد، از پنجره Ground Control Points Selection بر روی گزینه Option کلیک کنید (شکل 6). در این مرحله باید مختصات نقاط کنترلی تعریف شده بر روی نقشه زمینشناسی اعمال شود. به این منظور، از گزینه Warp Displayed Band یا Warp File استفاده میشود.
اما تفاوت این دو گزینه چیست؟ گزینه اول یعنی Warp Displayed Band برای زمانی است که فقط بخواهید یک باند را تصحیح کنید (به عنوان مثال از بین 6 باند محدوده SWIR سنجنده استر تنها نیاز باشد که تصحیح هندسی یا ژئوفرنس کردن بر روی یک باند اعمال شود) اما گزینه دوم یعنی Warp File را برای زمانی است که قصد دارید تصحیح هندسی یا ژئورفرنس کردن بر روی تمامی باندهای تصویر ماهوارهای اعمال کنید. همانطور که از توضیحات ارائه شده مشخص است، تفاوت این گزینهها در تصحیحات هندسی که بر روی تصاویر ماهوارهای اعمال میشود قابل بحث است. برای مختصاتدار کردن نقشه زمین شناسی در نرمافزار ENVI فرقی نمیکند که کدام گزینه را انتخاب کنید. در این آموزش گزینه دوم را انتخاب شده است.
شکل 6
بعد از انتخاب گزینه Warp File پنجره Input Warp Image باز میشود (شکل7). با توجه به نقاط اعمال شده اگر گزینه OK در پنجره Input Warp Image را انتخاب کنید تمام محیط نقشه زمینشناسی شما دارای مختصات میشود. در صورتی که مختصاتدار شدن قسمت Legend نقشه زمینشناسی برای ما کاربردی ندارد، بنابراین با استفاده از گزینه Spatial Subset فقط محدوده نقشه را انتخاب کنید (البته در صورتی که نیاز به دیدن واحدهای زمینشناسی در محیط نرمافزار ENVI دارید از انجام این مرحله صرف نظر کنید و گزینه OK در پنجره Input Warp Image را انتخاب کنید).
شکل 7
بعد از انتخاب گزینه Spatial Subset پنجره Select Spatial Subset باز میشود (شکل 8)، که در قسمت Subset Using میتوان از سه گزینه برای برش زدن تصویر استفاده کرد، در این قسمت، گزینه Map را انتخاب کنید. بعد از انتخاب گزینه Map پنجره Subset by Image باز میشود (شکل 8) و با استفاده از مربع قرمز رنگ فقط محدوده نقشه را مشخص کنید. سپس گزینه OK را بزنید. بعد از OK کردن سه پنجره Subset by Image ،Select Spatial Subset و Input Warp Image پنجره Registration Parameters باز میشود (شکل 9).
شکل 8
در پنجره Registration Parameters (شکل 9) در قسمت سمت چپ مختصات جدید را مشاهده میکنید و در قسمت سمت راست Warp Parameters را میبینید، قسمت Method روش Warp کردن را مشخص کرده (در صورتی که علاقهمند به یادگیری جزئیات این قسمت هستید میتوانید به Help نرمافزار مراجعه کنید.) و در قسمت Degree توان معادله قابل مشاهده است. در قسمت Resampling سه روش وجود دارد. هنگامی که پیکسلها میخواهند جابجا شوند و مقدار جدیدی اختیار کنند، با توجه به هر کدام از سه روش Resampling، مقادیر مختلفی را به خود اختصاص میدهند.
1- Nearest Neighbor: به معنی نزدیکترین همسایگی میباشد؛ پس هر پیکسل مقدار نزدیکترین پیکسل به خود را اختیار میکند.
2- Bilinear: اساس این روش فرمول زیر میباشد:
در این فرمول هر چه توان n بیشتر باشد نقاط نزدیکتر وزن بیشتری پیدا میکنند، در این روش هر پیکسل مقدار میانگین 4 پیکسل اطراف خود را اختیار میکند.
3- Cubic Convolution: اساس این روش مانند روش قبل همان فرمول است، با این تفاوت که هر پیکسل مقدار میانگین 16 پیکسل اطراف خود را اختیار میکند.
نکته: هنگامی که از روشهای 2 و 3 استفاده میکنید در نظر داشته باشید که یک پیکسل مقادیر 4 یا 16 پیکسل اطراف خود را اختیار میکند بنابراین این روشها باعث مخلوط شدن مقادیر پیکسلها خواهند شد.
قسمت Background، بیشتر در ژئورفرنس کردن تصاویر ماهوارهای کاربرد دارد و معمولاً برای در نظر گرفته نشدن حاشیههای سیاه رنگ تصاویر ماهوارهای در محاسبات، مقدار صفر برای این پارامتر در نظر گرفته میشود و برای نقشه زمینشناسی تفاوتی ندارد بنابراین مقدار Background را همان صفر در نظر بگیرید.
شکل 9
و در آخر هم محل ذخیره شدن تصویر را مشخص کنید و سپس OK را بزنید، در پنجره ENVI Output to memory Warning نیز بعد از تایید آدرس محل ذخیره شدن بر روی گزینه OK کلیک کنید. اکنون تصویر مختصاتدار خود را میتوانید در پنجره Available Bands … مشاهده کنید (شکل 10). نکته آخر اینکه پس از انجام این مراحل مشاهده خواهید کرد که همچنان پنجره Ground Control Points Selection باز است، اکنون میتوانید از این پنجره خارج شوید، قبل از خروج پیغامی مبنی بر Save نقاط کنترلی دریافت میکنید که در صورت نیاز میتوانید نقاط وارد شده را Save کنید و در غیر این صورت با زدن گزینه No از آن پنجره خارج شوید.
شکل 10
شکل 11: شکل سمت راست مربوط به اطلاعات نقشه قبل از مختصاتدار شدن و شکل سمت چپ مربوط به اطلاعات نقشه بعد از مختصاتدار شدن میباشد.
مثال کاربردی
یکی از ویژگیهای منحصربه فرد ژئورفرنس کردن نقشههای زمینشناسی در ENVI، همانطور که در ابتدای مقاله اشاره شد؛ امکان مقایسه نتایج پردازش تصاویر ماهوارهای با نقشه زمینشناسی و بررسی رفتارهای طیفی مختلف میباشد. شما در نرمافزار Arc MAP امکان دسترسی به چنین قابلیتی را نخواهید داشت (بررسی رفتار طیفی) و در آنجا میتوانید از روی هم قرار دادن لایههای مختلف (دادههای رستری و وکتوری) نتایج خود را تفسیر کنید. اما در نرمافزار ENVI به راحتی با لینک کردن تصویر ماهوارهای (یا نتایج پردازش تصویر) و نقشه زمینشناسی ژئورفرنس شده، میتوانید بررسیهای طیفی مورد نظر خود را انجام دهید!
ابتدا تصویر ماهوارهای و نقشه زمینشناسی خود را در دو Display نمایش دهید. حال با استفاده از منوی Tools موجود در یکی از Displayها و انتخاب گزینه Link و در ادامه انتخاب گزینه Geographic Link (شکل 12) به پنجره Geographic Link دسترسی پیدا خواهید کرد (شکل 13).
شکل 12
شکل 13
در پنجره Geographic Link (شکل 13) هر دو Display (یا هر تعداد Display که به وجود آوردهاید) را بر روی گزینه On قرار دهید تا تصاویر با یکدیگر لینک شوند. با کلیک بر روی هر Display نقطه متناظر و هم مختصات با آن در Display دیگر نمایش داده میشود. حال به منظور دستیابی به رفتار طیفی پدیدههای موجود در تصویر میتوانید از تصویر ماهوارهای خود که بر روی آن تصحیحات اتمسفری اعمال کردهاید کمک بگیرید. به منظور نمایش رفتار طیفی پدیدهها از Display که در آن تصویر ماهوارهای با تصحیح اتمسفری Load شده است، منوی Tools و گزینه Profile و پس از آن گزینه (Z Profile Spectrum…) را انتخاب کنید (شکل 14).
شکل 14
بنابراین شما میتوانید رفتار طیفی موجود در تصویر ماهوارهای را با واحدهای زمینشناسی مقایسه کنید (شکل 15).
شکل 15
بسیارعالی. سپاس