فهم الطبولوجيا Topology

في قواعد البيانات الجغرافية، الطبولوجي هو الترتيب الذي يحدد كيفية مشاركة طبقات الشيب فايل في الخريطة. على سبيل المثال ، تشترك خطوط وسط الشوارع وكتل التعداد في خريطة مشتركة ، وتتقاسم مضلعات التربة المجاورة حدودها المشتركة مما قد ينتج عنه تداخل أو تباعد في الخطوط.

سمات قاعدة بيانات الطبولوجي:

يتضمن نموذج البيانات القدرة على تحديد قواعد التكامل والسلوك الطبولوجي لفئات الطبقات التي تشارك في الهيكل الطبولوجي.

يتضمن ArcMap المعايير التي تُستخدم لعرض العلاقات الطبولوجية والأخطاء والاستثناءات. يتضمن ArcMap أيضًا مجموعة من الأدوات للاستعلام والتحرير والتحقق من الصحة وتصحيح الأخطاء في هياكل الطبقات.

يتضمن ArcGIS أدوات المعالجة الجغرافية لبناء الطبولوجي وتحليلها وإدارتها والتحقق من صحتها.

يشتمل ArcGIS على منطق برمجي متقدم لتحليل واكتشاف العناصر الطبولوجية في طبقات النقاط والخطوط والمضلعات.

يتضمن ArcMap إطار عمل لتعديل البيانات يتم استخدامه لإنشاء التكامل الطبولوجي والحفاظ عليه والتحقق من صحته وإجراء تعديل الحدود المشتركة.

عناصر طبولوجيا قاعدة البيانات الجغرافية

في قاعدة البيانات الجغرافية ، يتم تحديد الخصائص التالية لكل هيكل:

1. اسم الهيكل الطبولوجي الذي سيتم إنشاؤه.

2. قيم السماح  x و y والسماح z. القيمة الافتراضية لتفاوت التجميع هي 10 أضعاف دقة الإحداثيات.

3. قائمة الطبقات. أولاً ، تحتاج إلى قائمة بالطبقات التي ستشارك في الهيكل الطبولوجي. يجب أن تكون جميعها في نفس نظام الإحداثيات وأن تكون معا في مجموعة بيانات Dataset.

4. رتبة الدقة النسبية للإحداثيات في كل طبقة معلم. إذا كانت بعض الطبقات أكثر دقة من غيرها، فستحتاج إلى تعيين ترتيب إحداثيات أعلى. سيتم استخدام هذا في التحقق الطبولوجي والتكامل. سيتم نقل الإحداثيات ذات الدقة الأقل إلى مواقع إحداثيات أكثر دقة عندما تقع ضمن تفاوت التجميع لبعضها البعض. يجب أن تكون قيمة الطبقات ذات الدقة الأعلى = 1 ، وفئات الطبقات الأقل دقة = 2 ، وفئات الطبقات الأقل دقة بقيمة = 3 ، وهكذا.

5. قائمة بقواعد الهيكل الطبولوجي الخاصة بكيفية مشاركة الطبقات في الهندسة.

معالجة التجميع

يتضمن إنشاء علاقات طبولوجية تحليل إحداثيات النقاط في كل الطبقات المشتركة في الهيكل الطبولوجي. ستعمل آلية الطبولوجي وفق قيمتين للسماح بحركة النقاط هماx, y and Z  بحيث لا يتعداهما المُحلل. قد تتحرك جميع النقاط الموجودة ضمن نطاق التفاوت المحدد قليلاً في عملية التحقق من الصحة. يعتمد التفاوت أو السماحtolerance  على الدقة المحددة لمجموعة البيانات. تفاوت التجميع الافتراضي هو 0.001 متر في وحدات الطبيعة. إنها 10 أضعاف مسافة دقة x و y (التي تحدد مقدار الدقة الرقمية المستخدمة لتخزين الإحداثيات).

كيف يتم تجميع الإحداثيات (في نفس الموقع)

يجب أن يكون قيمة تفاوت x و y صغيرة ، لذلك فقط النقاط القريبة جدًا من بعضها (ضمن تفاوتات x و y لبعضها البعض) تتحد وتأخذ نفس قيمة الإحداثي. عندما تكون الإحداثيات ضمن التفاوت المسموح به ، يقال إنها متزامنة ويتم تعديلها لتشترك في نفس النقطة.

الخوارزميات المستخدمة في التحقق والتجميع

عندما تكون نقطة ما في الهيكل الطبولوجي ضمن تفاوت x و y لحافة أي طبقة أخرى في الهيكل ، يقوم محرك الهيكل الطبولوجي بإنشاء نقطة جديدة على الحافة للسماح بدمج الطبقات هندسيًا في عملية التجميع.

عند تجميع النقاط أثناء التحقق من صحة الهيكل، من المهم فهم كيفية ضبط هندسة الطبقات. يمكن نقل جميع نقاط أي طبقة تشارك في الهيكل الطبولوجي إذا كانت تقع ضمن التفاوتات x و y لنقطة أخرى. ستتحرك النقاط ذات الرتبة الأعلى بشكل أقل, وتجذب النقاط ذات الترتيب الأدنى. سيتم حساب متوسط ​​نقاط الطبقات المتساوية الترتيب (الرتبة) هندسيًا.

 نتيجة لعملية التجميع ، من المحتمل أن تتحرك نقاط  الميزة أكثر من تحمل التجميع بطريقتين.

 يتم استخدام التفاوت لحساب كل من المسافة الأفقية والمسافة العمودية لإيجاد الإحداثيات مع التفاوت. الحد الأقصى للمسافة التي يمكن أن ينتقلها الإحداثي إلى موقعه الجديد أثناء هذه العملية هو SQRT بمقدار ضعف تفاوت x و y

خوارزمية التجميع تكرارية. لذلك من الممكن في بعض الحالات أنه بمجرد تحريك النقاط، فإنها تنتقل لتقع ضمن نطاق تفاوت آخر, وهنا ستتحرك مرتين. ويمكن أن تزاح بمقدار ضعف تفاوت x و y. هذا نادر جدًا وسيحدث فقط عندما تكون هناك نقاط تقع بالقرب جدًا من قيم التسامح التجميعي لبعضها البعض.

فيما يلي بعض النصائح المفيدة لقيمة التسامح التجميعي:

بشكل عام ، يمكنك استخدام تفاوت x و y = 0.001 متر. فهو يعطي نتائج جيدة جدا. على العكس من ذلك ، إذا كان تفاوت x و y كبيرًا جدًا ، فقد تتشوه إحداثيات الطبقات.

تنسيق الرتب Rank

تتحكم تصنيفات دقة الإحداثيات التي تحددها للطبقات في هيكل قاعدة البيانات الجغرافية عن طريق حركة نقاط الطبقات أثناء التحقق من الصحة. يساعد الترتيب في التحكم في كيفية تحريك النقاط عندما تقع ضمن تفاوت التجميع لبعضها البعض. من المفترض أن يكون للنقاط الموجودة ضمن تفاوت التجميع لبعضها البعض نفس الموقع ويتم تحديد موقعها (يتم تعيين نفس قيم الإحداثيات للإحداثيات التي تقع ضمن تفاوت التجميع).

عندما يكون لفئات الطبقات المختلفة دقة إحداثيات مختلفة، على سبيل المثال لو تم جمع بيانات عن طريق نظام تحديد المواقع العالمي التفاضلي (GPS) وتم جمع بيانات أخرى عن طريق الرقمنة Digitizing من مصدر أقل دقة، فيمكن أن تسمح لك الرتب المنسقة بضمان أن تكون النقاط الموضوعة بشكل موثوق هي النقاط الأسياسية التي تجذب نحوها النقاط الأقل موثوقية. عادةً، يتم نقل الإحداثيات الأقل دقة إلى موقع الإحداثي الأكثر دقة.

تأكد من تعيين الرتب بالترتيب الصحيح. تحصل الطبقات ذات الدقة الأعلى على المرتبة 1، بينما تحصل الطبقات الأقل دقة على المرتبة 2، وهكذا.

 التسامح Z- التجميع والرتب

تحتوي الطبقات التي تشكل نموذجًا للتضاريس أو المباني ثلاثية الأبعاد على قيمة z تمثل الارتفاع. تمامًا كدور س ، ص في البيانات المسقطة أفقيا، إذا كان الهيكل يحتوي على طبقات  تمثل الارتفاع، يمكنك التحكم في كيفية قطع النقاط المتزامنة عموديًا باستخدام تفاوت التجميع z والترتيب Rank.

إذا كنت تقوم بتصميم نماذج لمباني المدينة، فقد يكون مبنيان متجاورين ويبدو أنهما يشتركان في نقطة مشتركة في المجال x و y. إذا تم جمع قيم الارتفاع لزوايا المبنى باستخدام القياس التصويري، فيجب أن تهتم بالحفاظ على الارتفاع النسبي لكل مبنى أثناء عملية التحقق من صحة الهيكل. ولو كان تسامح التجميع z = صفر، فذلك يمنع قيم z من التجميع عند التحقق من صحة الهيكل.

إذا كنت تقوم بنمذجة التضاريس، فقد يكون لديك مجموعات بيانات مجمعة بدقات x و y و z مختلفة. في هذه الحالة، قد ترغب في تعيين تسامح z أكبر من الصفر للسماح بالتقاط النقاط. لتجنب قيم z التي تم جمعها بمستوى عالٍ من الدقة، يمكنك الانجذاب إلى قيم z ذات الدقة الأقل، يمكنك تعيين تصنيف لكل طبقة. تنجذب قيم z للطبقات ذات الترتيب الأدنى إلى ارتفاع النقاط ذات التصنيف الأعلى إذا كانت تقع ضمن تفاوت التجميع المحدد. يتم حساب متوسط ​​قيم Z للنقاط  التي تنتمي إلى طبقات من نفس المرتبة Rank إذا كانت تقع ضمن تفاوت التجميع الرأسي z.

قواعد الطبولوجيا

تحدد قواعد الطبولوجيا العلاقات المكانية المسموح بها بين الطبقات. تتحكم القواعد التي تحددها للطبولوجيا في العلاقات بين الطبقات بعضها البعض أو في ذات الطبقة. للحصول على قائمة بقواعد الهيكل المتوفرة مع الرسومات التوضيحية، راجع كتاب "تطبيقات عملية في نظم المعلومات الجغرافية" للمهندس محمد إيهاب الأزهري وهو موجود مجانا على الإنترنت. أو شاهد هذا الفيديو.

أمثلة لبعض قواعد الهيكل الطبولوجي

1. لا يمكن أن تتداخل المناطق السكنية.

2. لا يمكن أن تتداخل خطوط الجريان السطحي ويجب أن تتصل ببعضها البعض عند نقاط النهاية الخاصة بها.

3. المقاطعات المجاورة لها حواف مشتركة. يجب أن تغطي المقاطعات بالكامل وتكون داخل الولايات.

4. يجب أن تتصل الخطوط المركزية للطريق عند نقاط النهاية الخاصة بها.

5. تشترك الخطوط المركزية للطرق ومضلعات المناطق السكنية في الحواف والنقاط.

التحقق من صحة الهيكل والأخطاء والاستثناءات

بمجرد إنشاء هيكل جديد أو إجراء تعديلات على قاعدة مكانية في الهيكل، فإن الخطوة التالية هي التحقق من صحة الهيكل. يتضمن التحقق من صحة الطبولوجيا العمليات الأربع التالية:

1. تفكيك نقاط الطبقات وتجميعها للعثور على نقاط متطابقة تشترك في نفس المواقع (لها إحداثيات مشتركة)

2. إدخال نقاط  إحداثيات مشتركة في طبقات  متطابقة تشترك في الشكل الهندسي.

3. تشغيل مجموعة من فحوصات التكامل لتحديد أي انتهاكات للقواعد التي تم تحديدها للطبولوجيا

4. إنشاء سجل أخطاء للأخطاء الطبولوجية المحتملة في مجموعة بيانات الطبقات.

أثناء تحرير بياناتك أو تغييرها ، سيتتبع ArcGIS المناطق التي تم تغييرها ويضع علامة عليها على أن بها خطأ. لن يتم تشغيل التحقق من الصحة إلا مقابل المناطق الخطأ في الهيكل الطبولوجي الخاص بك. إذا لم يتم إجراء أي تعديلات أو تحديثات منذ آخر تحقق، فلا يوجد شيء للتحقق منه.

الأخطاء والاستثناءات

يتم تخزين انتهاكات قواعد الهيكل الطبولوجي في البداية كأخطاء في الهيكل. تسجل طبقات  الخطأ مكان اكتشاف الأخطاء الطبولوجية أثناء التحقق من الصحة. قد يتم قبول بعض الأخطاء، وفي هذه الحالة يمكن تمييز طبقات الخطأ كاستثناءات مقبولة. يتم تخزين الأخطاء والاستثناءات كطبقات في طبقة الهيكل الطبولوجي وتسمح لك بعرض وإدارة الحالات التي لا تحتاج فيها الطبقات إلى الالتزام بقواعد الهيكل.

النقاط الحمراء تمثل نقاط تخالف قواعد الهيكل الطبولوجي وهي مرفوضة

النقاط الخضراء هي نقاط تخالف قواعد الهيكل الطبولوجي ولكن تم استثناؤها وقبولها كما هي

يمكنك إنشاء تقرير بالأخطاء والاستثناءات لطبقات الهيكل الطبولوجي الخاص بك. يمكنك استخدام تقرير عدد طبقات  الخطأ كمقياس لجودة البيانات لمجموعة البيانات الطبولوجية. يتيح لك مراقب الأخطاء في ArcMap تحديد أنواع مختلفة من الأخطاء والتكبير لكل خطأ على حدة. يمكنك تصحيح أخطاء الهيكل الطبولوجي عن طريق تعديل الطبقات التي تنتهك قواعد الهيكل. بعد التحقق من صحة التعديلات ، يتم حذف الخطأ من الهيكل الطبولوجي.

تسمح لك أدوات التعديل بتحديد خطأ الهيكل والاختيار من بين عدد من الإصلاحات التي تم تحديدها مسبقًا لنوع الخطأ هذا. يمكنك أيضًا استخدام الأداة للحصول على مزيد من المعلومات حول القاعدة التي تم انتهاكها أو وضع علامة على الخطأ كاستثناء.

الاستثناءات هي جزء طبيعي من إنشاء البيانات وعملية التحديث. على سبيل المثال ، قد تحتوي قاعدة بيانات الشارع لمدينة ما على قاعدة يجب أن تربط خطوط الشوارع بخطوط الشوارع الأخرى. تضمن هذه القاعدة عادةً محاذاة أجزاء الشارع بشكل صحيح لأجزاء الشوارع الأخرى عند تعديلها. ومع ذلك، عند حدود المدينة، قد لا يكون لديك بيانات عن الشوارع. هنا، قد لا تنجذب الأطراف الخارجية للشوارع إلى الخطوط الأخرى. يمكن تمييز هذه الحالات على أنها استثناءات، وسيظل بإمكانك استخدام القاعدة للعثور على الحالات التي تم فيها رقمنة الشوارع أو تعديلها بشكل غير صحيح.

المناطق الخطأ والتحقق من الصحة

يتمثل الهدف الرئيسي لطبولوجيا قاعدة البيانات الجغرافية في تحسين الوقت المستغرق في المعالجة والتحقق من صحة بيانات الطبقات التي تشارك في الهيكل الطبولوجي قبل أن يمكن استخدامها. بشكل عام.

يتم التحقق من صحة الطبولوجيا بواسطة المستخدم. أنت تقرر متى وكم مرة تريد التحقق من صحة الهيكل (على سبيل المثال ، بعد كل عملية تحرير أو بشكل أقل تكرارًا مثل نهاية كل جلسة تعديل).