نحوه محاسبه حجم سطح شطرنجی در QGIS

محاسبه حجم یکی از اصلی ترین کارها هنگام کار با داده های زمین یا توپوگرافی است. در پست های دیگر من قبلاً در مورد برخی مباحث مربوط به پردازش داده های زمین مانند ایجاد DEM از Point Dataset ، ایجاد پروفایل و تجسم داده های DEM به صورت سه بعدی بحث کردم. در این آموزش می خواهم نحوه محاسبه حجم در QGIS را توضیح دهم. من در مورد برخی مباحث مانند محاسبه الگوریتم حجم شطرنجی ، نحوه محاسبه حجم شطرنجی در QGIS و حجم برش/پر کردن بحث خواهم کرد.

الگوریتم محاسبه حجم شطرنج

Calculating volume using raster data has a simple algorithm which is area of a pixel( p ) multiply with the value( h ) of respective pixel that contains the height information. While a raster which the volume will be calculated comprises of many pixel, then the total volume is summation of each pixel area multiply with respective pixel value as shown in the following formula [V=^n p_i*h_i>] منطقه پیکسل به بعد پیکسل بستگی دارد که به عنوان وضوح پیکسل نامیده می شود. یک شطرنج با وضوح بالا مانند مدل ارتفاع دیجیتال (DEM) از بررسی هواپیماهای بدون سرنشین با وضوح 0. 1 متر مقایسه با DEM SRTM با وضوح 30 متر نتیجه بسیار متفاوتی خواهد داشت ، زیرا یک پیکسل DEM از بررسی هواپیماهای بدون سرنشین نشان دهنده یک منطقه 0. 1 m x 0. 1 متر است ،در حالی که یک پیکسل SRTM DEM نشان دهنده مساحت 30 متر در 30 متر است. کدام یک دقیق تر است؟البته DEM از بررسی هواپیماهای بدون سرنشین نتیجه دقیق تری در مقایسه با SRTM خواهد داشت. به همین دلیل در پروژه ای که به محاسبه حجم مورد نیاز است ، یک شطرنج با وضوح بالاتر ترجیح داده می شود.

شکل 1 مشخصات 2D یک شی را نشان می دهد که مربوط به وضوح شطرنجی مختلف است. در شکل ، مشاهده می شود که یک شطرنج با وضوح بالاتر نشان دهنده سطح توپوگرافی واقعی است که از نزدیک با وضوح پایین تر مقایسه می شود.

شکل 1. وضوح و وضوح شطرنجی و حجم

سطح پایه حجم

در مرحله بعد ، ما در مورد سطح پایه بحث خواهیم کرد ، در واقع چیست؟سطح پایه یک سطح مرجع است که از آن ارتفاع محاسبه می شود. در فرمول قبلی می بینیم که یک حجم پیکسل محصول منطقه پیکسل با مقدار پیکسل است. مقدار پیکسل شامل اطلاعات ارتفاع است. سوال بعدی این است که از کجا ارتفاع اندازه گیری می شود؟از طرف دیگر ، مقدار صفر از ارتفاع که یک پیکسل از آن ارجاع شده است از کجا است؟

در اصطلاح فنی ، مقدار صفر مقدار ارتفاع داده عمودی نامیده می شود. چندین داده عمودی وجود دارد که می توانند به عنوان مرجع ارتفاع مانند میانگین سطح دریا (MSL) ، ژئوئید ، مدل بیضوی و داده عمودی محلی استفاده شوند. سپس چه ارتباطی با محاسبه حجم دارد؟در یک کاربرد واقعی ، بسیار نادر است که یک حجم از داده عمودی محاسبه شود زیرا ارتفاع صفر در داده های DEM ارائه نمی شود ، و معمولاً ما فقط یک حجم از شی را از پای آن محاسبه می کنیم.

To get a volume of specific object area or object in a raster of DEM data, we need to determine a base level to where the volume is referenced from. Then how this base level is applied in the volume calculation? After a base level is specified, it will be used to get the height of a pixel from the base level. The pixel value will be subtracted with the base level value. If a base level has symbol ( b_0) then the formula for raster volume calculation will be [V=^n p_i*(h_i-b_0)> ]

شکل 2. مرجع سطح و سطح پایه

شکل 2 رابطه بین میانگین سطح دریا (MSL) را به عنوان داده عمودی ، سطح پایه و حجم نشان می دهد. اگر حجمی که بدون سطح پایه محاسبه شود ، حجم از داده ها ارجاع می شود. هنگامی که یک سطح پایه تعیین می شود ، می توان حجم را از سطح پایه هم بالاتر یا پایین تر از سطح پایه محاسبه کرد.

نحوه محاسبه حجم سطح شطرنجی در QGIS

بعد از دانستن الگوریتم نحوه محاسبه حجم سطح ، بعد بیایید آن را محاسبه کنیم. در این آموزش ، حجم یک شمع را همانطور که در شکل 3 با استفاده از نرم افزار منبع باز GIS QGIS نشان داده شده است ، محاسبه می کنیم. برای این آموزش من از QGIS 3. 14 PI استفاده می کنم.

شکل 3. داده های DEM برای محاسبه حجم

برای اطمینان از اینکه فقط حجم شمع محاسبه می شود ، توصیه می شود فقط داده های DEM شمع را کلیپ کنید. این می تواند با دو مرحله حاصل شود.

2. Clip the DEM based on the polygon using Clip Raster by Mask Layer tool, that can be found in Raster>>استخراج.

شکل 4. DEM Clipped

به حجم سطح شطرنجی Calcualte در QGIS می توان از ابزار حجم سطح Raster با مراحل زیر استفاده کرد.

1. جعبه ابزار پردازش را باز کنید ، سپس تجزیه و تحلیل Raster را انتخاب کنید و مانند شکل 5 حجم سطح Raster را انتخاب کنید.

شکل 5. ابزار حجم سطح شطرنجی

2. پنجره حجم سطح Raster مانند شکل 6 ظاهر می شود. در پارامتر لایه ورودی ، یک DEM را انتخاب کنید تا محاسبه شود ، برای Case Pile_dem. سپس مقدار پایه را انتخاب کنید. من 670 دادم ، زیرا حداقل مقدار شطرنجی (مقدار ارتفاع) داده های DEM 670 متر است. بعد در پارامتر روش ، روشی را برای استفاده انتخاب کنید. چندین روش در دسترس وجود دارد مانند: فقط بالاتر از سطح پایه (A) ، فقط در زیر سطح پایه (B) قرار بگیرید ، حجم های زیر سطح پایه (A-B) را کم کنید و حجم زیر سطح پایه (A+B) را اضافه کنید. از آنجا که می خواهم حجم شمع را از پایین محاسبه کنم ، پس از آن تعداد فقط بالاتر از سطح پایه را انتخاب کردم. سرانجام برای پارامتر خروجی می توان آن را در یک پرونده یا در پرونده موقت ذخیره کرد.

شکل 6. پنجره حجم سطح شطرنجی

3. روی دکمه Run کلیک کنید. این روند اجرا خواهد شد. پس از اتمام کار ، نتیجه را می توان در برگه log مانند شکل 7 مشاهده کرد.

شکل 7. نتیجه حجم

در نتیجه می توان برخی از سوابق مانند سطح سطح شطرنجی ، تعداد پیکسل و حجم را مشاهده کرد. منطقه و واحد حجم چیست؟این از واحد داده های DEM پیروی می کند. اگر هم برای اندازه پیکسل و هم از نظر ارتفاع در متر باشد ، منطقه در متر مربع و حجم در متر مکعب است. بنابراین قبل از محاسبه حجم ، ابتدا سیستم مختصات داده ها را ابتدا بررسی کنید. اگر سیستم مختصات دارای یک سیستم مختصات غیرمترقبه مانند سیستم مختصات جغرافیایی است که دارای واحد درجه است ، بهتر است آن را به یک سیستم مختصات پیش بینی شده مانند Mercator عرضی جهانی (UTM) بازسازی کنید.

نحوه محاسبه حجم برش و پر کردن

در این بخش در مورد کاهش و پر کردن محاسبه حجم بحث خواهیم کرد. حجم برش یا پر کردن چیست؟شکل 8 تفاوت بین حجم برش و پر را نشان می دهد. حجم برش یک حجم از یک شیء جرم است. از طرف دیگر ، پر شدن حجم یک حجم از جسم خالی است. در مرحله قبلی ما قبلاً حجم شمع را محاسبه کردیم که یک حجم برش است. در مورد پر شدن حجم ، چگونه آن را محاسبه کنیم؟

شکل 8. حجم را برش داده و پر کنید

در این آموزش ، حجم پر از یک منطقه چند ضلعی کوچک از داده های DEM قبلی را همانطور که در شکل 9 نشان داده شده است محاسبه می کنیم. شکل همچنین مشخصات 2D را در امتداد خط قرمز نشان می دهد. از پروفایل ما حجم پر از سطح پایه 679. 024 متر را محاسبه خواهیم کرد.

شکل 9. خط حجم و پروفایل را پر کنید

2. ابزار حجم سطح Raster را باز کنید. لایه ورودی را انتخاب کرده و سطح پایه را تعیین کنید. در این حالت می خواهم حجم پر کردن زیر 679. 024 متر را محاسبه کنم. در پارامتر روش تعداد فقط زیر سطح پایه را انتخاب کنید.

شکل 10. نتیجه حجم را پر کنید

حجم پر 260. 432 متر مکعب است. علامت منهای را می توان به عنوان حجم پر کرد. این امر به این دلیل است که ارتفاع DEM ( (H_I )) زیر سطح پایه ( (B_0 )) است.

این همه آموزش نحوه محاسبه حجم سطح شطرنجی در QGIS با استفاده از ابزار حجم سطح شطرنجی است. در این آموزش ما الگوریتم را یاد گرفته بودیم که چگونه می توان حجم را در داده های شطرنجی ، سطح پایه محاسبه کرد ، حجم پر و برش را محاسبه کرد. با تشکر از خواندن!