عنوان پایان‌نامه
طراحی ومدلسازی سیستم اطلا عات مکانی زمانمند
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران-سیستمهای اطلاعات جغرافیایی(GIS)
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1580;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 41712;کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1580;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 41712
- تاریخ دفاع
- ۰۴ اسفند ۱۳۸۷
- استاد راهنما
- سیدابوالفضل مصطفوی, محمودرضا دلاور
- دانشجو
- زهرا بهرامیان
- چکیده
- جبر نقشه ای به منظور تحلیل داده ی سلولی توسط Tomlin ارائه شد. با وجود قابلیت های بالای این ساختار، داده ی سلولی مورد استفاده در این ساختار ایستا می باشد؛ درحالیکه پدیده های دنیای واقعی، پدیده هایی پویا هستند. بنابراین، برای تحلیل این پدیده ها باید به فضای زمانمند توجه نمود و تحلیل های مکانی را به فضای مکانی-زمانمند توسعه داد. تاکنون راه حل های فنی زیادی در زمینه ی توسعه ی عملیات مکانی به فضای زمانمند ارائه شده است. با این وجود، دیدگاه وابسته به بعد و عملیات این روش ها منجر به از دست رفتن ارتباطات واقعی بین فضای مکانی و مکانی- زمانمند و تعمیم این روش ها می شود. در این تحقیق، عملیات مکانی از طریق خصوصیات مستقل از عملیات و بعد مورد مطالعه قرار گرفته و یک چهارچوب ریاضی به منظور یکپارچه کردن عملیات مکانی در فضاهای مکانی و مکانی-زمانمند ارائه شده است. فضاهای مورد استفاده در سیستم های اطلاعات مکانی ایستا و پویا دارای ساختار داخلی مشابهی هستند. تنها تفاوت این دو فضا، در بعد اشیاء آنها می باشد. از آنجایی که تئوری رسته روی خصوصیات عملیات متمرکز می شود نه خصوصیات شیء، به نظر می رسد که کاندید مناسبی برای مرتبط کردن فضاهای سیستم اطلاعات مکانی ایستا و پویا و اشیاء و فرآیندهای آنها می باشد. در این تحقیق، فضاهای مکانی و مکانی-زمانمند در قالب رسته ساختاردهی شده و از فانکتور به منظور نگاشت این دو فضا به یکدیگر استفاده به عمل آمده است. هر یک از این فضاها دارای سه مؤلفه ی اشیاء اولیه، عملگرهای پایه و عملگرهای پیچیده (نظیر عملیات محلی، کانونی، منطقه ای و ترکیب آنها) می باشد. اشیاء اولیه و عملگرهای پایه فضای ایستا با استفاده از فانکتورهای مناسب به معادل های زمانمند خود تبدیل شدند. در این صورت با توجه به اینکه عمگرهای پیچیده ترکیبی از اشیاء پایه و عملگرهای پایه می باشند، این عملگرها نیز به صورت خودکار زمانمند شدند. از طرف دیگر، در بسیاری از کاربردهای مدل های داده ی سلولی در سیستم های اطلاعات مکانی، مدل سطح به یک تابع ریاضی شباهت آشکاری دارد. بنابراین، در این حالت روش جدیدی برای ذخیره سازی اطلاعات سطح با استفاده از لایه ی تابع-مبنا مطرح شد. لایه ی تابع-مبنا توسط توابع ریاضی و مکانی و تعدادی متغیر کراندار تعریف می‌شود و هر تابع شامل ارجاعاتی به مجموعه داده ی ورودی و لیستی از پارامترهای مربوطه می باشد. برخلاف نمایش های کنونی، لایه ی تابع-مبنا به شکل سمبلیک ذخیره می شود. در این حالت، تک تک مقادیر پیکسل ها ذخیره نشده بلکه خود تابع ذخیره سازی گردیده است. بنابراین حجم ذخیره سازی کاهش یافته و نمایش لایه نزد کاربران شفاف تر شده است. در این تحقیق، به تبعیت از جبر نقشه ای از عبارت محاسبه ی نقشه ای برای این نمایش جدید و توصیف کاربرد لایه‌های تابع-مبنا در یک سیستم اطلاعات مکانی استفاده شده است و دارای عملیات محلی، کانونی و منطقه ای می باشد. در این تحقیق کلیه ی تحلیل های مکانی روی لایه ی تابع-مبنا زمانمند شده و تابعی بر حسب مکان و زمان برای لایه ی تابع-مبنای مکانی-زمانمند و تحلیل آن به دست آمده است. از آنجایی که لایه ی تابع-مبنا و فانکتورهای مورداستفاده در زمانمندسازی تحلیل مکانی آن، توابع مرتبه بالاتر بوده و ورودی و خروجی آنها توابع هستند، از زبان برنامه نویسی تابعی Haskell به منظور پیاده سازی روش پیشنهادی استفاده شده است. در نهایت، با توجه به اهمیت مسئله ی آلودگی هوا و ویژگی های داده های مکانی-زمانمند مربوطه، کارآیی روش پیشنهادی با استفاده از این داده ها مورد ارزیابی قرار گرفته است. به منظور ارزیابی کارآیی روش پیشنهادی، تعداد کاهش و حافظه ی اشغال شده برای لایه ی تابع-مبنا در دو حالت ایستا و پویا به دست آمد که تقریباً برابر بودند. نتایج به دست آمده حاکی از کارآیی روش پیشنهادی است.
- Abstract
- Map Algebra is introduced by Tomlin to analyze raster data. In spite of high capabilities of this structure, its used data is static. However, real world phenomena are dynamic. Therefore, temporal space should be considered for their analysis and spatial analysis should be lifted to spatio-temporal space. There are many technical solutions in order to extend spatial analyses to temporal space. However, their dimension- and operation- dependent viewpoint causes losing the connections exist in reality between spatial and spatio-temporal spaces and led to technical solutions which can not be generalized. In this research, spatial operation is studied through operation- and dimension- independent properties and a mathematical framework is introduced in order to integrate spatial operation in spatial and spatio-temporal spaces. Static and dynamic GIS spaces have the same internal structure. The only difference in these two spaces is in the dimension of their objects. Since category theory concentrates on the properties of processes instead of properties of objects, it seems an appropriate candidate to associate static and dynamic GIS spaces and their objects and processes. In this research, spatial and spatio-temporal spaces are structured as categories and functor is used for mapping between these two spaces. Each of these two spaces has three components including primitive elements, basic operators and complex operators (such as local, focal, zonal operations and their combinations). Primitive elements and basic operators in static space are lifted by suitable functors to temporal counterparts. Since complex operators are the composition of primitive elements and basic operators, they are lifted automatically. On the other hand, in many applications of raster data models in GIS, the similarity between the surface model and a mathematical function is clear. Therefore, there is a new way to store surface information, by using function-based layer. A function-based layer is defined by its mathematical and spatial function and a number of bounded variables and each function includes reference to the input data set, and a list of parameters for this instance of the function. Unlike current representations, function-based layer saves in its symbolic form. In this case, the function itself is stored not each pixel value. So the storage space is reduced and the presentation of function-based layer is more clarified for user. In this research, following Tomlin’s Map Algebra, the term Map Calculus is used for this new representation to describe the application of function-based layers in a GIS and has local, focal and zonal operations. In this research, all spatial analyses on function-based layer are lifted to temporal dimension and a function of space and time is obtained for spatio-temporal function-based layers and their analyses. Since function-based layers and lifting functors are higher order functions that have function(s) as input and output, Haskell as a functional programming language is used for the implementation of the proposed approach. Finally, with attention to the importance of air pollution and the properties of their spatio-temporal data, the efficiency of the proposed approach is evaluated by these data. In order to evaluate the efficiency of the proposed approach, reduction and required space of function-based layer are obtained in static and dynamic spaces verifying that they are approximately equal in two spaces. The obtained results show the conciseness of the proposed approach.
