استخراج مقادیر لایه‌های رستری در نقاط مختلف

در بسیاری از مطالعات سنجش از دور و سامانه‌های اطلاعات جغرافیایی (GIS)، داده‌ها به‌صورت نقاط نمونه‌برداری شده در اختیار هستند؛ نقاطی که می‌توانند محل ایستگاه‌های اندازه‌گیری، نمونه‌های میدانی، چاه‌ها یا نقاط برداشت شده از GPS باشند. در چنین شرایطی، یکی از مهم‌ترین و ضروری‌ترین مراحل تحلیل مکانی، استخراج مقادیر لایه‌های رستری در این نقاط است. در مقاله استخراج مقادیر لایه‌های رستری در نقاط مختلف به شما در بستر دو نرم افزار arcgis و  arcgis pro اموزش خواهیم داد. این مقاله کاربردی از دست ندید.

لایه‌های رستری شامل تصاویر ماهواره‌ای، شاخص‌های سنجش از دور (مانند NDVI، NDSI، SI)، مدل رقومی ارتفاع (DEM)، شیب، جهت شیب، دما، بارش و سایر پارامترهای محیطی هستند. بدون استخراج مقادیر این لایه‌ها در نقاط نمونه‌برداری، امکان تحلیل آماری، مدل‌سازی و یادگیری ماشین وجود نخواهد داشت.

فرض کنید شوری خاک در تعدادی نقطه به‌صورت میدانی اندازه‌گیری شده است. برای پیش‌بینی و پهنه‌بندی شوری خاک در کل منطقه، می‌توان از الگوریتم‌های یادگیری ماشین استفاده کرد. اما ورودی این مدل‌ها تنها مختصات نقاط نیست، بلکه باید مقادیر متناظر هر نقطه از لایه‌های رستری مختلف استخراج شود؛ از جمله:

• شاخص‌های سنجش از دور استخراج‌شده از تصاویر ماهواره‌ای
• پارامترهای توپوگرافی مانند ارتفاع و شیب
• متغیرهای اقلیمی و محیطی

در این حالت، ابزار Extract Multi Values to Points یا روش‌های مشابه، امکان برداشت همزمان مقادیر چندین لایه رستری در نقاط نمونه‌برداری را فراهم می‌کنند و داده‌های مورد نیاز برای آموزش مدل‌های یادگیری ماشین را آماده می‌سازند.

به همین دلیل، استخراج مقادیر لایه‌های رستری در نقاط، نه‌تنها یک عملیات ساده GIS، بلکه پایه‌ای‌ترین گام در بسیاری از تحلیل‌های پیشرفته مکانی و مدل‌سازی‌های هوشمند محسوب می‌شود.

 

 

 

استخراج مقادیر لایه‌های رستری در نقاط مختلف

مراحل اجرای ابزار Extract Multi Values to Points در ArcGIS Pro

برای استخراج مقادیر چندین لایه رستری در نقاط نمونه‌برداری شده در نرم‌افزار ArcGIS Pro، مراحل زیر را به‌ترتیب انجام دهید:

1. آماده‌سازی داده‌ها

ابتدا لایه نقاط نمونه‌برداری و لایه‌های رستری مورد نظر (مانند تصاویر ماهواره‌ای، شاخص‌های سنجش از دور، مدل رقومی ارتفاع و سایر پارامترهای محیطی) را به پروژه ArcGIS Pro اضافه کنید. اطمینان حاصل کنید که تمامی لایه‌ها در یک سیستم مختصات قرار دارند.

2. ورود به تب Analysis

از نوار بالای نرم‌افزار، وارد تب Analysis شوید. این تب شامل ابزارهای تحلیل مکانی در ArcGIS Pro است.

3. جستجوی ابزار

در تب Analysis، روی گزینه Tools کلیک کنید تا پنجره Geoprocessing باز شود.
در کادر جستجو، عبارت Extract Multi Values to Points را وارد کنید و ابزار را انتخاب نمایید.

4. تنظیم پارامترهای ابزار

در پنجره ابزار:

لایه نقاط نمونه‌برداری را در بخش Input point features انتخاب کنید.

لایه‌های رستری مورد نظر را در بخش Input rasters اضافه کنید.

در صورت نیاز، نام و مسیر فایل خروجی را مشخص کنید.

5. اجرای ابزار

پس از تنظیم پارامترها، روی دکمه Run کلیک کنید.
پس از اتمام فرآیند، مقادیر هر یک از لایه‌های رستری به‌صورت فیلدهای جدید به جدول توصیفی لایه نقاط اضافه می‌شوند.

6. بررسی خروجی

در نهایت، جدول توصیفی لایه نقاط را بررسی کنید تا از صحت استخراج مقادیر لایه‌های رستری در هر نقطه اطمینان حاصل شود.

اجرای دستور Extract Multi Values to Points در ArcGIS (ArcMap)

در نسخه‌های کلاسیک ArcGIS که با نام ArcMap شناخته می‌شوند، ابزار Extract Multi Values to Points از طریق محیط ابزارهای پردازشی در دسترس است و امکان برداشت همزمان مقادیر چندین لایه رستری در نقاط را فراهم می‌کند.

افزودن داده‌ها به پروژه

در ابتدا، فایل لایه نقاط و رسترهای مورد استفاده را به محیط ArcMap اضافه کنید. هماهنگ بودن سیستم مختصات لایه‌ها، نقش مهمی در صحت نتایج خروجی دارد.

دسترسی به ابزار استخراج

برای فراخوانی این ابزار می‌توان از دو مسیر متفاوت استفاده کرد:

مسیر اول: پنجره جستجو
از نوار بالای نرم‌افزار، پنجره Search را باز کنید و نام ابزار Extract Multi Values to Points را جستجو نمایید. پس از نمایش ابزار، روی آن کلیک کنید تا پنجره تنظیمات باز شود.

مسیر دوم: ArcToolbox
در محیط ArcToolbox، ابزار مورد نظر در مسیر زیر قرار دارد:
Spatial Analyst Tools → Extraction → Extract Multi Values to Points

تنظیمات و اجرای دستور

پس از باز شدن پنجره ابزار:

لایه نقاط را به‌عنوان داده ورودی معرفی کنید.

رسترهای مورد نظر را به لیست لایه‌های ورودی اضافه نمایید.

نام فایل خروجی را مشخص کنید.

در پایان با اجرای دستور، مقادیر پیکسلی هر رستر به‌صورت ستون‌های جدید به جدول توصیفی نقاط اضافه خواهد شد.

 

 

 

 

مثال هایی از کاربردهای استخراج ارزش لایه های ستری

کاربردهای آن، مدل‌سازی و پیش‌بینی خاک و شوری است؛ به‌طور مثال، اگر شوری خاک یا غلظت مواد مغذی در نقاط نمونه‌برداری میدانی اندازه‌گیری شده باشد، می‌توان مقادیر لایه‌های رستری مرتبط مانند NDVI، شاخص‌های سنجش از دور، ارتفاع، شیب و پارامترهای اقلیمی را در این نقاط استخراج کرد و از داده‌های ترکیبی برای مدل‌سازی شوری خاک با الگوریتم‌های یادگیری ماشین و پهنه‌بندی کل منطقه استفاده نمود. علاوه بر این، در تحلیل پوشش گیاهی و سلامت گیاهان نیز کاربرد دارد؛ با برداشت مقادیر NDVI، EVI یا سایر شاخص‌های رستری در نقاط نمونه‌برداری شده از مزارع یا پوشش طبیعی، می‌توان ارتباط سلامت گیاهان با ویژگی‌های محیطی مانند ارتفاع، شیب، خاک و دما را بررسی و مدل‌های پیش‌بینی رشد گیاه را تولید کرد.

ابزار استخراج مقادیر رستری همچنین برای مطالعه تاثیر اقلیم و توپوگرافی اهمیت دارد؛ با استخراج مقادیر دما، بارش، رطوبت و ویژگی‌های توپوگرافی در ایستگاه‌های هواشناسی یا نقاط مورد مطالعه، می‌توان اثر عوامل محیطی بر پارامترهای اقلیمی را تحلیل و برای مدل‌سازی منابع آب استفاده کرد. در حوزه کاربری اراضی و برنامه‌ریزی شهری، این ابزار امکان برداشت داده‌های ارتفاع، شیب و شاخص‌های زمین‌پوشش در نقاط مشخص را فراهم می‌کند و به تصمیم‌گیری در انتخاب مکان بهینه و مدیریت کاربری اراضی کمک می‌کند. همچنین در مطالعات زمین‌لغزش و خطرپذیری، با استخراج مقادیر شیب، ارتفاع، جهت شیب، نوع خاک و پوشش زمین در نقاط نمونه‌برداری شده، داده‌های لازم برای مدل‌های رگرسیونی یا یادگیری ماشین جهت پیش‌بینی مناطق پرخطر فراهم می‌شود. نهایتاً، در حوزه پایش منابع آب و محیط زیست، با اندازه‌گیری شاخص‌های رستری مانند شاخص رطوبت، دما و تغییرات زمانی در نقاط نمونه‌برداری از رودخانه‌ها، تالاب‌ها یا زمین‌های کشاورزی، می‌توان روند تغییرات محیطی را تحلیل کرده و ارتباط آن با داده‌های میدانی را برای پایش اکوسیستم بررسی نمود.