آموزش محاسبه طول خطوط و آمارها در GIS (و نکات کاربردی)

QGIS توابع درون ساخته ای برای محاسبه خصوصیات متفاوت بر پایه ژئومتری عارضه مانند طول، مساحت، محیط و غیره دارد. این آموزش نشان خواهد داد چطور می شود از Field Calculator برای افزودن یک ستون با یک مقدار که طول هر عارضه را نشان می دهد، استفاده کرد.

آموزش سریع و آسان

محاسبه طول عوارض خطی (مانند جاده‌ها، رودخانه‌ها، خطوط لوله و شبکه‌های انتقال برق) و به دست آوردن آمارهای مربوط به آن‌ها (مثل طول کل شبکه، میانگین طول قطعات، بیشترین و کمترین طول) یکی از کاربردی‌ترین و پایه‌ای‌ترین عملیات‌ها در نرم‌افزارهای سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) است.

در این راهنما، روش انجام این کار را در دو نرم‌افزار محبوب ArcGIS (و نسخه پرو آن) و QGIS بررسی می‌کنیم.

پیش‌نیاز بسیار مهم: سیستم تصویر (Projected Coordinate System)

قبل از هرگونه محاسبه هندسی (طول، مساحت، محیط)، باید مطمئن شوید که لایه شما دارای یک سیستم مختصات تصویر شده (مانند UTM) است. اگر لایه شما دارای سیستم مختصات جغرافیایی (Geographic) مثل WGS 1984 باشد، واحد اندازه‌گیری بر حسب درجه (Degree) محاسبه خواهد شد که برای طول بی‌معناست. برای محاسبات دقیق، سیستم تصویر لایه باید دارای واحدهای متری یا فوتی باشد. در غیر این صورت، ابتدا باید لایه خود را با ابزار Project به یک سیستم تصویر مناسب تبدیل کنید.

بخش اول: محاسبه طول خطوط در نرم‌افزار ArcGIS (و ArcGIS Pro)

در نرم‌افزار آرک‌جی‌آی‌اس، ابزار اختصاصی و ساده‌ای به نام Calculate Geometry برای این کار وجود دارد.

گام ۱: ایجاد ستون (فیلد) جدید برای طول

1. در پنل Table of Contents روی لایه خطی خود راست‌کلیک کرده و گزینه Open Attribute Table را انتخاب کنید.

2. در پنجره جدول، روی منوی کشویی Table Options (آیکون بالای سمت چپ جدول در ArcMap) کلیک کنید. (در ArcGIS Pro مستقیماً روی دکمه Add Field کلیک کنید).

3. گزینه Add Field را انتخاب کنید.

4. نام فیلد را مثلاً Length بگذارید.

5. نوع فیلد (Type) را حتماً روی Double یا Float (برای پشتیبانی از اعداد اعشاری) تنظیم کنید و OK بزنید.

گام ۲: محاسبه هندسه (Calculate Geometry)

1. روی عنوان (هدر) فیلد جدیدی که ساختید راست‌کلیک کنید.

2. گزینه Calculate Geometry را انتخاب کنید. (اگر پیام هشداری مبنی بر ویرایش خارج از حالت Edit Session ظاهر شد، Yes را بزنید).

3. در پنجره باز شده تنظیمات زیر را انجام دهید:

   • Property: گزینه Length را انتخاب کنید.

   • Coordinate System: معمولاً همان سیستم مختصات خود لایه (Use coordinate system of the data source) را انتخاب می‌کنید.

   • Units: واحد مد نظر خود را انتخاب کنید (مثلاً Meters یا Kilometers).

4. روی OK کلیک کنید. طول هر قطعه خط در ستون مربوطه محاسبه و درج می‌شود.

بخش دوم: محاسبه طول خطوط در نرم‌افزار QGIS

در نرم‌افزار متن‌باز QGIS، این کار معمولاً از طریق ابزار «ماشین حساب فیلد» (Field Calculator) انجام می‌شود.

گام ۱: باز کردن ماشین حساب فیلد

1. روی لایه خطی راست‌کلیک کرده و Open Attribute Table را انتخاب کنید.

2. در نوار ابزار بالای جدول، روی آیکون مداد زرد رنگ (Toggle Editing) کلیک کنید تا لایه به حالت ویرایش درآید.

3. روی آیکون Open field calculator (شبیه به یک چرتکه/ماشین حساب) کلیک کنید.

گام ۲: فرمول‌نویسی برای محاسبه طول

1. در پنجره باز شده، تیک گزینه Create a new field را بزنید.

2. در کادر Output field name، نام فیلد (مثلاً Length_m) را وارد کنید.

3. نوع فیلد Output field type را روی Decimal number (real) تنظیم کنید تا اعداد اعشاری را نشان دهد.

4. در پنل وسط (فهرست توابع)، گروه Geometry را باز کنید.

5. روی تابع $length دابل‌کلیک کنید تا در کادر سمت چپ (Expression) نوشته شود.

   • نکته: تابع $length طول را دقیقاً بر اساس واحد سیستم تصویر لایه (معمولاً متر) محاسبه می‌کند. اگر می‌خواهید مستقیماً خروجی کیلومتر بگیرید، فرمول را به این شکل بنویسید: length / 1000$

6. روی OK کلیک کنید. در نهایت دوباره آیکون مداد را بزنید و تغییرات را Save کنید.

بخش سوم: استخراج آمارها (مجموع، میانگین، ماکزیمم و ...)

حالا که طول هر قطعه خط را در یک ستون مجزا محاسبه کرده‌ایم، می‌خواهیم آمار کل شبکه را استخراج کنیم (مثلاً مجموع طول تمام جاده‌های یک شهر چقدر است).

نحوه کار در ArcGIS / ArcGIS Pro:

1. جدول اطلاعات توصیفی (Attribute Table) را باز کنید.

2. روی عنوان ستونِ طولی که محاسبه کرده‌اید (Length) راست‌کلیک کنید.

3. گزینه Statistics را انتخاب کنید.

4. یک پنجره جدید باز می‌شود که آمار دقیقی از آن ستون ارائه می‌دهد:

   • Count: تعداد کل قطعات خط

   • Minimum: طول کوتاه‌ترین خط

   • Maximum: طول بلندترین خط

   • Sum: مجموع طول کل خطوط (این معمولاً مهم‌ترین عددی است که به دنبال آن هستیم).

   • Mean: میانگین طول خطوط

توضیحات دقیق و گام به گام بیشتر: نمای کلی کار

ما از یک فایل شکلی (shapefile) خط راه آهن آمریکای شمالی استفاده خواهیم کرد و سعی داریم طول کلی راه آهن در ایالات متحده را مشخص کنیم.

سایر مهارتهایی که یاد خواهید گرفت:

• استفاده از عبارات برای انتخاب عارضه ها
• پراجکت دوباره یک لایه از سیستم مرجع مختصات جغرافیایی به سیستم تصویری (Projected)
• مشاهده آمار و ارقام برای مقادیر یک ویژگی در یک لایه

به دست آوردن اطلاعات

سایت Natural Earth دارای مجموعه داده های یک راه آهن همگانی است.

جی آی اس رو قورت بده! بدون کلاس، سرعت 2 برابر، ماندگاری 3 برابر، پولسازی عالی برای مهندسان عمران شهرسازی جغرافیا ... دانلود:

می توانید یک نسخه از این دیتا بیس را از لینک زیر دانلود کنید:

ne_10m_railroads_north_america..zip

منبع داده ها: [NATURALEARTH]

روش کار

۱-به Layer رفته و روی Add Vector Layer کلیک کنید.

۲-فایل ne_10m_railroads_north_america..zip را پیدا کرده و روی Ok کلیک کنید.

۳-در دیالوگ Select layers to add…، لایه ne_10m_railroads_north_america.shp را انتخاب کنید.

۴-وقتی لایه بارگذاری شد، خواهید دید که لایه شامل خطوطی است که راه آهن تمام آمریکای شمالی را نشان می دهد. از آنجا که می خواهیم طول خطوط را تنها برای راه آهن ایالات متحده اندازه گیری کنیم، باید خطوطی که در این ایالات قرار دارند را انتخاب کنیم. روی لایه راست کلیک کرده وOpen Attribute Table را انتخاب کنید.

۵-این لایه ویژگی به نام sov_a3 دارد. این کد ۳ حرفی برای کشوری است که یک عارضه خاص در آن قرار می گیرد. ما می توانیم از مقدار این ویژگی برای انتخاب عارضه هایی که در ایالات متحده هستند، استفاده کنیم.

۶-در پنچره Attribute Table، روی دکمه Select features using an expression کلیک کنید.

۷-دیالوگ جدید Select By Expression باز خواهد شد. ویژگی sov_a3 زیر Fields and Values در بخش فهرست توابع (Function list) را بیابید. روی آن دابل کلیک کرده تا به کادر متن Expression اضافه شود. عبارت را به صورت “sov_a3” =’USA’ کامل کنید. روی Select و سپس Close کلیک کنید.

۸-به پنجره اصلی QGIS برگردید، خواهید دید که تمام خطوطی که در USA قرار دارند، انتخاب شده و به رنگ زرد در آمده اند.

۹-حالا مجموعه انتخابیمان را در یک فایل شکلی جدید ذخیره می کنیم. روی لایه ne_10m_railroads_north_america راست کلیک کرده و Save selection AS… را انتخاب کنید.

۱۰-روی Browse کلیک کرده و فایل خروجی را usa_railroads.shp نامگذاری کنید. ما می خواهیم CRS لایه را هم تغییر دهیم. روی Browse کنار CRS کلیک کنید.

توجه

توابع درون ساخته ای که از ژئومتری یک عارضه برای محاسبه استفاده می کنند، واحدهای CRS لایه را به کار می گیرند. سامانه مرجع مختصاتی جغرافیایی (CRS) مثل EPSG:4326 از درجه به عنوان واحد اندازه گیری استفاده می کنند. بنابراین یکای طول عارضه، درجه و مساحت، درجه مربع است که بی معناست. شما باید از یک سامانه مرجع پراجکت شده با یکاهایی به متر یا فوت برای انجام چنین محاسباتی استفاده کنید.

۱۱-از آنجا که ما به دنبال محاسبه طول هستیم، باید یک نقشه تصویری هم فاصله را انتخاب کنیم. در کادر جستجوی Filter، عبارت north America equ را تایپ کنید. در کادر نتیجه زیر، North_America_Equidistant_conic EPSG:102010 را به عنوان CRS تایپ کرده و روی Ok کلیک کنید.

۱۲-در دیالوگ Save vector layer as…، مربع Add saved file to map را تیک زده و روی Ok کلیک کنید.

۱۳-پس از اتمام مراحل خروجی گرفتن، یک لایه usa_railroads را خواهید دید که در QGIS بارگذاری شده است. شما می توانید تیک کادر مربعی کنار لایه ne_10m_railroads_north_america را برداشته تا غیر فعال شود زیرا دیگر به آن نیازی نداریم.

۱۴-روی لایه usa_railroads راست کلیک کرده و Open Attribute Table را انتخاب کنید.

۱۵-حالا زمان آنست که یک ستون برای طول هر عارضه اضافه کنید. با کلیک روی دکمهToggle editing لایه را روی حالت ویرایش (Editing mode) قرار دهید. وقتی حالت ویرایش فعال شد، روی دکمه Open field calculator کلیک کنید.

۱۶-در Field Calculator، مربع کنار Create a new field را تیک بزنید. در کادر مقابل Output field name، عبارت length_km را وارد کنیدDecimal number (real). را برایOutput field type انتخاب کنید. Precision را به ۲ تغییر دهید. در پنل Function list، $length در زیر Geometry را پیدا کنید. روی آن دابل کلیک کرده تا به Expression اضافه شود. کادر expression را با $length / ۱۰۰۰  کامل کنید زیرا CRS لایه به متر است و ما می خواهیم خروجی به کیلومتر باشد.

۱۷-به Attribute Table بازگردید، خواهید دید که ستون جدید length_km ظاهر شده است. روی دکمه Toggle editing برای ذخیره تغییرات در attribute table کلیک کنید.

۱۸-حالا که طول هر خط منحصر به فرد را در لایه مان داریم، می توانیم به راحتی همه آنها را با هم جمع کرده و طول کل (Total length) را پیدا کنیم. به Vector، سپس Analysis Tools و بعدBasic Statistics بروید.

۱۹-Input Vector Layer را usa_railroads انتخاب کنید. length_km را برای Target field انتخاب کرده و روی Ok کلیک کنید. خواهید دید که آمار مختلفی ظاهر می شود. مقدار Sum نشان دهنده طول کل راه آهنهایی است که ما به دنبالشان بودیم.

توجه

اگر یک سیستم تصویری متفاوت انتخاب شود، پاسخ کمی متفاوت خواهد بود. در عمل، طول خطوط برای جاده ها و سایر عارضه های خطی روی زمین اندازه گیری شده است و به عنوان ویژگیها به مجموعه داده ارائه می شود. این متد در غیاب چنین ویژگی جواب می دهد و به عنوان تخمینی از طول واقعی خطوط در نظر گرفته می شود.

• آموزش کامل افزونه های ضروری GIS به زبان ساده
• آموزش Georeference کردن تصاویر هوایی در GIS به زبان ساده