Χαρτογραφική γενίκευση φυσικών γραμμικών χωρικών οντοτήτων με δεσμεύσεις ευαναγνωσιμότητας
Authors: Μητρόπουλος Βασίλειος 
Published: April 2023

Η διατριβή εστιάζει στο ερευνητικό πεδίο της γενίκευσης ψηφιακών χαρτογραφικών γραμμών εισάγοντας μια ολοκληρωμένη μεθοδολογία γενίκευσης φυσικών γραμμικών οντοτήτων. Πραγματεύεται δύο βασικές έννοιες που απασχολούν την χαρτογραφική κοινότητα στο εν λόγω πεδίο: 1. τη γενίκευση γραμμικών οντοτήτων με ‘οδηγό’ το εννοιολογικό πλαίσιο ‘κατάτμηση - χαρακτηρισμός - γενίκευση’ και 2. τον εντοπισμό κρίσιμων σημείων κατά μήκος χαρτογραφικών γραμμών.Η διατριβή αναπτύσσεται σε τρία επίπεδα. Αρχικά, γίνεται μία ανασκόπηση μελετών που έχουν πραγματοποιηθεί γύρω από το αντικείμενο. Συγκεκριμένα, παρουσιάζεται η έννοια της γενίκευσης γραμμικών οντοτήτων και καταγράφονται και αναλύονται οι σύγχρονες ερευνητικές τάσεις στο αντικείμενο της χαρτογραφικής γενίκευσης. Εισάγεται η έννοια των κρίσιμων σημείων και αναδεικνύεται η σημασία αυτών στη διαδικασία της γενίκευσης. Στη συνέχεια γίνεται αναφορά στις μεθόδους που ακολουθήθηκαν για την αυτοματοποίηση σε ψηφιακό περιβάλλον, αρχικά, μέσω των αλγορίθμων απλοποίησης. Περιγράφεται το θεωρητικό πλαίσιο λειτουργίας των πιο διαδεδομένων εξ αυτών και στη συνέχεια, με βάση την έννοια των κρίσιμων σημείων και την ανάλυση μελετών γύρω από το αντικείμενο, επιδιώκεται μία αξιολόγησή τους. Όπως προκύπτει από τη βιβλιογραφία, οι ανεπάρκειες των αλγορίθμων απλοποίησης οδηγούν τους μελετητές στην αναζήτηση νέων τρόπων επεξεργασίας για τη γενίκευση των χαρτογραφικών γραμμών. Μία από τις καινοτόμες ιδέες που ερευνώνται είναι ο εντοπισμός ομοιογενών γραμμών ή ομοιογενών τμημάτων κατά μήκος των γραμμών, ο χαρακτηρισμός αυτών μέσω ποιοτικών και ποσοτικών κριτηρίων και η γενίκευσή τους μέσω κατάλληλων τελεστών κατά περίπτωση.Σε δεύτερο επίπεδο, παρατίθενται δύο μεθοδολογίες που αναφέρονται στα δύο ανωτέρω ζητούμενα. Η δομή και η αξιολόγησή τους αναπτύσσεται στο κύριο μέρος του κειμένου. Η πρώτη έχει στόχο τη δημιουργία ενός μοντέλου γενίκευσης ψηφιακών γραμμών, η οποία στηρίζεται στο εννοιολογικό πλαίσιο ‘κατάτμηση-χαρακτηρισμός-γενίκευση’. Πιο συγκεκριμένα, σχεδιάζεται μία μεθοδολογία κατά την οποία η εκάστοτε γραμμή κατατέμνεται σε ομοιογενή τμήματα. Ως κριτήριο κατάτμησης χρησιμοποιείται η ευαναγνωσιμότητα των γραμμών, η οποία ορίζεται μέσω χαρτογραφικών κανόνων που στηρίζονται στην οπτική αντίληψη. Στη συνέχεια, θεσπίζονται παράμετροι χαρακτηρισμού των τμημάτων κατάτμησης της γραμμικής οντότητας (ονομάζονται ε-τμήματα). Ορίζονται τέσσερις κατηγορίες τμημάτων, στις οποίες αυτά εντάσσονται ανάλογα με τη μορφή και τη γεωμετρία τους. Παράλληλα δε, καθορίζονται και υπολογίζονται ποσοτικά μέτρα που τα χαρακτηρίζουν. Η γενίκευση της γραμμής ολοκληρώνεται με την εφαρμογή κατάλληλων τελεστών γενίκευσης (μεγέθυνση, συγχώνευση, απλοποίηση, διεύρυνση κ.λπ.) σε κάθε ε-τμήμα, ανάλογα με την κατηγορία στην οποία ανήκει και τα ποσοτικά χαρακτηριστικά του. Για κάθε κατηγορία, προτείνονται τελεστές γενίκευσης (διεύρυνση, απλοποίηση, διόγκωση, εξομάλυνση κτλ.) που κρίνονται απαραίτητοι για τη γενίκευσή τους και σχεδιάζονται οι αλγόριθμοι εφαρμογής τους. Οι επιμέρους διεργασίες επεξεργασίας των γραμμών κωδικοποιούνται, αλληλοσυνδέονται και ενσωματώνονται σε κατάλληλο λογισμικό περιβάλλον, ώστε να δημιουργηθεί μία ενιαία πλατφόρμα υλοποίησης των τεχνικών. Ο σχεδιασμός της μεθόδου πραγματοποιείται με άξονα την εφαρμογή της σε γραμμές που απεικονίζουν φυσικές οντότητες, οι οποίες, λόγω της πολυπλοκότητας και της τυχαίας μορφής τους, παρουσιάζουν ιδιαίτερο ερευνητικό ενδιαφέρον. Με τη δεύτερη μεθοδολογία προτείνεται ένας τρόπος εντοπισμού των κρίσιμων σημείων χαρτογραφικών γραμμών. Η μέθοδος είναι βασισμένη σε γεωμετρικές αρχές και χρησιμοποιεί τον δείκτη αναλογίας μήκους LR ως μέτρο εκτίμησης της αλλαγής κλίσης κατά μήκος μιας ψηφιακής γραμμής. Ο δείκτης LR εφαρμόζεται, τοπικά, σε κάθε σημείο της γραμμής και είναι δομημένος με τρόπο, ώστε η τιμή του να αυξάνει ανάλογα με την αλλαγή της κλίσης της. Η εξέταση σε τοπικό επίπεδο διασφαλίζεται με την αποκοπή της γραμμής μέσω ενός κύκλου σταθερής ακτίνας γύρω από κάθε της σημείο. Οι κορυφές της γραμμής, στις οποίες οι τιμές του δείκτη εμφανίζουν τοπικά μέγιστα, μεγαλύτερα από ένα προκαθορισμένο όριο, θεωρούνται ως κρίσιμα σημεία. Στο παρόν κείμενο αναλύεται η δομή του δείκτη LR και καθορίζονται οι παράμετροι λειτουργίας του. Σε τρίτο επίπεδο πραγματοποιείται πιλοτική εφαρμογή όπου ελέγχεται η αποτελεσματικότητα των προτεινόμενων μεθόδων. Η μέθοδος εντοπισμού κρίσιμων σημείων, αρχικά, εφαρμόζεται σε τέσσερις γραμμές (τρεις γεωμορφολογικές και μία γεωμετρική), οι οποίες επιλέχθηκαν από δύο σχετικές με το αντικείμενο μελέτες, προκειμένου να ελεγχθεί και να αξιολογηθεί με βάση εκ των προτέρων γνωστά κρίσιμα σημεία. Στη συνέχεια, η μέθοδος εφαρμόζεται πιλοτικά στην ακτογραμμή της νήσου Περιστέρας κλίμακας 1:50.000 και τα αποτελέσματα αναλύονται. Τέλος, ο δείκτης LR χρησιμοποιείται για να συγκριθούν τα αποτελέσματα της εφαρμογής σε πέντε διαδοχικά σενάρια γενίκευσης, δύο αλγορίθμων απλοποίησης γραμμών (‘pointremove’ και ‘bendsimplify’ του λογισμικού ArcGIS). Η μέθοδος ‘κατάτμησης - χαρακτηρισμού - γενίκευσης εφαρμόζεται στην ακτογραμμή της νήσου Περιστέρα κλίμακας 1:50.000, για δύο σενάρια γενίκευσης με παράγωγες κλίμακες 1:500.000 και 1:1.000.000. Στόχος είναι η αποτίμηση, τόσο των επιμέρους διεργασιών, όσο και του τελικού προϊόντος που προκύπτει από την τεχνική, μετά την εφαρμογή της σε μία γραμμή τυχαίας μορφής και γεωμετρίας και για σενάρια μεγάλης αλλαγής κλίμακας. Τα αποτελέσματα αξιολογούνται με βάση τους κανόνες που έχουν ορισθεί, αλλά και συγκρινόμενα με: α) εκείνα που προκύπτουν από την εφαρμογή δύο αλγορίθμων απλοποίησης γραμμών (‘pointremove’ και ‘bendsimplify’) και β) ψηφιοποιημένες αναλογικές γραμμές τοπογραφικών χαρτών της ΓΥΣ στις αντίστοιχες κλίμακες.