‮گردآوری اطلاعات و مصورسازی داده‌ها ‭

ظرف پنج هفته گذشته موضوعات بسیاری را پوشش دادیم! سخت است که آدم بداند که برای استفاده از این تکنیک‌ها و مجموعه‌ داده‌های مختلف کار را باید از کجا شروع کند. برای همین، این هفته یک مطالعه موردی را به شما ارائه می‌کنیم که یک گردش کار واقعی را نشان می‌دهد. مفیدترین داده‌ها را گردآوری می‌کنیم و به شکلی مناسب ارائه می‌کنیم. همچنین داده‌های باستان‌شناسی‌ای را که در این مجموعه داده‌ها وجود دارند، دیجیتالی می‌کنیم و به شما یاد می‌دهیم که چطور نقشه‌های عالی درست کنید و چطور منابع‌تان را به شکل مناسبی ذکر کنید.

دریاچه حمرین

دریاچه حمرین مخزن آبی در استان دیاله عراق است و تقریبا در ۱۰۰ کیلومتری شمال شرق بغداد قرار دارد. این دریاچه بین سال‌های ۱۹۷۶ و ۱۹۸۱ بعد از ساخت سد حمرین برای تولید برق آبی و ذخیره آب کشاورزی از رودخانه دیاله ساخته شد. قبل از این که سد ساخته شود، هیئت دولتی آثار تاریخی و میراث فرهنگی عراق (State Board of Antiquities and Heritage) و تیم‌هایی از سراسر جهان حفاری‌هایی را در منطقه انجام دادند و نقشه‌‌های باستان‌شناسی تهیه کردند و این فعالیت‌ها مجموعه غنی‌ای از داده‌ها درباره محوطه‌های باستان‌شناسی را گردهم آورد که بعد از آب‌گیری سد به زیر آب فرو رفتند. در سال‌های اخیر، به دلیل ساخت سدهای بالادستِ رودخانه و افزایش دما به خاطر تغییرات اقلیم سطح آب سد پایین آمده و حالا محوطه‌های باستان‌شناسی که زیر آب بودند، دوباره از زیر آب سردرآورده‌اند و به خاطر قرار گرفتن در یک چرخه خیس و خشک با شتاب بیشتری در خطر نابودی قرار گرفته‌اند.

به عنوان یک مثال، ما از مکان این محوطه‌ها نقشه‌های دقیق تهیه می‌کنیم و با جزئيات بیشتری بررسی می‌کنیم که محوطه‌های باستان‌شناسی در دریاچه حمرین با چه مشکلاتی روبرو هستند. اگر بخواهید شما هم می‌توانید از داده‌های دریاچه حمرین استفاده کنید. اما هدف اصلی این مثال این است که یک گردش کاری کامل را به شما نشان دهد که می‌توانید از آن برای بررسی محوطه‌ها در منطقه مورد نظرتان استفاده کنید.

_{دریاچه حمرین تقریبا در ۱۰۰ کیلومتری شمال شرق بغداد در عراق واقع شده است. داده‌ها متعلق به Natural earth.}

سنتینل-۲

تصاویر سنتینل-۲ تصویری امروزی از منطقه دریاچه حمرین ارائه می‌دهد.

دانولد تصاویر سنتینل-۲

ما در وب‌سایت دسترسی آزاد کوپرنیکوس (Copernicus Open Access Hub) به دنبال تصاویری از سنتینل-۲ مربوط به سال ۲۰۲۲ گشتیم. کلی تصویر عالی و بدون ابر در دسترس است، اما متاسفانه دریاچه درست در لبه‌ي چهار صحنه مختلف سنتینل-۲ قرار دارد. برای این که عکس‌ها کل منطقه را پوشش دهند، باید کلی عکس دانلود کنیم!

_{منطقه دریاچه حمرین در لبه چهار صحنه مختلف سنتینل-۲ قرار دارد.}

ما چهار عکس در همسایگی دریاچه را که ابرهای کمی داشتند و به آوریل ۲۰۲۲ مربوط می‌شدند، انتخاب کردیم. بعد از زمستان، اواخر بهار سطح آب در بالاترین حد خود است. ما این عکس‌ها را دانلود کردیم و آنها را در یک فولدر سنتینل-۲ در فولدر پروژه‌مان دانلود کردیم.

_{چهار عکس دریاچه حمرین دانلود شدند و فایل‌های فشرده آنها باز شدند.}

استفاده از تصاویر سنتینل-۲ در QGIS

می‌توانستیم تنها چهار عکس با رنگ طبیعی را اضافه کنیم که از قبل آماده و قابل استفاده بودند. (محتوای هفته ۲.۶ را مرور کنید.)

_{افزودن چهار عکس TCI سنتینل-۲ به پروژه دریاچه حمرین.}

اما از آنجایی که همچنین می‌خواهیم از باند فروسرخ استفاده کنیم، ترکیب‌های رنگی خودمان را خواهیم ساخت. درست مثل همان کاری که با تصاویر لندست (به هفته ۳.۵ سر بزنید) کردیم، با این تفاوت که این بار چهار صحنه سنتینل-۲ را در هم ادغام می‌کنیم. اول، با استفاده از چهار صحنه،‌ برای هر باندی که در نظر داریم، یک ویرچوآل رستر (Virtual raster) درست می‌کنیم. آبی (باند 2)، سبز (باند 3)، قرمز (باند 4) و نزدیک به فروسرخ (باند 8A). تقریبا شبیه همان کاری که در هفته ۳.۵ انجام دادیم، اما این بار نمی‌خواهیم هر چهار عکس را در باندهای جداگانه قرار دهیم.

_{ایجاد یک ویرچوآل رستر با ادغام باندهای آبی چهار صحنه سنتینل-۲.}

بعد می‌توانیم با استفاده از این چهار باند ادغام شده ویرچوآل رستر نهایی‌مان را درست کنیم که به شکل گرفتن یک ترکیب چهار باندی (قرمز، سبز، آبی، نزدیک به فروسرخ) از کل منطقه خواهد انجامید.

_{ایجاد ترکیب نهایی به عنوان یک ویرچوآل رستر با استفاده از چهار باند عکس‌های ادغام شده‌مان.}

وقتی که ترکیب باندهای درست را انتخاب کردیم (( هفته ۳.۵ ) و منطقه سیاه را حذف کردیم ( هفته ۴.۶ ) تصویر سنتینل-۲ ما کم کم شکل و قیافه پیدا می‌کند.

_{ترکیب رنگ کاذب فروسرخ محوطه دریاچه حمرین}

بهبود نمایش تصویر سنتینل-۲

اگر تصویرتان زیادی روشن یا تیره است، می‌توانید کمترین و بیشترین مقدار هر باند را با استفاده از گزینه «Properties» > «Symbology» تنظیم کنید. اگر تصویرتان خیلی تیره است باید حداقل مقدار را بیشتر کنید، و اگر خیلی روشن است باید حداکثر مقدار را کمتر کنید.

_{تغییر مقدارهای نمایش باند می‌تواند باعث شود تا تصویر واضح‌تر شود.}

همچنین می‌توانید با استفاده از «Histogram» این مقدارها را به شکلی دقیق‌تر تنظیم کنید.

_{تنظیم حداقل و حداکثر مقدارهای هر باند با استفاده از برگه هیستوگرام (Histogram tab).}

باید یک بهبود قابل ملاحظه را در وضوح عکس نهایی ببینید!

_{عکس نهایی بعد از تنظیم با برگه هیستوگرام بسیار شفاف‌تر شده است. عکس متعلق به ای‌اس‌ای.}

لندست

ما از آرشیو لندست برای پیدا کردن عکس‌هایی استفاده می‌کنیم که به زمان قبل از ساخته شدن سد تعلق دارند. همچنین به دنبال عکس‌هایی هستیم که زمانی گرفته شدند که سطح آب بالاتر بود.

لندست ۱ – قبل از ساخت

از آنجایی که سد در سال ۱۹۷۶ ساخته شده است، ما به تصاویری قبل از این تاریخ نیاز داریم. خوشبختانه لندست ۱ در سال ۱۹۷۲ جمع‌آوری تصاویر را شروع کرد. در نتیجه، باید بتوانیم داده‌های مناسبی با استفاده از وب‌سایت ارث‌اکسپلورر (EarthExplorer) پیدا کنیم.

تصاویر ماهواره‌ای در دوران آغازین خود بودند. در نتیجه عکس‌های زیادی در آرشیو وجود ندارند که بتوان از میان آنها انتخاب کرد. با جستجو مجموعه داده‌های «Landsat 1-5 MSS C1 Level-1» > « Landsat” > “Landsat Collection 1» چند عکس متعلق به سال ۱۹۷۳ پیدا کردیم.

_{جستجو تصاویر لندست ۱ روی وبسایت ارث‌اکسپلورر (EarthExplorer)}

بعد از ایجاد یک رستر مجازی (Virtual raster) با چهار باند لندست ۱ (( هفته ۳.۵ ) و تنظیم برگه symbology، نتیجه کار یک عکس خوب می‌شود که به قبل از دوره بازسازی تعلق دارد.

_{تصویر لندست متعلق به سال ۱۹۷۳ و قبل از آن که سد ساخته شود.}

لندست ۵ – زمانی که آب بالا بوده است

برای عکس‌هایی که سطح آب زیاد را نشان می‌دهند، دست‌مان برای انتخاب باز است. مشخص بود که باید به سراغ لندست ۵ می‌رفتیم چون زمانی که مخزن سد آب زیادی داشت، این ماهواره فعال بود – ما عکسی را از آوریل ۱۹۹۰ دانلود کردیم.

_{تصویر لندست ما متعلق به سال ۱۹۹۰ سطح معمول آب در ماه آوریل را نشان می‌دهد.}

این سه عکس ماهواره‌ای به خوبی داستان دریاچه حمرین را بازگو می‌کنند!

_{تصاویر لندست و سنتینل-۲ داستان دریاچه حمرین را بازگو می‌کنند. عکس‌ها متعلق به USGS و ESA.}

آیا توانستید وضعیت چند تا از محوطه‌های مورد نظرتان را بررسی کنید؟

سیستم‌های SRTM DEM

ما داده‌های رقومی ارتفاع SRTM را از ارث‌اکسپلورر (EarthExplorer) دانلود کردیم (( هفته ۴.۴ ). به چهار عکس (tile) نیاز داشتیم تا منطقه مورد نظرمان را بپوشاند. این عکس‌ها مقدارهای حداقل و اکثری بسیار متفاوتی دارند و علت آن تضاد شدیدی است که بین فلات بین‌النهرین و کوه‌های زاگرس وجود دارد. و برای همین، اگر به همین شکل داده‌ها را وارد QGIS کنیم، آنها مثل یک سطح یکنواخت نخواهند بود.

_{چهار تصویر SRTM که در ارث‌اکسپلورر (EarthExplorer)‌ به آنها احتیاج داریم.}

برای همین با استفاده از این چهار تصویر به مانند تصاویر سنتینل-۲ یک رستر ویرچوآل درست کردیم. این کار در مورد عکس‌های SRTM ساده‌تر بود. چون در اینجا تنها یک باند داشتیم. وقتی که ویرچوآل رستر آماده شد، توانستیم به DEM ادغام شده یک طیف رنگی اضافه کنیم (( هفته ۴.۶ ).

_{ویرچوآل رستر SRTM حالا به شکل یک سطح یک تکه و یکنواخت درآمده است.}

شیب و بعد (Slope and aspect) (( هفته 4.7 ) زیاد به کار باستان‌شناسی دریاچه حمرین نمی‌خورند، اما ما یک رستر سایه‌گذاری نیم‌شفاف انجام دادیم (( هفته ۴.۶ ) تا توپوگرافی را برجسته کنیم.

_{داده‌های SRTM دریاچه حمرین شامل یک سایه‌گذاری نیمه‌شفاف.}

اگر چه این یک DEM جذاب برای یک نقشه ایجاد می‌کند، مفیدتر است که یک طیف رنگی ایجاد کنیم تا بتوانیم جزئیات بیشتری را ببینیم. همچنین، ایده خوبی خواهد بود که وقتی روی تصویر رستر حرکت می‌کنید کاری کنید که مقدارهای حداقل و حداکثر به طور اتوماتیک تغییر کنند. مطمئن شوید که گزینه «Min/max» تحت «Min/Max Value Setting» انتخاب شده باشد و «Statistics extent» را به «Updated canvas» تغییر دهید.

_{تغییر تنظیمات برای به‌روزرسانی مقدارهای حداقل/حداکثر رنگ وقتی که روی نقشه حرکت می‌کنید.}

حالا می‌توانیم چند سکونت‌گاه تپه‌ای را اطراف دریاچه حمرین مشخص کنیم!

_{بعضی از سکونت‌گاه‌های تپه‌ای اطراف دریاچه حمرین که در داده‌های SRTM قابل مشاهده هستند.}

نقشه‌های تاریخی

بعد چند نقشه تاریخی اضافه می‌کنیم – سلسله‌ای از نقشه‌ها به همراه یک شبکه‌بندی، و یک نقشه باستان‌شناسی.

نقشه‌های توپوگرافی شبکه‌بندی شده

جستجویی در مجموعه نقشه‌های کتابخانه پِری-کاستانیه‌دا ( هفته ۵.۵ ) به پیدا کردن سلسله نقشه‌هایی مربوط به دهه چهل قرن بیستم منجر شد. متاسفانه، منطقه دریاچه حمرین بین دو نقشه قرار گرفته بود! این نقشه‌ها با استفاده از شبکه‌بندی‌شان زمین مرجع شدند ( هفته ۵.۷ ).

_{این نقشه‌ها منطقه دریاچه حمرین را پوشش می‌دهند، اما متاسفانه منطقه بین دو نقشه تقسیم شده است.}

برای حل این مسئله، ما با استفاده از ابزار «Clip raster by extent» که در منوی «Raster» > «Extraction» قرار دارد، لبه‌های دو نقشه را می‌بریم. خیلی راحت حداقل و حداکثر مقدارهای x و y را وارد کنید، و بعد نقشه جدید را به عنوان یک فایل TIFF یا رستر ویرچوآل ذخیره کنید و دکمه «run» را فشار دهید.

_{بریدن نقشه‌هایی که با هم تلاقی دارند با در نظر گرفتن مرز نقشه‌ها.}

این کار اجازه می‌دهد که بشود نقشه‌ها را به شکل مناسب در کنار یکدیگر مشاهده کرد.

_{دو نقشه بریده شده به شکل مناسبی کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند.}

شامل اطلاعاتی درباره محوطه‌های باستان‌شناسی دریاچه حمرین.

_{تعدادی از محوطه‌های باستان‌شناسی روی نقطه توپوگرافی نشانه‌گذاری شده‌اند.}

نقشه باستان‌شناسی شبکه‌بندی نشده

قبل از ساخت سد، باستان‌شناس‌ها در منطقه نقشه‌برداری و حفاری‌هایی را انجام دادند. بسیاری نتایج تحقیقات خود را منتشر کردند، شامل نقشه‌هایی که می‌توانند به ما کمک کنند تا آن محوطه‌ها را مکان‌یابی کنیم. بیشتر نقشه‌هایی که جزئيات دارند، از کتابی می‌آیند که مک‌گایر گیبسون در جریان حفاری‌ها در اوچ‌تپه انجام داد. در این کتاب نام‌ها و مکان ۷۰ محوطه ذکر شده است اما نقشه شبکه‌بندی ندارد! برای همین باید آن را دستی زمین مرجع می‌کردیم و این کار را با پیدا کردن اجزایی که هم در نقشه و هم در تصاویر لندست و سنتینل-۲ دیده می‌شدند، انجام دادیم.

_{ما ۱۱ نقطه کنترل زمینی برای زمین مرجع کردن نقشه باستان‌شناسی پیدا کردیم. Map is figure 2 from Gibson, M. 1981. Tepe Uch. Oriental Institute: Chicago.}

تصویر کرونا

تصاویر کرونا بیشتر برمی‌گردند به دوره‌ای که سد هنوز ساخته نشده بود و باید وضوح بسیار بیشتری از تصاویر لندست ۱ داشته باشند که پیشتر پیدا کرده بودیم.

ارث‌اکسپلورر (EarthExplorer)

جستجوی ارث‌اکسپلورر (( هفته ۵.۳ ) نشان داد که پنج نوار نقشه را باید دانلود کنیم و (بعضی از آنها را)‌ زمین مرجع کنیم. این کار چند ساعتی زمان می‌برد!

_{به پنج نوار عکس کرونا نیاز بود که از ارث‌اکسپلورر (EarthExplorer) دانلود و زمین مرجع شوند تا به طور کامل سطح دریاچه حمرین پوشش داده شود.}

وب‌سایت کست کرونا اطلس (CAST Corona Atlas)

خوشبختانه، کلی از تصاویر زمین مرجع شده کرونا را می‌توان از وب‌سایت کست کرونا اطلس (CAST Corona Atlas) به رایگان دانلود کرد. اگر چه ما وقت چندانی نداریم که این فرآیند را با ذکر جزئیات توضیح دهیم، اما قطعا ارزشش را دارد که در میان ۲۰۰۰ نوار عکس کرونا جستجو کنید، که بیشترشان هم به خاورمیانه تعلق دارند. ماموریت‌ها را می‌توان خاموش و روشن کرد و بعد بسط داد تا بتوانید نوارهای عکس اسکن شده را تک تک دانلود کنید. تنها نقطه ضعف کوچک تصاویر CAST این است که زمین‌مرجع‌نگاری «georeferencing» به آن اندازه‌ای که دستی انجام می‌شود، دقیق نیست.

_{روی وب‌سایت CAST کل دریاچه حمرین برای دانلود کردن موجود است.}

وقتی که تصویر دانلود و به پروژه QGIS اضافه شد، دیگر آخرین بخش داده‌هایمان را هم گردآوری کرده‌ایم.

_{افزودن تصاویر کرونا CAST به QGIS.}