طراحی و به کارگیری سیستم کمک تصمیم گیر در پیشگیری از فاجعه سیل

چکیده

مهار سیل و رهایی از خشکسالی اهمیت زیادی در تولید و زندگی مردم دارد. دولت ها باید در زمان مناسب تصمیم درست را اتخاذ کنند. آنالیز داده های بارندگی کمک عظیمی در تصمیم سازی ها است. باران نگارها در گذشته اغلب به صورت دستی و با روشی ابتدایی تهیه می شدند. این سیستم داده های بارندگی را وارد باران نگار کرده و خدمت مناسب و ملموسی در تصمیم گیری در خصوص پیشگیری از فجایع ارائه می نماید. این سیستم مورد آزمایش قرار گرفته و در فصل سیل نقش مهمی ایفا نموده است.

کلمات کلیدی

پیشگیری از فجایع, سیستم کمک تصمیم گیر, ترسیم نقشه های هواسنجی

مقدمه

با توسعه شگرف ارتباطات گرافیکی و داده های کامپیوتری، وسایل پیش بینی بهتری برای واحد هواشناسی فراهم شده است. روش سنتی از این قرار بود: مقدار زیادی از داده های بارش در هر ایستگاه بارندگی جمع آوری شده و در هر ساعت این داده های دورسنجی به سرور منتقل می شده در نهایت داده ها روی اینترنت منتشر شده و در زمان به‌کارگیری آن ها توسط کاربران به صورت جداول به چاپ می رسید. لذا اگر کاربران مایل بودند که یک باران نگار واضح تری در اختیار داشته باشند چاره ای نداشتند جز این که خودشان به صورت دستی و به روشی ابتدایی آن را ترسیم کنند. سیستم ارائه شده قادر است با تبدیل داده های بارش به باران نگار، نمایش قابل درکتر و ملموس تری برای آنالیز اطلاعات فراهم نماید.

عملکرد سیستم

این سیستم قادر است باران نگاری تولید کند که میزان بارش را در یک بازه زمانی تعریف شده نمایش دهد. اطلاعات ایستگاه بارندگی را می توان در هر زمان استعلام نموده و در نتیجه انتقال اطلاعات را به صورت مؤثری تحت نظر قرار داد. سیستم دارای ماژول های عملکردی زیر است: ماژول ساخت باران نگار، ماژول تغییر محتوای تصویری باران نگار، ماژول ویرایش باران نگار، ماژول چاپ باران نگار و ماژول پیش نمایش باران نگار.

ماژول ساخت باران نگار یک لایه برداری تولید می کند که میزان بارش در بازه زمانی تعریف شده توسط کاربر را نمایش می دهد. سپس لایه برداری به لایه شبکه شطرنجی تبدیل شده و تصویر تولید می شود. ماژول تغییر محتوای تصویری باران نگار به کاربر این امکان را می دهد که سطح بارش و رنگ متناظر با آن را در باران نگار تغییر دهد. ماژول ویرایش باران نگار کاربر را قادر می سازد میزان بارش و تعداد مشاهدات مفقود شده مربوط به هر ایستگاه بارندگی را مورد بررسی قرار دهد. اگر اطلاعات ایستگاه بارندگی نادقیق بوده یا تعداد مشاهدات مفقود شده خیلی زیاد باشد، کاربر می تواند داده های آن ایستگاه بارندگی را حذف نموده و باران نگار را دوباره بسازد. ماژول چاپ باران نگار جدول راهنمای باران نگار (legend) را مطابق برنامه رنگ بندی انتخاب شده تنظیم می نماید. موقعیت جدول راهنما، توضیحات مربوط به باران نگار، کاغذ و چاپگر نیز تنظیم می گردد. پس از آن باران نگار چاپ می گردد. عملکرد ماژول پیش نمایش چاپ، شبیه ماژول چاپ باران نگار است با این تفاوت که چاپی صورت نمی گیرد. دیاگرام ماژول های عملکردی در شکل ۱ نشان داده شده است.

باران-نگار۱

به کارگیری سیستم

نرم افزار NET framework مبتنی بر پلت فرم ویندوز است. این نرم افزار بهره وری مضاعفی را ایجاد کرده است. زمانی عمومی برای بازار و هزینه های عملکردی پایین تری برای توسعه دهندگان راه اندازی نرم افزار NETframework سریعتر و آسان تر از نرم افزار J2EE بوده و این موجب کاهش هزینه های پس از راه اندازی و هزینه های نگهداری می شود. این سیستم بر روی بستر ویندوز کار می کند. با در نظر گرفتن سازگاری، هزینه های توسعه و نیز سادگی و راحتی توسعه، این سیستم از پلت فرم NET به عنوان ابزار توسعه بهره برده است.

GIS را بر اساس محتوای آن می توان بر دو نوع تقسیم نمود. GIS کاربرد – محور و GIS ابزار – محور و از آنجا که هدف از طراحی این سیستم کمک به تصمیم سازی در زمینه پیشگیری از فاجعه سیل است. این سیستم با توسعه GIS کاربرد محور طراحی شده است.

GIS کاربرد محور سه حالت توسعه دارد: توسعه مستقل، توسعه ثانویه ساده و توسعه ثانویه یکپارچه. مزیت توسعه ثانویه یکپارچه این است که از مدیریت بانک اطلاعاتی فضایی و توابع آنالیزی به طور کامل بهره گرفته و همچنین قادر است از زبان های برنامه نویسی ویژوال دیگر هم استفاده نماید. این ها تا حد زیادی موجب افزایش کارایی توسعه نرم افزار و تقویت عملکرد بانک اطلاعات شده و باعث سهولت ادغام و نگهداری سیستم می شود.

توسعه ثانویه یکپارچه که مبتنی بر GIS است به عنوان حالت توسعه به کار گرفته شده است.

مایکرو ساخت SQL سرور و Arc GIS SDE به عنوان بانک اطلاعاتی انتخاب شده اند. Arc GIS SDE از داده های فضایی پشتیبانی می کند.

در ادامه جزئیات بکارگیری ماژول ها معرفی شده است.

ساخت ماژول باران نگار

شخص پیش بینی کننده زمان شروع و پایان باراننگار را انتخاب می کند. پس از آن، بانک اطلاعات ایستگاه بارندگی بررسی شده و مجموع بارش منطقه مورد نظر در بازه زمانی انتخاب شده به دست میآید. نتایج این بررسی در قالب یک جدول داده ها سازماندهی می شود. بر اساس این جدول، لایه نقطه ای برداری مربوط به باران نگار ایستگاه بارندگی ایجاد می شود. این لایه شامل اطلاعات زیر است:

شناسه ایستگاه بارندگی، اسم ایستگاه بارندگی، مجموع بارش ایستگاه بارندگی و . . .

یک لایه شطرنجی مستطیلی خاکستری از بارش توسط IDW (توزین مسافت معکوس) ایجاد میشود.

روش IDW به این صورت است: اول، یک مجموعه از داده های عوارض از نوع نقطه ای که منبع داده ای برای ساخت شبکه است اضافه می شود. سپس فیلد “مجموع بارش” برای ساخت یک شیء توصیفگر عارضه انتخاب می شود که یک شیء ورودی برای عملیات درون یابی است. سپس یک شیء RasterInterpolationOP ساخته می شود چرا که رابطه آن یعنی “IInterpolationOP” روشی برای درون یابی فراهم می کند.

رابطه IRasterAnalysisEnviroment مربوط به شیء RasterInterpolationOP برای تنظیم اندازه شبکه شطرنجی خروجی و ساخت یک شیء شعاع شبکه شطرنجی (RasterRadius) به کار میرود. هدف از ساخت شیء شعاع شبکه شطرنجی تنظیم نوع و محدوده جستجو به روشی مناسب است که به وسیله رابط IRasterRadius فراهم می شود.

درونیابی فعال می شود. برای استفاده از رابط IWorkspaceFactory یک شیء RasterworkspaceFactory ساخته میشود. رابط IWSF روشی ایجاد می کند که شیء Iworkspace که بر اساس رشته مسیر وارد شده را برمی گرداند و این شیء فضای کاری شبکه شطرنجی (Raster) خروجی است.

به دلیل این که روش IDW یک نوعی از روش درونیابی است، لایه شبکه شطرنجی بارندگی ایجاد شده نمی تواند تمام ناحیه مورد نظر را پوشش دهد. برای حل این مشکل ما چهار رأس ناحیه مورد نظر را وارد لایه نقطه ای کرده سپس مقدار آماری بارش آنها را صفر قرار می دهیم.

بعد از عملیات توزین مسافت معکوس بر روی لایه نقطه ای، لایه شبکه شطرنجی بارش ایجاد شده می تواند کل ناحیه مورد نظر را پوشش دهد. پس از آن چهار رأس تعریف شده باید حذف شود تا باران نگار بتواند خواسته های پیش بینی کننده را تأمین کند.

apsis

بعد از این که لایه شبکه شطرنجی خاکستری مستطیلی بارش تولید شد، لایه باید برش زده شود به گونه ای که لایه ایجاد شده با ناحیه مورد نظر تطابق داشته باشد. شیوه کار به صورتی است که در ادامه می‌آید. اول یک لایه شبکه شطرنجی از ناحیه مورد نظر با مرزهای دقیق به عنوان یک شبکه روپوش ایجاد می‌شود.

واحدهای لایه شبکه شطرنجی خاکستری مستطیلی بارش که با شبکه روپوش تطبیق می‌کند با استفاده از روش رابط IExtractionop استخراج می‌شود. بانک اطلاعاتی جدید مطابق واحد استخراج شده ساخته شده و به لایه شبکه شطرنجی برگردان می‌شود.

سپس آن لایه Render می‌شود برای نمادگذاری بازه یک فیلد عددی مشخص از یک ClassBreaksRenderer استفاده می‌شود که آن بازه را به تعدادی دسته‌های نسبتاً کوچک تقسیم می‌کند. به این دلیل که لایه، یک لایه شبکه شطرنجی است، اندازه پیکسل به عنوان مقادیر عارضه انتخاب می‌شود. کاربر می‌تواند علائم و مقادیر تقسیم شده را در هر زمان تنظیم نماید. نقشه مربوط به ناحیه مورد نظر و نقشه مربوط به ایستگاه بارندگی بارگذاری می‌شود. نقشه ناحیه مورد نظر روی باران نگار را خواهد پوشاند که برای جلوگیری از آن، نقشه ناحیه مورد نظر باید به صورت شفاف بارگذاری شود. بچسب‌های نشان‌دهنده نام ایستگاه‌ها با انتخاب شخص پیش بینی‌کننده به نقشه ایستگاه بارندگی اضافه می‌شود. نمودار فعالیت ماژول ساخت باران‌نگار در شکل دو نشان داده شده است.

تغییر محتوای تصویری ماژول باران‌نگار

مقدار بارش به صورت پیش فرض به پنج سطح تقسیم می‌شود اگر بارش محدوده‌ای بین ۰ mm و ۱۰mm باشد رنگ آن محدوده زرد خواهد بود. اگر بارش بین ۱۰mm و ۲۵mm باشد رنگ محدوده سبز، اگر بین ۲۵mm و ۵۰mm باشد رنگ آبی، اگر بین ۵۰mm و ۱۰۰mm باشد رنگ ارغوانی و اگر بین ۱۰۰mm و ۲۵۰mm باشد رنگ محدوده قرمز خواهد بود. مطابق شرایط واقعی بارش شخص پیش بینی کننده قادر خواهد بود محدوده مقادیر و حالت رنگ‌ها را تغییر داده و باران نگار را دوباره render نموده و رنگ باران نگار را تغییر دهد.

همزمان جدول راهنمای باران نگار نیز بر مبنای شرایط جدید اصلاح خواهد شد. به طور مثال زمانی که مقدار بارش کم است مقدار سطح اول بین ۰mm و ۲mm، سطح دوم بین ۲mm و ۵mm، سطح سوم بین ۵mm و ۱۰mm، سطح چهارم بین ۱۰mm و ۱۵mm و سطح پنجم بین ۱۵mm و ۲۰mm تنظیم می‌شود. همچنین رنگ هر سطح بارش را نیز را می‌توان تنظیم نمود. این سیستم دارای کنترل هوشمند مشخص است که زمانی که محدوده مقادیر یا حالت رنگ‌ها نادرست باشد اطلاعات هشدار دهنده‌ای به نمایش درخواهد آمد بنابراین بارش در یک بازه زمانی انتخاب شده به صورتی مشخص‌تر و قابل درک‌تری قابل مشاهده خواهد بود.

ماژول ویرایش باران نگار

شخص پیش بینی کننده می‌تواند بارش و تعداد مشاهدات مفقود شده را ببیند. اطلاعات در قالب جدول داده‌ها نمایش داده می‌شود. شخص کاربر می‌تواند به دلیل بالا بودن تعداد مشاهدات مفقودی اطلاعات بارش ایستگاه را در جدول داده‌ها تغییر داده و یا حذف نماید. سپس لایه شبکه شطرنجی باراننگاری که با نیازها مطابقت داشته باشد دو مرتبه ایجاد می‌گردد.

ماژول چاپ باران نگار

این ماژول جدول راهنما و موقعیت آن، اطلاعات حاشیه باران نگار، سایز کاغذ و چاپ گر در پیش نمایش چاپ تنظیم می‌کند. جدول راهنما به وسیله رابط ITextsymbol و رابط ILegend ساخته می‌شود. عملیات چاپ نیز توسط کنترل Page Layout Control انجام می‌شود. این کنترل با احاطه نمودن محتوای در حال چاپ، موجب آسان شدن عملیات چاپ می گردد. ابتدا چاپ‌گر انتخاب می‌شود سپس پارامترهایی مثل سایز و جهت صفحه، صفحه شروع، صفحه پایان، هم‌پوشانی ها و غیره تنظیم گردیده و بعد از آن باران نگار قابل چاپ خواهد بود.

سه حالت برای استفاده از سیستم به کار می‌رود حالت Auto Statian Rain، حالت Auto Statian UC، حالت Auto Statian UC Controls. ارتباط بین این سه حالت در شکل سه نشان داده شده است.

حالت Auto Statian Rain که در اغلب موارد به کار می‌رود برای استفاده از دو ماژول ساخت باران نگار و ویرایش باراننگار به کار می‌رود.

عملکردهای اصلی حالت Auto Statian Rain به شرح زیر است:

Public bool Sql Conselect: بانک اطلاعاتی ایستگاه بارندگی، متصل شده، داده‌های مورد نیاز استعلام می‌گردد. نتایج آماری داده‌ ای استعلام شده درون جدول داده‌ها ذخیره می‌گردد. مشخصات ایستگاه بارندگی درون جدول داده‌ ای دیگری ذخیره می‌گردد.

Public bool unitTables: دو جدول داده‌های مذکور قسمت قبل به صورت یک جدول داده‌ها درون فیلد ID ایستگاه بارندگی ترکیب می‌شود.

Public bool band Table To View: این عملکرد، جدول داده‌های ترکیبی مرحله قبل را به صورت جدول قابل نمایش داده‌ها درآورده و دستور نمایش فیلد مربوطه را به این صورت صادر می‌کند به این ترتیب مشخص پیش بینی کننده قادر خواهد بود داده‌های بارندگی را به آسانی مشاهده نماید.

Public Ifeatuzeclass Create Rain Featuze Class: لایه بارش ایستگاه ساخته شده و هر المانی مطابق جدول داده‌های ترکیبی وارد این لایه می‌شود.

Public bool edit RainFeature Class: بعد از درون یابی چهار رأس باران نگار حذف شده و باران نگار دوباره ویرایش می‌شود.

Public bool delete Rain Layer: لایه باران نگار حذف می‌شود.

Public Iraster Create IDW: لایه شبکه شطرنجی باران نگار توسط IDW ساخته می‌شود سپس لایه شبکه شطرنجی برای تبدیل شدن به لایه‌ای که با حدود ناحیه مورد نظر مطابقت دارد برش داده می‌شود.

این سیستم با بهره‌گیری از رایانه توانسته مدیریتی یکپارچه و ترکیب و آنالیز مؤثری بر روی اطلاعات چند منبعی هواشناسی ارائه نماید. همچنین افراد عادی و عوامل فنی را جهت استفاده علمی‌تر از شرایط جوی و منابع اقلیمی به منظور کسب نتایج مثبت و پرهیز از نتایج منفی آنها و تقویت حداکثری بهره‌وری اجتماعی یاری می‌دهد تا فواید اقتصادی و اجتماعی هر چه بیشتری حاصل گردد.

باران-نگار