فاطمه عامری

مقاله حاضر به منظور بررسی قابلیت سیستم پیشنهادی استخراج نیمه خودکار راه از تصاویر ماهواره ای با حد تفکیک های مکانی مختلف به منظور بهنگام کردن نقشه های متوسط و کوچک مقیاس پایگاه داده GIS سازمان راهداری و حمل ونقل جاده ای کشور تهیه گردیده است. هدف پژوهش حاضر حفظ و یا افزایش دقت و سرعت استخراج اطلاعات در مقایسه با عملیات زمینی و استفاده از GPS است. افزون بر این، میزان موفقیت این سیستم در استخراج اشکال مختلف راه اعم از راه مستقیم، مارپیچ، تقاطع و میدان مورد بررسی قرار گرفته است. داده های ورودی سامانة مورد نظر شامل تصاویر پانکروماتیک و Pansharpened ماهواره های Ikonos و D1-IRS (به ترتیب دارای قدرت تفکیک مکانی 1، 4 و 5 متر) و تصاویر Pansharpened ماهواره 7-Landsat (دارای قدرت تفکیک مکانی 15 متر) است. در روش پیشنهادی، ضمن انجام خوشه بندی FCM در فضای طیفی و بهبود کیفیت راه های کشف شده به وسیله اپراتورهای مورفولوژی با حذف نویز و پوشش گپ ها، اقدام به کشف عارضة راه شده است. روش مذکور با انجام خوشه بندی در فضای تصویر، موقعیت نقاط اصلی شبکة راه ها را شناسایی کرده و در پایان با بهره گیری از الگوریتم MST در تئوری گراف و انتخاب تابع وزن مناسب (فاصله اقلیدسی) اقدام به اتصال این نقاط و تشکیل محور مرکزی راه در فرمت برداری برای ورود به GIS کرده است. رسیدن به میانگین دقت کلی بیش از 98 درصد در طبقه بندی تصویر به دو کلاس راه و غیرراه و حصول میانگین خطای RMS حدود 68/0 پیکسل ـ از مقایسة محور راه استخراج شده با واقعیت زمینی آن ـ نشانگر موفقیت کلی سامانة معرفی شده برای استخراج نیمه خودکار راه به شمار می آید.

امروزه روشی متداول در ایجاد پایگاه داده راه ها، استخراج آن ها از تصاویر رقومی هوایی و ماهواره ای است. با توجه به حجم بسیار دادههای شبکه راه و نیاز به بهنگام کردن آن ها با کمترین زمان و هزینه محاسباتی، اتوماسیون فرایند استخراج اطلاعات راه در حال تبدیل به یکی از ملزومات عصر جدید است. در تحقیق حاضر که بیشتر بر مرحله برداری سازی راه تأکید دارد، سیستمی هوشمند برای برداری سازی اتوماتیک نتایج کشف راه، با کمترین میزان دخالت عامل انسانی، طراحی شده است. سیستم طراحی شده دارای دو مرحله اساسی تعیین نقاط کلیدی راه و برقراری اتصال بین آن ها است. نخست، با استفاده از تکنیک خوشه بندی بر مبنای الگوریتم انبوه ذرات نقاط اصلی نمایانگر محور مرکزی راه تعیین می شوند. سپس، با در نظر گرفتن مدل گراف وزن دار برای شبکه راه های تصویر، تعیین معیارهای هندسی مناسب و تلفیق این معیارها از سوی عملگرهای میانگین گیر وزن دار ترتیبی، هزینه هر اتصال محاسبه می شود. اتصالات دارای کمترین هزینه، به صورت قطعات نهایی راه در تشکیل شبکه برداری راه شرکت می کنند. نتایج حاصل از پیاده سازی روش پیشنهادی روی چندین تصویر بزرگ مقیاس ماهواره ای و مقایسه آن ها با نتایج الگوریتم درخت پوشای کمینه تأییدکننده موفقیت روش پیشنهادی در استخراج شبکه راه با دقت و صحت بالا است. براساس نتایج ارزیابی، روش پیشنهادی قادر است شبکه راه های تصویر را با میانگین RMSE حدود 9/0 متر، میانگین completeness حدود 94% و میانگین correctness بیش از 95% برداری کند. در مجموع، الگوریتم پیشنهادی در برداری سازی راه های با اشکال مختلف شامل راه های مستقیم، راه های دارای انحنا، راه های با ضخامت های متفاوت، راه های موازی با فواصل متغیر، تقاطع و میدان موفقیت آمیز عمل کرده است.