مهندسی فناوری اطلاعات مکانی
سال:1397 | دوره:6 | شماره:4 |تعداد مقالات:10

با پرتاب ماهواره های با حد تفکیک بالا در دهه های اخیر و عرضه این تصاویر به صورت تجاری، بحث استخراج اطلاعات مکانی دقیق سه بعدی از این تصاویر در بسیاری از زمینه های مرتبط همچون فتوگرامتری و سنجش ازدور مورد توجه قرار گرفت. به منظور استخراج این اطلاعات از تصاویر ماهواره ای، باید قبل از هر اقدامی، این تصاویر زمین مرجع شوند. به منظور زمین مرجع سازی تصاویر ماهواره ای، ابتدا باید یک سری عوارض کنترلی مانند نقاط، خطوط و یا سطوح در دو فضا استخراج شوند. سپس عوارض متناظر از بین کل عوارض استخراج شده تعیین و به طور مستقیم برای حل تابع انتقال بین دو فضا استفاده شوند. در سال های اخیر تمایل محققان به سمت استفاده از عوارض کنترلی به ویژه خطوط به دلیل ویژگی های منحصربه فرد این عوارض همچون استخراج و تناظریابی اتوماتیک آسان تر این عوارض و نیز فراوانی این عوارض در تصاویر ماهواره ای به خصوص در مناطق شهری، قرار گرفته است. از آنجاییکه، به منظور انجام زمین مرجع سازی اتوماتیک نیازمند خودکار نمودن کل روند هستیم و نیز تناظریابی عوارض خطی بین دو فضای نامتجانس یکی از مهم ترین مراحل می باشد، در این مقاله، این روند بر اساس یک روش جدید با عنوان تناظریابی ساختاری بر اساس عوارض خطی که بدون نیاز به اطلاعات اولیه و تنها براساس اطلاعات قابل استخراج از تصویر و نقشه صورت می گیرد، انجام و مورد ارزیابی قرار می گیرد. در این روش، هدف یافتن تناظر تمام خطوط-متناظر ممکن با استفاده از یافتن دو الگوی متناظر ویژه می باشد. بر این اساس، مختصات ابتدا و انتهای خطوط استخراج شده به روند موردنظر معرفی و تناظریابی در سه فاز اصلی و با استفاده از روابط هندسی بین آنها تعیین می شود. در این مقاله، اثر تعداد حالت های مورد بررسی و نیز یکی از آستانه ها در دقت و قابلیت اطمینان نتایج بررسی می شود. نتایج روش پیشنهادی نشان می دهد که روش پیشنهادی می تواند بیش از 80 درصد خطوط-متناظر را با 100 درصد قابلیت اطمینان و با سرعت بالا، تعیین نماید.

استفاده از روش های سنجشازدوری و طیفسنجی در تشخیص بیماریهای گیاهی از روشهای موثر و سریع میباشد که غالبا با استفاده از شاخصهای گیاهی و روشهای آماری انجام می شود. هدف از این پژوهش استفاده از روش کدگذاری برای طیف بازتابندگی و مشتقهای آن، در تعیین شدت زنگ در برگ گندم می باشد که می تواند برخلاف شاخصهای گیاهی، شکل طیف را مستقل از زمان و مکان در تمامی باندها بررسی کند. در این تحقیق از اندازه گیری های طیف سنجی آزمایشگاهی انجام شده از مراحل رشد زنگ گندم استفاده گردید. روشهای کدگذاری با فواصل مساوی و آستانهگذاری 1 بیت، 2 بیت و 3 بیت در محدوده طول موجهای 400-1050 و 500-800 نانومتر برای طیف بازتابندگی و مشتق های آن ارزیابی شد. در این رابطه پس از کدگذاری طیف بازتابندگی لکهی سبز بهعنوان کد مرجع که نشان دهنده سلامت گیاه است، برای نمونه های آموزشی، زاویه شباهت میان رشته کدها محاسبه، نمودار میزان درصد حضور لکه سبز برحسب کسینوس زاویه شباهت ترسیم و یک معادله خطی به آن برازش داده شد. بهترین خط برازش داده شده برای روش کدگذاری آستانه با سه بیت در طول موجهای 500-800 نانومتر با مقدار R2 و RMSE به ترتیب 95/0 و 05/0 حاصل شد. در نهایت درجه زنگزدگی برگ برحسب عدم حضور لکه سبز در 4سطح تعیین گردید که دقت کلی و ضریب کاپای آن به ترتیب 96/85 درصد و 81/0 میباشد.

بیماری لپتوسپیروز یکی از رایجترین و گسترش یافتهترین بیماری عفونی مشترک میان انسان و حیوان در سراسر دنیا بشمار میرود که به وسیله باکتری بیماری زایی به نام لپتوسپیرا ایجاد میشود و به شکل مستقیم یا غیر مستقیم از حیوان به انسان منتقل می شود. این بیماری در تمام مناطق جهان اتفاق میافتد، اما در مناطق گرمسیر پرباران شایعتر است و در اغلب این مناطق بومی میباشد. هدف اصلی این تحقیق، بررسی فصلی ارتباط میان متغیرهای محیطی و توپوگرافی از قبیل ارتفاع، شیب، پوشش گیاهی، متوسط دمای هوا، متوسط رطوبت هوا، میزان بارندگی و تعداد روزهای یخبندان با وقوع بیماری لپتوسپیروز و تهیه نقشه آسیبپذیری بیماری لپتوسپیروز در سطح بخشهای استان های شمالی ایران میباشد. در این تحقیق، تحلیل همبستگی پیرسون به منظور بررسی نوع و شدت همبستگی بین متغیرهای محیطی و توپوگرافی با بروز بیماری لپتوسپیروز و توصیف ارتباط بین بروز فصلی بیماری لپتوسپیروز و متغیرهای محیطی و توپوگرافی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج حاصل از تحلیل همبستگی پیرسون مشخص نمود که متغیرهای میانگین رطوبت هوا، میانگین دمای هوا و میزان بارندگی مهمترین فاکتورها بر شیوع بیماری لپتوسپیروز در منطقه میباشند. همچنین نتایج حاصل از بررسیهای آماری نشان داد که بیشترین موارد بیماری در فصل تابستان و اواخر فصل بهار به ثبت رسیده و کمترین رخداد بیماری در فصل زمستان رخ داده است. علاوه بر این، نتایج آماری به دست آمده حاکی از وجود موارد وقوع بیماری لپتوسپیروز در نواحی مرکزی استان گیلان، مناطق شرقی استان مازندران و مناطق غربی استان گلستان، با آب و هوای معتدل و مرطوب با بارش شدید باران می باشد. در نهایت روش ماشین بردار پشتیبان به منظور مدلسازی ارتباط بین متغیرهای محیطی و توپوگرافی و توزیع فصلی الگوی مکانی بیماری لپتوسپیروز مورد استفاده قرار گرفت و عملکرد این مدل با استفاده از معیار ارزیابی منحنی مشخصه عملکرد سیستم مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از ارزیابی نقشههای خروجی روش ماشین بردار پشتیبان نشان دادند که این روش عملکرد بسیار عالی در تهیه نقشه آسیبپذیری بیماری لپتوسپیروز داشته است.

در این مقاله با استفاده از بردارهای جابجایی روزانه، ماهانه، فصلی و سالانه حاصل از مشاهدات دائم شبکه پایش ژئودتیک سد گتوند علیا، آنالیز دو بعدی تغییر شکل برای نواحی بدنه و تاج سد صورت گرفته و تانسور کرنش صفحه ای و مفسرهای ناوردای آن همچون اتساع و ماکزیمم برش محاسبه شده اند. از آنجاکه المان محدود خطی به درستی روند تغییر شکل واقعی سد مزبور را آشکار نمی سازد، در نتیجه تحلیل تغییر شکل این سد با به کار گیری روش المان محدود غیرخطی بر مبنای درون یابی پیوسته بزیر مکعبی صورت گرفته و تانسور کرنش خطی بر مبنای نگرش لاگرانژی محاسبه گردیده است. نتایج به دست آمده از کمیت اتساع حاصل از مشاهدات روزانه، مربوط به روز پنج آبان از سال های 93 و 94، نشان دهنده این مطلب است که اکثر نقاط شبکه دستخوش انبساط بوده اند. این در حالی است که در همان روز از سال 95، دستخوش انقباض شده اند. از طرفی، نتایج حاصل از مشاهدات ماهانه مربوط به ماه شهریور از سال های 93 و 94 نشان می دهد که اکثر نقاط شبکه دچار انقباض شده، اما در شهریور ماه سال 95 دچار انبساط شده اند. نتایج به دست آمده از کمیت اتساع حاصل از مشاهدات فصلی، برای فصل تابستان در سال 93 نشان دهنده این مطلب است که اکثر نقاط شبکه دستخوش انقباض بوده و در فصل زمستان همان سال دستخوش انبساط بوده اند. همچنین بردارهای جابجایی سالانه (از تیر 93 تا تیر94) نشان می دهند که اکثر نقاط شبکه دچار انقباض بوده است. اما مقادیر اتساع حاصل از بردارهای جابجایی سالانه (از تیر 94 تا تیر95) نشان می دهد که اکثر نقاط شبکه دچار انبساط شده اند. نتایج ذکر شده حاصل از مشاهدات در بازه های ماهانه، فصلی و سالانه با تغییرات تراز آب پشت سد مطابقت دارد. همچنین آزمون آماری به منظور بررسی معنادار بودن پارامترهای ناوردای حاصل از مشاهدات انجام گردید.

جنگل ها از جمله مهم ترین منابع طبیعی هر کشوری محسوب می شوند که حفاظت و مراقبت از آن ها دارای اهمیت ویژه ای است. یکی از حوادثی که باعث ایجاد صدمات جدی به جنگل ها می شود، آتش سوزی و گسترش آن می باشد. بنابراین انجام اقداماتی نظیر تعیین فاکتورهای موثر در آتش سوزی و شبیه سازی گسترش آن، برای به حداقل رساندن زیان های ناشی از آن اهمیت فراوانی پیدا می کند. در روش پیشنهادی این تحقیق، برای تعیین فاکتورهای بهینه موثر در آتش سوزی جنگل گلستان، از ترکیب الگوریتم ژنتیک با روش رگرسیون اسپلاین تطبیقی چندمتغیره استفاده شد. 9 فاکتور به عنوان فاکتورهای بهینه تعیین شدند که شامل حداکثر دما، متوسط دما، حداقل دما، جهت باد غالب، حداکثر سرعت باد، جنس خاک، کاربری زمین، جهت شیب و فاصله از مناطق مسکونی بودند. سپس با استفاده از این فاکتورهای بهینه و بکارگیری اتوماتای سلولی و شبکه عصبی مصنوعی، اقدام به شبیه سازی گسترش آتش سوزی جنگل گلستان شد. همچنین برای بررسی تأثیر فیلتر همسایگی بر نتایج حاصل از شبیه سازی، از فیلترهای همسایگی 3×3، 5×5 و 7×7 استفاده شد. با توجه به نتایج این تحقیق، بهترین دقت برای شبیه سازی آتش سوزی منطقه مورد مطالعه در تاریخ 26 آبان 1389 با فیلتر همسایگی 3×3 و توان تفکیک مکانی 30 متر بدست آمد. در این حالت شاخص کاپا، شاخص عامل نسبی و دقت کلی به ترتیب برابر با 890/0، 917/0 و 953/0 بودند.

امروزه سنجش ازدور با دارا بودن توان تفکیک مکانی و طیفی بالا، پوشش گسترده و با کمترین هزینه برای دریافت داده از زمین، نقش کلیدی را در حوزه پژوهش های علوم زمین و پایش محیط زیست ازجمله آشکارسازی تغییرات داشته است. به طورکلی تشخیص بهموقع و دقیق تغییرات در مقیاس محلی و جهانی، در مدیریت بهینه ی استفاده از منابع، از اهمیت بالایی برخوردار است. تصاویر فراطیفی، به علت دارا بودن توان تفکیک طیفی بالا، نتایج بهبود یافته ای از آشکاری سازی تغییرات و همچنین جزئیات بیشتری از فرآیند آشکارسازی تغییرات را فراهم می نمایند. استفاده از روش های مبتنی بر جداسازی طیفی روی تصاویر فراطیفی، توانمندی بسیار بالایی برای دست یافتن به اطلاعات مهم زیرپیسکل دارد. در این پژوهش یک روش آشکارسازی تغییرات با استفاده از الگوریتم های تفاضل گیری، اتسو و جداسازی طیفی ارائه گردیده است. یکی از مهمترین قابلیت های روش پیشنهادی، بهبود توان تفکیک مکانی نقشه تغییرات است. همچنین علاوه بر تهیه نقشه تغییرات به صورت دودویی و خودکار، قادر به استخراج اطلاعات درباره ماهیت کلاس های تغییر نیز و دستیابی به تغییرات در زیرپیکسل میباشد. به منظور ارزیابی کارایی و دقت روش پیشنهادی، از دو مجموعه داده ی چند زمانه ی فراطیفی به کارگرفته شد. داده اول از سنجنده ی هایپریون، مربوط به مزارع کشاورزی اطراف شهر جیانگسو واقع در چین است. به منظور کاهش خطای تهیه نقشه واقعیت زمینی و افزایش اعتمادپذیری؛ یک داده شبیهسازی شده از سنجنده هوابرد اوریس؛ تهیه گردید. ارزیابی خروجی های به دست آمده نشان دهنده، دقت کلی بالا و نرخ کم هشدارهای روش پیشنهادی، در مقایسه با روش های رایج آشکارسازیِ تغییرات، است، به طوری که دقت کلی برای داده چین، با دقت کلی بالای 91%، ضریب کاپا 85/0، نرخ هشدارهای اشتباه کلی کمتر از 7% و هزینه محاسباتی و نسبتا پایین نسبت به روش های متداول حکایت می کند. علاوه نتایج به دست برای داده شبیه سازی شده، 80/99 درصد ضریب کاپا، 82/0 و میزان نرخ هشدارهای اشتباه آن، 19/0 درصد است.

دمای سطح زمین (LST) یکی از مهم ترین پارامترهای فیزیکی و متغیرهای اقلیمی است که نقش مهمی در شناخت پدیده های محیطی مثل شرایط رطوبت سطح، جزایر گرمایی شهری، سلامتی گیاهان، ریسک آتش برای مناطق جنگلی و اثر گرما بر سلامت انسان ها را بر عهده دارد. برای انجام چنین مطالعاتی نیاز به دمای سطح زمین با توان تفکیک بالای مکانی و زمانی می باشد. متأسفانه سنجنده های سنجش ازدوری به دلیل محدودیت های فنی و مالی توانایی تولید محصولی که به طور هم زمان دارای توان تفکیک بالای مکانی و زمانی باشند را ندارند. به طور مثال محصول دمای سطح زمین سنجنده استر (ASTER) دارای توان تفکیک مکانی 90 متر با دوره بازگشت 16 روزه می باشد، در حالیکه محصول دمای سطح زمین سنجنده مادیس (MODIS) دارای توان تفکیک مکانی 1 کیلومتر با دوره بازگشت 1 روزه می باشد. در این تحقیق برای حل این مسئله با استفاده از الگوریتم STDFA که برای ادغام مکانی و زمانی داده های بازتابندگی استفاده شده است، محصولات دمای سطح زمین سنجنده های استر و مادیس برای قسمتی از شهر تهران ادغام شده است و درنهایت به یک تصویر مجازی با توان تفکیک مکانی برابر با توان تفکیک مکانی محصول دمای سطح زمین سنجنده استر و توان تفکیک زمانی برابر با سنجنده مادیس می رسد. نتایج تحقیق حاکی از دقت خوب الگوریتم در ادغام محصولات دمای سطح زمین می باشد. به طوری که ضریب همبستگی بین تصویر دمای سطح مجازی و داده واقعی دمای سطح منطقه 88/0 و ریشه میانگین مربع خطاها 38/3 درجه کلوین می باشد.

تصاویر رقومی دربردارنده اطلاعاتی کارآمد و مؤثر هستند که امکان اندازه گیری و اخذ داده از آنها وجود دارند؛ یکی از روش هایی که امکان اندازه گیری و تفسیر اشیا را تنها از طریق تصاویر می دهد، فتوگرامتری برد کوتاه می باشد. یکی از این حوزه ها، علوم پزشکی است که فتوگرامتری برد کوتاه در این زمینه به دلیل سرعت و دقت بالا، قابلیت ایجاد مدل سه بعدی را دارد. این شاخه از فتوگرامتری، تحت عنوان فتوگرامتری پزشکی شناخته می شود. در این تحقیق کاربرد هوشمند فتوگرامتری برد کوتاه در هدایت و کنترل عمل های جراحی ترمیمی معرفی می شود. کارایی روش پیشنهادی در مطالعه موردی صورت انسان با استفاده از الگوریتم های تشخیص چهره در فضای دو بعدی برای پیدا کردن چهره های متشابه و تناظریابی در فضای سه بعدی برای تعیین میزان تغییرات، مورد ارزیابی قرار گرفته است. هدف اصلی تحقیق حاضر، طراحی سامانه ای با تلفیق فتوگرامتری برد کوتاه و الگوریتم های هوشمند، جهت هدایت و کنترل عمل های جراحی ترمیمی با استفاده از تصاویر دوبعدی و مدل های سه بعدی است. خروجی این سیستم، پارامترهای هندسی و میزان تغییرات چهره ورودی برای تبدیل شدن به چهره پیشنهادی (معرفی شده توسط سیستم) می باشد که پزشک بنا به تشخیص، جراحی روی بخش موردنظر را انجام می دهد. در این تحقیق ابر نقاط سه بعدی مدل صورت با صحت 143 میکرون تولید شده و ابر نقاط چهره های مشابه در محدوده خطای جذر میانگین مربعات 2 الی 3 میلی متر با یکدیگر رجیستر شده اند.

اسپکل یک پدیده ی نویز مانند دانه ای است که به دلیل ویژگی همدوس بودن سیستم های تصویربرداری SAR (Synthetic Aperture Radar) در آن ها پدیدار می شود. حضور پدیده ی اسپکل، تجزیه و تحلیل های انسانی و اتوماتیک را پیچیده می کند. بر همین اساس کاهش اسپکل در تصاویر SAR، یک مرحله ی پیش پردازشی مهم برای بسیاری از کاربردهای مرتبط با سنجش از دور است. کاهش اسپکل در تصاویر SAR، می تواند توسط چندمنظرسازی در زمان تشکیل تصویر و یا با استفاده از فیلترهای مکانی پس از تشکیل تصویر انجام شود. اما این روش ها دارای برخی محدودیت ها مانند کاهش قدرت تفکیک مکانی و از بین رفتن جزئیات تصویر هستند. برای غلبه بر این مشکلات، می توان از روش های مبتنی بر آنالیز چند تجزیه ای مانند تبدیل موجک استفاده نمود. در این مقاله، یک روش کاهش اسپکل در حوزه ی موجک با استفاده از نظریه ی بیزین و بر اساس برآوردگر MAP (Maximum a Posteriori)ارائه شده است. ضرایب بدون نویز موجک حاصل از تصویر لگاریتم گرفته شده و نویز در حوزه ی موجک، به ترتیب توسط توابع چگالی احتمال لاپلاس و گوسین مدل شدند. برای مقایسه، روش های انقباض ویزیو، سور و بیز به کار گرفته شدند. همچنین برای ارزیابی این روش ها، از دو نوع داده ی SAR شبیه سازی شده و واقعی استفاده شد. شاخص های ارزیابی برای داده ی SAR شبیه سازی شده، شاخص PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio) و شاخص حفظ لبه ی بود، همچنین شاخص ENL (Equivalent Number of Looks) برای ارزیابی داده ی SAR واقعی استفاده شد. نتایج تجربی حاصل از کاهش اسپکل، نشان دهنده ی عملکرد برتر روش پیشنهادی در کاهش اسپکل و حفظ بهتر جزئیات تصویر SAR بود.

اختصاص کاربریهای شهری به واحدهای شهری با توجه به وجود قیود و معیارهای مختلف میتواند به عنوان یک مسئلهی بهینه سازی مکانی در نظر گرفته شود. ارائهی طرحهای متنوع از نظر اهداف تعریف شده برای اختصاص کاربریهای شهری می تواند برنامهریزان شهری را در انتخاب طرحهای مناسب کمک نماید. از این رو در این تحقیق یک روش بهینه سازی چندهدفهی شبکه مبنا برای به دست آوردن طرحهای متنوع در فضای اهداف بر اساس بهبود الگوریتم ژنتیک چند هدفه با مرتب سازی نامغلوب نسخهی 2 ارائه شده است. به منظور حفظ تنوع جوابها یک شبکه در فضای اهداف تعریف شده و سلول های شبکه برای خوشهبندی جوابها و تعیین جوابهای مناسب برای نسل بعدی در فرآیند بهینهسازی به کار گرفته میشوند. کاربریهای ناحیهی یک منطقه هفت تهران برای بررسی کارایی الگوریتم پیشنهادی در تخصیص بهینهی کاربریهای شهری مورد استفاده قرار گرفته است. در نهایت نتایج الگوریتم پیشنهادی با نتایج الگوریتم ژنتیک با مرتبسازی نامغلوب نسخهی 2 و 3 مقایسه شد. مقایسهی نتایج نشان میدهد که الگوریتم پیشنهادی در حفظ تنوع و بهبود همگرایی جوابها در جبههی پارتو برای تخصیص کاربریهای شهری بهتر عمل کرده است.