«Οι δυνατότητες της υπερφασματικής τηλεπισκόπισης στο χαρακτηρισμό αστικών δομών στο Μοναχό»
Από RemoteSensing Wiki
Δημοσίευση Εφαρμογής Τηλεπισκόπισης: «A POTENTIAL OF HYPERSPECTRAL REMOTE SENSING FOR CHARACTERISATION OF URBAN STRUCTURE IN MUNICH», «Οι δυνατότητες της υπερφασματικής τηλεπισκόπισης στο χαρακτηρισμό αστικών δομών στο Μοναχό» Συγγραφείς: Wieke Heldens(1), Thomas Esch(1), Uta Heiden(2) και Stefan Dech(3) 1) University of Wuerzburg, Department of Remote Sensing, Wuerzburg, Germany 2) German Aerospace Center, German Remote Sensing Data Center, Department of Environment and Security, Oberpfaffenhofen, Germany; Uta.Heiden@dlr.de 3) German Aerospace Center, German Remote Sensing Data Center, Department of Environment and Security, Oberpfaffenhofen, Germany and University of Wuerzburg, Department of Geography
Ανάλυση – Παρουσίαση:
Η εφαρμογή αυτή ασχολείται με την αστική δομή και επικεντρώνεται στην αξιολόγηση της δυναμικής των επιλεγμένων αισθητήρων για αυτόματη χαρτογράφηση - διαχωρισμό των αστικών δομών στην περιοχή του Μονάχου. Παλαιότερα οι απαιτούμενες πληροφορίες για τέτοιου είδους μελέτες είχαν αποκτηθεί κυρίως από έρευνες πεδίου ή από ψηφιοποίηση αεροφωτογραφιών, χρονοβόρα και δαπανηρή μέθοδος. Στην εφαρμογή έγινε χρήση τηλεπισκοπικών πολυ-αισθητήρων που παρέχουν μεγάλη συλλογή δεδομένων και αυτοματοποιημένη επεξεργασία και ανάλυση. Συγκεκριμένα επιλέχθηκε η χρήση του αερομεταφερόμενου υπερφασματικού αισθητήρα HyMap, με χωρική ανάλυση 4 μέτρων, φασματική ανάλυση 128 καναλιών, οπτικό πεδίο 61 ̊ και ημερομηνία λήψης 25/7/2007, εξασφαλίζοντας ακριβή διαφοροποίηση των διαφόρων υλικών επιφανείας.
Επιλέχθηκε περιοχή μελέτης 1,2 χιλιομέτρων, στην οποία εμφανίζονται διάφοροι τύποι αστικών δομών (σχήμα 1). Τα υπερφασματικά δεδομένα αρχικά διορθώθηκαν ραδιομετρικά, στη συνέχεια ατμοσφαιρικά, μετατράπηκαν σε ανακλαστικότητα και διορθώθηκαν από τη μεγάλη γωνία θέασης του αισθητήρα (κανονικοποιήση ναδίρ) με χρήση του λογισμικού ATCORΑ. Τέλος έγινε γεωαναφορά με προβολή στο γεω-σύστημα, UTM WGS84 με χρήση λογισμικού ORTHO. Οι Ortho-εικόνες προήλθαν από 3K αεροφωτογραφίες, που καταγράφηκαν κατά την διάρκεια της ίδιας πτήσης με τα δεδομένα HyMap. Οι ορθο-φωτογραφίες χρησιμοποιήθηκαν για επαλήθευση. Οι πληροφορίες σχετικά με τα δομικά στοιχεία, οι μικρότερες πιθανές περιοχές που συνορεύουν με τους δρόμους, υλοποιήθηκαν ως raster δεδομένα που παραχωρήθηκαν από τον δήμο του Μονάχου. Επιπλέον έγινε χρήση χάρτη κτηρίων, που επίσης προήλθε από τον δήμο του Μονάχου. Για να χρησιμοποιηθούν οι πληροφορίες των κτηρίων σαν μάσκα κτηρίων στη διαδικασία αποανάμιξης (unmixing process), τα διανυσματικά δεδομένα μετατράπηκαν σε ψηφιδωτά (raster) δεδομένα.
Κάθε αστική δομή χαρακτηρίζεται από τον τύπο και τη διάταξη των αστικών αντικειμένων. Υποδειγματικά επιλέχθηκαν τέσσερα σημαντικά είδη αστικής δομής, η ανάπτυξη σε συγκροτήματα (σχήμα 2α), η ανάπτυξη κτηρίων καθ ύψος (2β), η ανάπτυξη ανεξάρτητων κατοικιών (2γ) και η ανάπτυξη σε κτηρίων σε σειρές (2δ).
Λόγω της σχεδόν συνεχούς φασματικής πληροφορίας των υπερφασματικών δεδομένων μπόρεσαν να προσδιοριστούν διαφορετικά επιφανειακά υλικά. Τα περισσότερα υλικά έχουν αξιοσημείωτα φασματικά χαρακτηριστικά, ωστόσο, υπάρχουν ορισμένες επιφάνειες που είναι δύσκολο να διακριθούν μόνο από τη φασματική υπογραφή τους (κεραμίδια, άσφαλτος κ.α.), επειδή τα υλικά από τα οποία κατασκευάζονται αυτές οι επιφάνειες είναι ίδια, έτσι και η φασματική υπογραφή τους. Στην περίπτωση αυτή απαιτείται χρήση πρόσθετων πληροφοριών σχετικά με την τοποθεσία των κτηρίων. Στον εντοπισμό των υλικών επιφάνειας εφαρμόστηκαν φασματικές διαδικασίες αποανάμιξης, αφού η μικρή έκταση των αστικών αντικειμένων στο χώρο προκάλεσε αναμίξεις ακόμα και στα εικονοστοιχεία με τη σχετικά υψηλή χωρική διακριτική ικανότητα των 4μ. Επίσης έτυχε εικονοστοιχείο να καλύψει διάφορα αντικείμενα. Η προσέγγιση αυτή επέτρεψε την αναγνώριση πολλών διαφορετικών αστικών υλικών επιφάνειας σε μικρή έκταση στο χώρο. Η επεξεργασία αποανάμιξης πραγματοποιήθηκε σε τρία κύρια στάδια. Αρχικά προσδιορίστηκαν τα φασματικά όρια της εικόνας. Αυτό έγινε με την αυτόματη αναγνώριση καθαρών εικονοστοιχείων από τα φασματικά χαρακτηριστικά. Στη συνέχεια κατατάχθηκαν τα φυτά (seedlings), με τη μέθοδο ταξινόμησης μεγαλύτερης πιθανότητας. Μόνο τα εικονοστοιχεία με την υψηλότερη πιθανότητα επιτρέπονται ως φυτά, ενώ αυτά είναι το σημείο εκκίνησης για την διαδικασία αποανάμιξης (unmixing). Τέλος εφαρμόζεται η επεξεργασία. Επιπλέον, οι ελεγμένοι οριακοί συνδυασμοί κατευθύνθηκαν από τα γειτονικά εικονοστοιχεία. Σε αρκετές επαναλήψεις αποανάμιξης η αφθονία των υλικών επιφάνειας μοντελοποιείται για κάθε εικονοστοιχείο. Η επεξεργασία εφαρμόστηκε στα υπερφασματικά δεδομένα, με τη βοήθεια μάσκας κτηρίου που εισήχθη και ολοκλήρωσε κάθε στάδιο της. Στο πρώτο στάδιο χρησιμοποιήθηκε στην προ-επιλογή του κτηρίου και στα όρια των μη-κτηρίων. Για το δεύτερο και το τρίτο στάδιο, η μάσκα κτήριο χωρίστηκε σε τρεις κατηγορίες: κτήρια με την υπόθεση να περιέχουν υλικά οροφής, όρια κτήριου με την υπόθεση μείγματος κτηρίων και μη-κτηρίων και μη-κτήρια με την υπόθεση να μην περιέχουν υλικά οροφής. Στο τρίτο στάδιο η μάσκα χρησιμοποιήθηκε για να περιοριστούν οι δυνατοί οριακοί συνδυασμοί. Στο αποτέλεσμα κάθε εικονοστοιχείο περιείχε πληροφορίες σχετικά με το είδος και την αφθονία – ποσό εμφάνισης του υλικού της καλυπτόμενης επιφάνειας. Τα αποτελέσματα αποθηκεύτηκαν σε τέσσερις χάρτες που περιείχαν (1) το είδος του δεσπόζοντος υλικού, (2) το τύπο της επιφάνειας του υλικού με τη δεύτερη υψηλότερη εμφάνιση, (3) την ποσότητα του δεσπόζοντος υλικού και (4) την αφθονία των υπόλοιπων υλικών επιφάνεια.
Στο σχήμα 3 παρουσιάζονται τα αποτέλεσματα της αναγνώρισης των υλικών επιφανείας της παραπάνω επεξεργασίας για την περιοχή δοκιμών. Η επεξεργασία παρουσιάζεται με και χωρίς μάσκα κτηρίων. Τα αποτελέσματα ελέγχθηκαν για την αληθοφάνεια με οπτική ερμηνεία χρησιμοποιώντας 3K ορθο-εικόνες. Με την εφαρμογή της προσέγγισης χωρίς τη μάσκα κτηρίου, το 19% των εικονοστοιχείων αναγνωρίστηκαν σαν καθαρά, που σημαίνει ότι περίπου το 78% των εικονοστοιχείων είναι μικτά και 2,6% παραμείναν αδιευκρίνιστα. Με τη χρήση της μάσκας, 26,6% των εικονοστοιχείων προσδιορίστηκαν σαν φασματικά καθαρά, σχεδόν το 70% μικτά. Η ποιότητα της συνεργασίας καταχώρισης των υπερφασματικών δεδομένων και της μάσκας κτηρίου επηρεάζει σημαντικά τα αποτελέσματα (σχήμα 4).
Τα αποτελέσματα έδειξαν το υψηλό δυναμικό της χρήσης υπερφασματικών δεδομένων για χαρτογράφηση αστικών επιφανειών βάση των υλικών τους. Ένα από τα βασικά ζητήματα για την ακριβή χαρτογράφηση των αστικών δομών είναι η αναγνώριση των αστικών επιφανειών με μεγάλη ακρίβεια. Ο αναμενόμενος ARES αισθητήρας έχει 30 κανάλια στην θερμική περιοχή που θα επιτρέπουν ταυτοποίηση πρόσθετων χαρακτηριστικών και διαχωρισμό φασματικά παρόμοιων υλικών. Επίσης προβλέπετε συνδυαστική χρήση συμπληρωματικών δεδομένων από μοντέλο ψηφιακής επιφάνειας – για τον προσδιορισμό του ύψους - για τη χαρτογράφηση των αστικών δομών και περαιτέρω έρευνα για τον αυτοματισμό της αναγνώρισης των αστικών δομών. Add Your Content Here
