Αλγόριθμος αυτόματης εύρεσης μονοπατιών σε ορεινές περιοχές.
Από RemoteSensing Wiki
Πηγή: Katarzyna Adamek et al (2019) ’ Algorithm for Automatic Path Routing in Mountain Areas’ IOP Conference Series: Earth and Environmental Science ,volume 221 ,conference 1
Διαθέσιμο στο: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/221/1/012081
Τίτλος άρθρου: Algorithm for Automatic Path Routing in Mountain Areas
Λέξεις κλειδιά: αυτόματη εύρεση, ορεινές διαδρομές,χαρτογράφηση
Πίνακας περιεχομένων |
Εισαγωγή
H κύρια αρμοδιότητα του αλγορίθμου είναι να δημιουργεί νέες, ανεξάρτητες διαδρομές στις οποίες ο/η χρήστης μπορεί να περπατήσει, σε περιοχή που είναι πιθανώς άγνωστη σε αυτόν/ή. Οι διαδρομές αυτές προκύπτουν από τη χρήση γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών (ΓΠΣ, Geographical Information System ,GIS), τηλεπισκοπικών μεθόδων, χωρικών αναλύσεων και εργαλείων της γλώσσας προγραμματισμού Python.
Μεθοδολογία
Η πρώτη έκδοση του αλγορίθμου είναι μια νέα εργαλειοθήκη για το ArcMap (ΓΠΣ) η οποία αποτελούταν από δύο ξεχωριστά εργαλεία. Το πρώτο ήταν υπεύθυνο για την ανάλυση της συγκεκριμένης περιοχής και είχε ως αποτέλεσμα τη δημιουργία δύο γενικών ψηφιδωτών χαρτών (raster cost maps) , ένα για την πυκνότητα της βλάστησης και ένα για την κλίση του εδάφους. Στον χάρτη πυκνότητας, όλα τα εικονοστοιχεία εκχωρήθηκαν σε μια τιμή στην περιοχή 0-1 (όπου 0 εικονοστοιχεία χωρίς βλάστηση) με βέλτιστη χωρική ανάλυση 4 μέτρων, όπως προέκυψε από τις δοκιμές. Με βάση αυτό, δημιουργήθηκε ένας άλλος ψηφιδωτός χάρτης χρησιμοποιώντας εικονοστοιχεία με τιμή NODATA, περιγράφοντας κτίρια και οποιαδήποτε άλλα pixels με τιμή 1. Ταυτόχρονα ένας άλλος ψηφιδωτός χάρτης δημιουργήθηκε χρησιμοποιώντας εικονοστοιχεία με τιμή NODATA, περιγράφοντας κτίρια και οποιαδήποτε άλλα pixels με τιμή 1. Για τον χάρτη κλίσης του εδάφους ο αλγόριθμος επεξεργάστηκε διανυσματικά δεδομένα. Ο διανυσματικός χάρτης που περιγράφει ροές νερού μετατράπηκε σε ψηφιδωτό με χωρική ανάλυση 5 m. Τα pixels που περιγράφουν το νερό έλαβαν τιμή 2. Όλα τα άλλα εικονοστοιχεία εκχωρήθηκαν με τιμή 0. Ως αποτέλεσμα, ο αλγόριθμος δημιούργησε έναν άλλο ψηφιδωτό χάρτη, όπου τα εικονοστοιχεία που περιγράφουν τα ρέματα και τις πλησιέστερες περιοχές (ζώνη επιρροής 10 m) έλαβαν τιμή 1 και τα υπόλοιπα τιμή 0. Ένα από τα τελευταία βήματα ήταν να υπολογιστεί το ψηφιδωτό ψηφιακό μοντέλου εδάφους (raster DEM) με το εργαλείο Slope από την ενσωματωμένη εργαλειοθήκη του ArcMap. Το τελευταίο υπολογισμένο χαρακτηριστικό ήταν ο λόγος NDVI από Sentinel-2 με σκοπό την ανίχνευση γυμνού εδάφους. Άντίστοιχα ψηφιδωτό χάρτης είχε δυαδικές τιμές , όπου η τιμή 1 περιγράφει pixels όπου αναγνωρίστηκε γυμνό χώμα. Αυτό το βήμα επέτρεψε στον αλγόριθμο να αποφύγει τον υπολογισμό των διαδρομών μέσω αγροτικών πεδίων ή λασπώδους περιοχής
Οι κύριοι υπολογισμοί πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο ελάχιστης διαδρομής κόστους, ο οποίος επιτρέπει στον αλγόριθμο να βρει "τη φθηνότερη" διαδρομή (την βέλτιστη διαδρομή όλων των παραλλαγών) όπως φαίνεται στην Εικόνα 1 του χάρτη κόστους. Στο πρώτο στάδιο, ο χρήστης αποφασίζει ποια βάρη πρέπει να αντιστοιχίσουν στον χάρτη κλίσης και ποιο είναι ο χάρτης πυκνότητας βλάστησης. Αυτό επιτρέπει στον αλγόριθμο να ταιριάζει με τις διαδρομές με τις δεξιότητες ή τις προτιμήσεις του χρήστη. Στη συνέχεια, ο χρήστης πρέπει να εισάγει συντεταγμένες αρχής και τελικού σημείου (σύστημα συντεταγμένων WGS 84).
Δοκιμή
Οι δοκιμές πεδίου μας επέτρεψαν επίσης να επαληθεύσουμε την ποιότητα και την ακρίβεια των δεδομένων που ελήφθησαν. Ένα μικρό ιδιωτικό καταφύγιο νότια Πολωνία στα όρη Gorce δημιουργήθηκε ως σημείο εκκίνησης και ο κεντρικός δρόμος στο Ochotnica Górna ως το τελικό σημείο. Το μονοπάτι που δημιουργήθηκε ήταν εντελώς διαφορετικό από το επίσημο (Εικόνα 2), αλλά ήταν δυνατό να το περπατήσουμε ελεύθερα. Κατά τη διάρκεια της μετακίνησης από το ένα σημείο στο άλλο, αντιμετωπίστηκαν ορισμένες δυσκολίες όπως οι υγρότοποι, οι οποίες καταγράφηκαν και συμπεριλήφθηκαν στις επόμενες εκδόσεις του αλγορίθμου.
Συμπεράσματα
Στην πρώτη έκδοση συμπεριλήφθηκαν μόνο βασικές παράμετροι, και όχι αρκετές από αυτές για να το ονομάσουμε ένα πλήρες εργαλείο. Στο μέλλον πρέπει επίσης να συμπεριληφθούν οι εποχές και η επίδραση του χιονιού, σε συνδυασμό με την ισχύουσα νομοθεσία, την ασφάλεια των χρηστών και πολλούς άλλους παράγοντες. Ένα πρόβλημα είναι η έλλειψη δυνατότητας απόκτησης πραγματικών δεδομένων διανυσματικών στοιχείων, τα οποία ήταν κρίσιμα για την επίτευξη σωστών αποτελεσμάτων. Ωστόσο, καθώς η τηλεπισκόπηση και τα συναφή πεδία αναπτύσσονται γρήγορα υπάρχει η δυνατότητα να γίνει ο αλγόριθμος ανεξάρτητος από τα διανυσματικά στοιχεία. Σε κάθε περίπτωση ο αλγόριθμος αποτελεί ένα δυνατό εργαλείο με ποικίλες δυνατότητες και πολυάριθμες εφαρμογές.
