Ο Ρολος Της Τεχνητης Νοημοσυνης Για Τον Προσδιορισμο Διογκουμενων Εδαφων Με Χρηση Δορυφορικων Εικονων Και Αεροφωτογραφιων
Από RemoteSensing Wiki
Συγγραφείς
Abdullah M. Al-garni, Assistant Professor, King Shaud University, College of Engineering, Civil Engineering Department, Surveying Engineering Program
Πηγή
Role of artificial intelligence in identifying engineering expansive soils using satellite imagery and aerial photographs
Σκοπός της Εφαρμογής
Αντικείμενο της παρούσης εργασίας είναι η ενσωμάτωση δεδομένων από δορυφορικές εικόνες, αεροφωτογραφίες και εδαφικά εργαστήρια για τη δημιουργία μιας ευφυούς διαδραστικής εδαφικής βάσης δεδομένων (I2SDB). H βάση δεδομένων αυτή προορίζεται για συμβουλευτικούς σκοπούς από πολιτικούς μηχανικούς σε πρωτογενείς έρευνες τοποθεσιών. Το I2SDB είναι εξειδικευμένη βάση δεδομένων η οποία έχει τη δυνατότητα να ταξινομεί βασικούς τύπους εδαφών. Το σύστημα ελέγχθηκε και βρέθηκε να είναι πρακτικό και επακριβές.
Εισαγωγή
Σε πολλά μέρη του κόσμου έργα υποδομής αστοχούν λόγω του τύπου του εδάφους το οποίο υποστηρίζει τις κατασκευές αυτές. Οι περισσότερες τοποθεσίες διερευνούνται με εργαστηριακούς τρόπους οι οποίοι όμως δεν μπορεί να είναι αντιπροσωπευτικοί για μεγάλες περιοχές και για το λόγο αυτό αναπτύχθηκαν φθηνότερα και πιο αντιπροσωπευτικά εργαλεία για τη διερεύνηση του εδάφους εκτεταμένων περιοχών. Οι αεροφωτογραφίες και οι τηλεπισκοπικές απεικονίσεις είναι υποψήφια εργαλεία για το σκοπό αυτό υποστηριζόμενα πάντα από εργαστηριακές μελέτες. Έγινε προσπάθεια να δημιουργηθεί ένα σύστημα τεχνητής νοημοσύνης το οποίο θα είναι εύχρηστο και δεν θα απαιτεί εξειδικευμένες γνώσεις τηλεπισκόπησης για συμβουλευτικούς σκοπούς.
Ανάπτυξη του συστήματος
Το σύστημα περιλαμβάνει πέντε φάσεις ανάπτυξης:
- Προσδιορισμός του προβλήματος
Η δημιουργία δηλαδή μιας βάσης δεδομένων η οποία να μπορεί να προσφέρει τις απαραίτητες πληροφορίες στο χρήστη ακόμη και αν αυτός δεν είναι ειδικός επί του θέματος.
- Απόκτηση δεδομένων
Ως περιοχή μελέτης επιλέχθηκε το Tabouk της Σαουδικής Αραβίας για το οποίο βρέθηκαν οι απαραίτητες πληροφορίες όπως χάρτες, αεροφωτογραφίες, δορυφορικές εικόνες και σημεία ελέγχου.
- Προετοιμασία δεδομένων
Εφαρμόσθηκαν χειροκίνητες αλλά και αυτόματες μέθοδοι ερμηνείας των εικόνων όπως απλή φωτοερμηνεία με παράλληλη χρήση χαρτών αλλά και αυτόματες μέθοδοι ταξινόμησης έτσι ώστε οι πληροφορίες να μπορούν να κωδικοποιηθούν για να εισαχθούν στη βάση δεδομένων.
- Παρουσίαση δεδομένων
Η βάση δεδομένων οργανώθηκε με βάση τις κλάσεις, τα χαρακτηριστικά και τις διάφορες περιπτώσεις έτσι ώστε να είναι εύκολα προσβάσιμη και να σχετίζεται με τον τρόπο αναζήτησης των χρηστών. Οι κλάσεις ήταν οι γεωμορφές και τα χαρακτηριστικά οι τοπογραφία, η υγρασία, ο τόνος, η βλάστηση κ.α.
- Έλεγχος συστήματος
Η πρώτη φάση ελέγχου περιελάμβανε τη διόρθωση του συστήματος και η δεύτερη την αξιολόγηση αυτού με βάση τη σύγκριση αυτού με κάποιο συγκεκριμένο επίπεδο αναφοράς (πχ. Εμπειρογνώμονας).
Εφαρμογή του συστήματος
Τα βασικά στοιχεία του συστήματος περιλαμβάνουν τα δεδομένα εισαγωγής, το συμπερασματικό μηχανισμό, τη διαδραστικότητα του χρήστη, την εξαγωγή και τα μοντέλα ανατροφοδότησης τα οποία αλληλεπιδρούν.
Ως δειγματική περιοχή στη συγκεκριμένη εργασία επιλέχθηκε το Tabouk της Σαουδικής Αραβίας το οποίο έχει σοβαρότατα προβλήματα διογκούμενων εδαφών όταν αυτά έρχονται σε επαφή με το νερό λόγω του κακού συστήματος αποστράγγισης της περιοχής. Στη συγκεκριμένη μελέτη η περιοχή χωρίστηκε σε 4 τμήματα τα 2 από τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για την απόκτηση των δεδομένων και τα άλλα 2 για την εφαρμογή του συστήματος.
Απόκτηση και προετοιμασία δεδομένων
Οι δορυφορικές εικόνες που χρησιμοποιήθηκαν ήταν LANDSAT TM του 1990 και 1993 οι οποίες βελτιώθηκαν με διαδικασίες όπως ισοστάθμιση ιστογράμματος (histogram equalization) και δημιουργήθηκαν έγχρωμα σύνθετα με τα κανάλια RGB από τα οποία επιλέχθηκαν οι συνδυασμοί αυτών που διασφάλιζαν το μεγαλύτερο διαχωρισμό των χαρακτηριστικών. Έπειτα έγιναν οι διαδικασίες της επιβλεπόμενης και μη επιβλεπόμενης ταξινόμησης των εικόνων αυτών. Επίσης πάρθηκαν και δείγματα εδάφους και εξετάστηκαν στο εργαστήριο για να προσδιοριστούν όλες τους οι ιδιότητες τα οποία χρησιμοποιήθηκαν και για ταυτοποίηση οντοτήτων στην μη επιβλεπόμενη ταξινόμηση. Τα δεδομένα που συγκεντρώθηκαν και από τις εικόνες αλλά και από τις εργαστηριακές μετρήσεις προετοιμάστηκαν για κωδικοποίηση έτσι ώστε να εισαχθούν στη βάση με ποσοτικοποιημένη μορφή.
Αποτελέσματα
Με βάση τα αποτελέσματα και των εικόνων αλλά και των εργαστηριακών μετρήσεων το έδαφος ταξινομήθηκε σε άμμο, πηλό και άργιλο και βρέθηκε ότι η περιοχή Α έχει μεγαλύτερο ποσοστό σε πηλό από απ’ ότι η Β αλλά η περιοχή Α υποβάλλεται σε μεγαλύτερη διόγκωση λόγω της παρουσίας του ορυκτού Μοντμοριλονίτη. Το ορυκτό αυτό οδηγεί στη διόγκωση των εδαφών κάτω από ορισμένες καιρικές συνθήκες και με την παρουσία νερού. Επίσης πιστοποιήθηκε μια συσχέτιση μεταξύ των διογκώσιμων εδαφών που προσδιορίστηκαν με εργαστηριακές μετρήσεις και αυτών από την ερμηνεία των δορυφορικών εικόνων. Έτσι είναι δυνατόν μέσω της ερμηνείας των δορυφορικών εικόνων και της εισαγωγής στο σύστημα I2SDB να προσδιοριστούν οι διογκώσιμες συμπεριφορές των εδαφών.
Το σύστημα I2SDB περιλαμβάνει πολλές συστάσεις καθεμιά εκ των οποίων λειτουργεί ως καθοδήγηση για τους Μηχανικούς για το πώς να μεταχειρίζονται περιοχές ανάλογα με το βαθμό επικινδυνότητας των υποκείμενων εδαφών.
Συμπεράσματα
Tα αποτελέσματα που προέκυψαν απευθείας από το σύστημα αλλά και αυτά που προέκυψαν από κάποιον ειδικό χωρίς τη χρήση του συστήματος είναι συμβατά κατά 85%, ποσοστό που αποδεικνύει την επιτυχία στη λειτουργία του συστήματος για συμβουλευτικούς σκοπούς για διογκώσιμα εδάφη και σε άλλες περιοχές.
Το σύστημα βρέθηκε να είναι επακριβές για ταυτοποίηση σχιστολιθικών και αμμώδη πετρώματα τα οποία είναι κύριες θέσεις δημιουργίας διογκώσιμων εδαφών. Οι δορυφορικές εικόνες και οι αεροφωτογραφίες παίζουν σπουδαίο ρόλο στη διαδικασία της ταυτοποίησης. Το σύστημα έχει περιθώρια επέκτασης έτσι ώστε να μπορεί να περιέχει και λεπτομερείς μεθόδους σχεδιασμού για διάφορα υπόβαθρα ανάλογα με το είδος των εδαφών, του μεγέθους των κατασκευών και τις καιρικές συνθήκες.
