Φασματομετρία και υπερφασματική τηλεπισκόπηση για και την αξιολόγηση της οδικής κεντρικής γραμμής και της κατάστασης του οδοστρώματος

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 15:43, 31 Ιανουαρίου 2019

Φασματομετρία και υπερφασματική τηλεπισκόπηση για και την αξιολόγηση της οδικής κεντρικής γραμμής (άξονας της οδού) και της κατάστασης του οδοστρώματος''

Πρότυπος τίτλος: Spectrometry and hyperspectral remote sensing for road centerline extraction and evaluation of pavement condition

Συγγραφέας : Val Noronha, Martin Herold, Dar Roberts, Meg Gardner

Λέξεις κλειδιά: τηλεπισκόπηση, AVARIS,IKONOS

Πηγή

Εισαγωγή

Η τηλεπισκόπηση βοηθάει στον εντοπισμό του κεντρικού άξονα της οδού. Η χωρική ανάλυση είναι κεντρική, οι φωτογραφίες που χρησιμοποιούνται είναι της τάξης των 30μ ενώ οι αεροφωτογραφίες έχουν ανάλυση +/- 30εκ και είναι κατάλληλες ακόμα και για τον εντοπισμό περιουσιακών στοιχείων. Η υψηλή φασματική ανάλυση μπορεί συχνά να αντισταθμίσει τις ανεπάρκειες στη χωρική ανάλυση, ιδιαίτερα όσον αφορά την αυτοματοποιημένη εξαγωγή. Το κόστος της τηλεπισκόπησης εξαρτάται από την πυκνότητα των οδών της περιοχής αλλά και από την προσβασιμότητα της. Η αποτελεσμάτικότητα της τηλεπισκόπησης εξαρτάται από τα εμπόδια που δυσκολεύουν τη διάκριση των όμορων αντικειμένων. Στους αγροτικούς δρόμους τα εμπόδια μπορεί να είναι η πυκνή βλάστηση και τα σύννεφα ενώ σε αστικούς δρόμους τα εμπόδια συνήθως είναι διάφορα τεχνητά έργα και οι πολυκατοικίες που έχουν φασματικές ιδιότητες ίδιες με αυτές των δρόμων. Είναι χρήσιμο για αυτή την έρευνα να δημιουργηθεί μια βιβλιοθήκη στην οποία θα γίνεται διάκριση όλων των αστικών υλικών. Η συγκεκριμένη έρευνα επικεντρώνεται σε υπερφασματικά δεδομένα και ανάλυση. Το φασματόμετρο απεικόνισης 224 ζωνών αερόπλων ορατών / υπερύθρων (AVIRIS) του Εργαστηρίου Προώθησης Αεριωθούμενων Αερομεταφορών (AVIRIS) πραγματοποίησε μια σειρά ετήσιων αποστολών σε τμήματα της πόλης της Σάντα Μπάρμπαρα, παρέχοντας αξιόπιστα δεδομένα για τουλάχιστον τρία έτη. Επίσης, καταγράφηκαν περισσότερα από 6.000 επιπλέον φάσματα σημείων με ένα φασματόμετρο πεδίου.

Μεθοδολογία

Δεδομένα Τηλεπισκόπησης: Η μελέτη χρησιμοποίησε δεδομένα τηλεπισκόπησης από την AVIRIS που αποκτήθηκαν στις 9 Ιουνίου 2000. Τα δεδομένα έχουν χωρική ανάλυση περίπου 4 μέτρων (αρχική ανάλυση AVIRIS χαμηλού υψομέτρου ~ 3,6 μ.).Ο αισθητήρας AVIRIS αποτελείται από 224 μεμονωμένες ζώνες με εύρος ζώνης ~ 10 nm καλύπτοντας ένα φασματικό εύρος από 350 έως 2500 nm . Τα δεδομένα υποβλήθηκαν σε επεξεργασία από το Jet (JPL) στην Πασαντένα και στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Σάντα Μπάρμπαρα (UCSB) για την μείωση των γεωμετρικών παραμορφώσεων λόγω έντονου αναγλύφου. Για την προσαρμογή των δεδομένων χρειάστηκε να γίνει γεωαναφορά αυτών. Λόγω της ατμοσφαιρικής μόλυνσης, ο αριθμός των ζωνών AVIRIS μειώθηκαν σε 180, με τις ζώνες 1-7, 105-119, 152-169, 221-224 να αποκλείονται από την ανάλυση. Οι πολυφασματικές ζώνες των δεδομένων της IKONOS προσομοιώθηκαν από τα δεδομένα AVIRIS για λεπτομερή ανάλυση των περιορισμών των αισθητήρων σε όρους φασματικής ανάλυσης. Το τελικό σύνολο δεδομένων τηλεπισκόπησης που χρησιμοποιήθηκε στην ανάλυση είναι μια σκηνή AVIRIS με 180 ζώνες, μια σκηνή IKONOS που προσομοιώνεται από την AVIRIS και ψηφιδωτό IKONOS επτά διαφορετικών εικόνων που απεικονίζουν τη νότια ακτή της Σάντα Μπάρμπαρα, με χωρική ανάλυση 4 μέτρων. Δεδομένα Αναφοράς Εδάφους: Τα φάσματα πεδίου αποκτήθηκαν με φασματοφωτόμετρο πλήρους εμβέλειας το οποίο ερευνά μια φασματική περιοχή 350-2500 nm. Το όργανο χρησιμοποιεί τρεις ανιχνευτές που καλύπτουν το ορατό και κοντά στην υπέρυθρη ακτινοβολία (VNIR) και την εγγύς υπέρυθρη ακτινοβολία (SWIR1 και SWIR2), με διάστημα φασματικής δειγματοληψίας 1,4 nm για τον ανιχνευτή VNIR και 2,0 nm για SWIR ανιχνευτές. Ανάλυση αστικής φασματικής βιβλιοθήκης: Στην έρευνα παρουσιάζονται δύο σχήματα που δείχνουν ένα γενικό φασματικό σχήμα αυξανόμενης ανάκλασης για μεγαλύτερα μήκη κύματος και με κορυφή ανάκλασης στο SWIR. Οι δρόμοι σκυροδέματος και χαλικιών έχουν την υψηλότερη ανάκλαση ενώ οι χώροι στάθμευσης έχουν τη χαμηλότερη τιμή σε ολόκληρη τη φασματική περιοχή. Η πίσσα, το γκρίζο κεραμίδι και τα βότσαλα παρουσιάζουν τη χαμηλότερη ανάκλαση με μικρά χαρακτηριστικά απορρόφησης στο SWIR και έχουν φασματική υπογραφή παρόμοια με εκείνη των δρόμων ασφάλτου. Το δεύτερο σχήμα δείχνει την ηλικία του δρόμου καθώς οι νέες επιφάνειες ασφάλτου έχουν χαμηλή ανακλαστικότητα. Ανάλυση Δεδομένων τηλεπισκόπησης: Η ανάλυση της φασματικής βιβλιοθήκης έχει δείξει ομοιότητα μεταξύ στοιχείων του δρόμου και στοιχείων των οροφών των πολυκατοικιών. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να δημιουργούνται προβλήματα στη χαρτογράφηση δρόμων και οδών σε αστικό περιβάλλον λόγω της φασματικής σύγχυσης τους με συγκεκριμένους τύπους στέγης. Η αντικειμενοστρεφής κατάτμηση και ταξινόμηση εικόνων με το λογισμικό eCognition εφαρμόστηκε στο IKONOS μωσαϊκό επτά ξεχωριστών εικόνων που καλύπτουν ολόκληρη την αστική περιοχή της Σάντα Μπάρμπαρα. Επιπλέον, στην έρευνα παρουσιάζονται εικόνες που συγκρίνουν τα αποτελέσματα της ταξινόμησης με ένα σύνθετο υλικό ψευδών χρωμάτων Η ακρίβεια της οδικής χαρτογράφησης είναι 64% και θεωρείται ικανοποιητική για τη χαμηλή φασματική ανάλυση του αισθητήρα IKONOS. Μετά την ταξινόμηση τα δεδομένα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για το σχηματισμό των οδικών αξόνων. Η διαδικασία παρουσιάζεται στην εικόνα.

Εικόνα 1.Σχηματισμός οδικών αξόνων

Αποτελέσματα

Συμπεράσματα Έρευνας: Τα δεδομένα AVIRIS είναι επιτυχημένα, αλλά όχι τέλεια για αστικές χρήσεις και υπάρχει φασματική σύγχυση μεταξύ ορισμένων τύπων ασφάλτου και υλικών στέγης. Η έρευνα αυτή μπορεί να προσεγγίσει την ηλικία του οδοστρώματος καθώς και το υλικό του. Η επιτυχία της τηλεπισκόπησης εξαρτάται από οικονομικούς παράγοντες.Οι αεροφωτογραφίες μεγάλης διακριτικής ικανότητας που έχουν μεγαλύτερη ανάλυση είναι συνήθως και οι πιο ακριβές.