Terrain Feature Recognition Through Structural Pattern Recognition, Knowledge-Based Systems, and Geomorphometric Techniques
Από RemoteSensing Wiki
Terrain Feature Recognition Through Structural Pattern Recognition, Knowledge-Based Systems, and Geomorphometric Techniques
ΣΥΓΓΡΑΦΕΑΣ: Dr. Demetre P. Argialas
ΠΗΓΗ:http://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-642-60105-7_7
Εισαγωγή
Ανάλυση εδάφους είναι η συστηματική μελέτη των στοιχείων της εικόνας που σχετίζονται με τη φύση, προέλευση, μορφολογική ιστορία και τη σύνθεση των διακριτών μονάδων που ονομάζονται γεωμορφές. Γεωμορφές είναι μονάδες φυσικού εδάφους οι οποίες, όταν αναπτύσσονται κάτω από παρόμοιες συνθήκες κλίματος, καιρικές συνθήκες και διάβρωση, εμφανίζουν διακριτό και προβλέψιμο εύρος των οπτικών και φυσικών χαρακτηριστικών τους. Τα στοιχεία που εξετάστηκαν περιλαμβάνουν τοπογραφική μορφή, μορφές αποστράγγισης, χρήσεις γης, βλάστηση, και ειδικά χαρακτηριστικά. Έχει μεγάλη εφαρμογή σε έργα πολιτικών μηχανικών, επιστήμες του εδάφους, περιβαλλοντική καταγραφή και χαρτογράφηση, σε γεωργικές εφαρμογές, στον τομέα της γεωλογίας, και μοντελοποίηση κινδύνου.
Η ανάλυση εδάφους μπορεί να είναι χρονοβόρα και δαπανηρή διαδικασία. θα μπορούσε να βρει άμεση εφαρμογή στην αυτοματοποίηση αυτής της διαδικασίας με την ανάπτυξη διαδραστικών συστημάτων με τη βοήθεια υπολογιστή. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι γεωμορφές και τα συστήματα απορροής, είναι ζωτικής σημασίας και και χρήζουν ειδικής ανάλυσης με Γεωμορφομετρικές τεχνικές.
Αυτό το άρθρο αναφέρεται σε διάφορες ερευνητικές προσπάθειες, που η καθεμία έχει παράξει ένα πρωτότυπο, πρακτικό πρότυπο υπολογιστικό σύστημα που εφαρμόζεται για την ερμηνεία του εδάφους. Το πρώτο είναι η υπολογιστική περιγραφή και ο προσδιορισμός των μορφών αποστράγγισης, μέσω διαρθρωτικών σχεδίων αναγνώρισης. Η δεύτερη χρησιμοποιεί μια ποικιλία μεθόδων και εργαλείων ειδικού συστήματος με την κατασκευή πρωτότυπων εμπειρικών συστημάτων που θα βγάλει συμπεράσματα για τα φυσιογραφικά στοιχεία και τη μορφολογία από τις παρατηρήσεις των χρηστών των δεικτών τους. Η τρίτη προσπάθεια αναπτύσσει μια έκταση εικαστικού λεξιλογίου μέσα από ένα Macintosh-based σύστημα υπερμέσων που αποτελείται από αλληλοσυνδεόμενους ορισμούς, γραφικών εικόνων και αεροφωτογραφιών, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ταυτόχρονα με τα έμπειρα συστήματα για να βοηθήσει αρχάριους διερμηνείς στη χρήση τέτοιων συστημάτων. Η τέταρτη προσπάθεια αναπτύσσει μια Γεωμορφομετρική μεθοδολογία για την ταξινόμηση των GTOPO30 ψηφιακών μοντέλων εδάφους σε τρεις κατηγορίες φυσιογραφικών χαρακτηριστικών και για την αναγνώριση, εκπροσώπηση και ταξινόμηση των ορεινών αντικειμένων.
Αναγνώριση μορφών αποστράγγιστης
Δομές/μορφές αποστράγγισης είναι η διαμόρφωση ή το σχήμα ενός συνόλου παραποτάμων μέσα σε ένα υδρογραφικό δίκτυο, τα οποία συνδέονται με την τοπογραφική μορφή, τη χρήση της γης, τον τύπο του εδάφους, τον τύπο πετρωμάτων, λιθολογικό τύπο και γεωλογική δομή. Τα σχέδια αποστράγγισης που χρησιμοποιούνται σε γεωλογία, γεωμορφολογία, και τηλεπισκόπηση, είναι χρήσιμα για την αναγνώριση των γεωμορφών και δομών της περιοχής. Η ταξινόμηση του υπολογιστή των μορφών αυτών είναι χρήσιμη για την τυποποίηση και αυτοματοποίηση της ταξινόμησης των υφών και των δομών που εμφανίζονται σε τηλεπισκοπικές απεικονίσεις.
Οι Argialas και Ρούσσος ανέπτυξαν ένα πρωτότυπο σύστημα λογισμικού για τον εντοπισμό μορφών αποστράγγισης από μια προσέγγιση δομικού σχεδίου αναγνώρισης, το Drainage Pattern Analysis (DPA). Στο πλαίσιο αναγνώρισης αποστραγγιστικών δομών, περιλαμβάνονται ο σχεδιασμός εννοιολογικών μοντέλων και τα αντίστοιχα αριθμητικά τους μοντέλα, καθώς και ο σχεδιασμός μιας στρατηγικής κατάταξης. Η ιεραρχία δομής αποστράγγισης αποτελείται από σημασιολογικά αντικείμενα και κόμβους. Μια λίστα χαρακτηριστικών έχει σχεδιαστεί και επισυνάπτεται σε κάθε κόμβο της ιεραρχίας αντικειμένων, με τη μορφή ενός σχεσιακού πίνακα, για να χαρακτηριστεί το αντικείμενο αυτού του κόμβου. Το συμπέρασμα είναι ότι η αναγνώριση των διαρθρωτικών μοτίβων παρέχει ένα επίσημο πλαίσιο για την περιγραφή της δομής των προτύπων μορφών αποστράγγισης.
Γνώση βασισμένη στην ερμηνεία της μορφής της γης
Οι πρόοδοι στα έμπειρα συστήματα έχουν δείξει ότι μπορούν να συλλάβουν τη δομή της γνώσης και τα καθήκοντα στην τηλεπισκόπηση σε πολλούς τομείς. Η προσέγγιση εμπειρικών συστημάτων για την επίλυση προβλημάτων υλοποιήθηκε με κανόνες παραγωγής που περιλαμβάνουν ανακριβείς συλλογισμούς και ασαφή σύνολα. Τα συστήματα που περιγράφονται ονομάστηκαν Εμπειρική Ανάλυση Εδάφους (TAX-1, 2, 3, 4, 5).
Γνώση βασισμένη σε φυσιογραφική ανάλυση
Σε όλες τις προηγούμενες προσπάθειες για την κατασκευή συστημάτων εδάφους που σχετίζονται με το πρωτότυπο των εμπειρογνωμόνων, η γνώση που σχετίζονται με τη φυσιογραφική περιοχή ενός τόπου δεν εκπροσωπήθηκε και χρησιμοποιείται ρητώς. Είναι ωστόσο προφανές ότι ο φωτοερμηνευτής αποφασίζει για τη μορφή της γης που μελετάται πρώτη και εκτελεί ένα είδος φυσιογραφικής ανάλυσης και το σκεπτικό, έτσι ώστε να δημιουργηθούν λογικές υποθέσεις των πιθανών γεωμορφών του τόπου. Αυτό το είδος ονομάζεται φυσιογραφικό συλλογιστικό πλαίσιο . Από την άλλη πλευρά, εάν ο φωτοερμηνευτής έχει ήδη εντοπίσει μία μορφή της γης, τότε αυτός είναι σε θέση να δημιουργήσει φυσιογραφικές υποθέσεις της περιοχής και, κατά συνέπεια, να καθοδηγείται για να ερμηνεύσει επιπλέον γεωμορφές από χωρικές ενώσεις . Οι Argialas και Μηλιαρέσης ανέπτυξαν ένα επίσημο εννοιολογικό πλαίσιο για την εκπροσώπηση των φυσιογραφικών και χωρικών στοιχείων μέσα σε ένα έμπειρο σύστημα. Στην τρέχουσα μελέτη παρουσιάζεται η περίπτωση Basin & Range της ΝΔ ΗΠΑ. Η αναπαράσταση γνώσης περιλαμβάνει τα τυπικά φυσιογραφικά στοιχεία της επαρχίας (Great Basin and Sonoran Desert) και τις τυπικές γεωμορφές του Piemont. Τα συστήματα που χρησιμοποιούνται σ’ αυτή την ανάλυση είναι τα: (TAX-4) και (TAX-5) συστήματα τα οποία καθοδηγούν τον χρήστη να δημιουργήσει υποθέσεις σχετικά με τους τύπους των φυσιογραφικών περιοχών με βάση τους δείκτες τους και να προτείνει λογικές υποθέσεις για να ερευνηθούν οι γεωμορφές. Στις τάξεις περιλαμβάνονται υποκλάσεις, έτσι ώστε πρόσθετα επίπεδα λεπτομέρειας να περιγραφούν μόνο στις υποκατηγορίες. Περιγράφοντας τις κατηγορίες με υποκατηγορίες δόθηκε πρόσβαση σε μια ιεραρχική αναπαράσταση των εννοιών και των αντικείμενων. Πραγματοποιήθηκε αρχικά ορισμός αντικειμένων ή ιεραρχίας αντικειμένων, ενώ στη συνέχεια αναπτύχθηκε κανόνας-βάσης για την αναπαράσταση της στρατηγικής γνώσεων που απαιτούνται για την συναγωγή μιας φυσιογραφικής περιοχής από τους δείκτες της. Συγκεκριμένα για την περιοχή Basin & Range, συναντά κανείς διάβρωση σε διαφορετικά στάδια, στην μεν Great Basin απαντά νεανικό στάδιο διάβρωσης, στη δε Sonoran Desert, επικρατεί το στάδιο ωριμότητας. Ακολουθεί ανάπτυξη κανόνα βάσης για την εκπροσώπηση της στρατηγικής (επαγωγική) γνώσης που απαιτείται για τη χωρική συλλογιστική που περιλαμβάνει τρεις ξεχωριστές πτυχές:
- 1. ταυτοποίηση γεωμορφής μέσω χωρικής συσχέτισης,
- 2. επαλήθευση γεωμορφής από χωρική συσχέτιση
- 3. υποθέσεις τυποποίησης γεωμορφών με χωρική σύνδεση.
Συμπεράσματα
Με τη διαδικασία αναγνωρίζονται με επιτυχία οκτώ τύποι μορφών αποστράγγισης. Πρέπει να γίνει επέκταση ώστε να συμπεριλαμβάνονται περισσότερα στοιχεία των μορφών αποστράγγισης, ώστε να ενσωματωθούν τα 3D χαρακτηριστικά που προέρχονται από αρχεία DEM. Τα πρωτότυπα σύστημα Terrain Analysis εμπειρογνωμόνων αφορούν στον εντοπισμό, σύλληψη, και αναπαράσταση της γνώσης που σχετίζονται με γεωμορφές, τοπογραφικές μορφές, φυσιογραφικά χαρακτηριστικά, και φυσιογραφικές περιοχές. Επιτυγχάνεται η σύλληψη μιας σειράς από έννοιες, οι οποίες είναι ίσως τα πιο σημαντικά εργαλεία που είναι διαθέσιμα για την οργάνωση των βάσεων γνώσης, τόσο σε θεωρητικό όσο και σε υπολογιστικό επίπεδο. Τα ΤΑΧ συστήματα πρέπει να επεκταθούν, έτσι ώστε να αντιπροσωπεύουν τις γνώσεις που σχετίζονται με τις πρόσθετες βοηθητικές πληροφορίες, συμπεριλαμβανομένων των υφισταμένων χαρτών, που χρησιμοποιούνται συχνά κατά τη διάρκεια ερμηνείας του εδάφους (π.χ., περιφερειακό γεωλογικό περιβάλλον, δομική και τεκτονική γεωλογία, εδαφολογικά δεδομένα και χάρτες, χάρτες χρήσεων/καλύψεων γης, κα.). Οι καλές συνδέσεις θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην κατηγοριοποίηση εννοιών που σχετίζονται με το έδαφος.
