آشکارسازی تغییرات ساخت وساز مناطق مسکونی با استفاده از محصولات فتوگرامتری

سابقه و هدف: شناسایی تغییرات یکی از کاربردهای تصاویر و داده های سنجش از دور و فتوگرامتری، با سابقه ای بیش از چهار دهه در حوزه های گوناگون نظامی و غیرنظامی، برای اهداف و عوارض گوناگون است که در مدیریت شهری، مدیریت بحران، پایش منابع طبیعی، تامین امنیت و حکمرانی دولت ها نقش مهمی ایفا می کند. پایش و کنترل تغییرات در محدوده و حریم شهرها، به ویژه در مواجهه با تغییر کاربری غیرمجاز زمین، از ضروری ترین نیازهای مدیریت شهری است. روش های کلاسیک، به رغم سادگی و دردسترس بودن، به دلیل محدودیت های دقت و سرعت و جامعیت، کارآیی لازم را ندارند. در مقابل، اجرای روش های جدید مبتنی بر یادگیری عمیق، مانند شبکه های عصبی نیز به دلیل مشکلات آماده سازی داده های آموزشی، زمان بر و هزینه بربودن و نیازداشتن به منابع محاسباتی و سخت افزاری قدرتمند، با چالش هایی همراه است. این مقاله، با هدف مطرح کردن فرایندی تقریبا سریع، کم هزینه و دارای دقت بالا برای شناسایی و آشکارسازی تغییرات در مناطق مسکونی، انجام شد.مواد و روش ها: هدف از طرح فرایند پیشنهادی برطرف کردن محدودیت های روش های پیشین، مبتنی بر استفاده از محصولات فتوگرامتری، شامل مدل رقومی سطح (DSM) و تصاویر ارتوفتوموزائیک و اعمال فیلترهای گوناگون روی آن هاست. داده های ورودی، با دقت های مسطحاتی و ارتفاعی بهتر از ۳۰ سانتی متر، تهیه شده و امکان شناسایی ساختمان هایی را که در طول زمان دچار تغییرات شده اند، فراهم می کنند. فرایند پیشنهادی شامل تولید مدل رقومی اختلاف (DDM) از تفریق مدل رقومی سطح دوزمانه است که این مدل، تغییرات ارتفاعی را در دو جهت مثبت و منفی، نمایش می دهد. سپس با اعمال حدهای آستانه ارتفاع و مساحت، همراه با چند مرحله فیلترگذاری روی داده ورودی، اهداف اولیه استخراج می شوند. برای اینکه خطای شناسایی ناشی از وجود عوارضی نظیر سایه ها، پوشش گیاهی و خودروها کاهش یابد، تصاویر ارتوفتوموزائیک با استفاده از الگوریتم های هوشمند، طبقه بندی می شود و به مدل رقومی اختلاف، اعمال می شود. این مرحله تاثیر عوارض مزاحم را کاهش می دهد و به استخراج اهداف نهایی منجر می شود.نتایج و بحث: برای ارزیابی عملکرد فرایند پیشنهادی، دو منطقه مطالعاتی در استان یزد، یک منطقه دارای بافت شهری ساده و دیگری دارای بافت شهری پیچیده، انتخاب شد. داده ها شامل تصاویر ارتوفتوموزائیک، با اندازه پیکسل ۱۰ سانتی متر، برای هر دو منطقه مطالعاتی می شود. مدل های رقومی سطح نیز به ترتیب، دارای اندازه پیکسل ۴۰ و ۱۰ سانتی متر است. شایان ذکر است که فاصله زمانی تهیه داده ها، برای منطقه مطالعاتی اول، برابر با دو ماه و در منطقه مطالعاتی دوم، سه سال است. نتایج اجرای فرایند پیشنهادی، در منطقه مطالعاتی اول، با دقت کلی بیش از %۹۰ و در منطقه دوم، با دقت کلی بیش از %۸۳ به دست آمد. تعیین مقادیر بهینه برای حدهای آستانه ارتفاع و مساحت و مقادیر فیلترها، به نحوی که به بالا ترین دقت برسند، ازطریق فرایند آزمون وخطا و با تعریف رخدادهای گوناگون و بررسی و شمارش دقیق تعداد اهداف صحیح، اهداف جاافتاده و اهداف اشتباه، انجام شد. تحلیل و ارزیابی فرایند پیشنهادی نشان می دهد که اعمال فیلترهای مناسب، در چهار مرحله، دقت کلی الگوریتم را تا بیش از %۳۰ افزایش داده است.نتیجه گیری: فرایند پیشنهادی بسیار تحت تاثیر منطقه مطالعاتی و مقادیر حد آستانه متناسب با بافت شهری آن قرار دارد. با وجود این محدودیت، روش مطرح شده به دلیل هزینه کمتر و سرعت بالاتر، در قیاس با دیگر روش ها، امکان اجرایی گسترده ای در منطقه های مشابه با مناطق مورد مطالعه دارد. همچنین نتایج این مقاله نشان می دهد که این فرایند، به علت دقت بالا و نتایج مورد قبول، می تواند به منزله ابزاری کارآمد در حوزه مدیریت شهری و پایش تغییرات مجاز و غیرمجاز، بهره برداری شود و در بهبود فرایندهای تصمیم گیری در این زمینه، موثر باشد و نیازهای آن به کنترل حریم شهری را به خوبی برطرف کند. درمورد دیگر مناطقی که بافت متفاوتی با مناطق مطرح شده در این مقاله دارند، مقادیر بهینه باید با روشی مشابه، درمورد مولفه های اجرایی و حدهای آستانه، محاسبه شود.

کلیدواژه ها:

شناسایی تغییرات ، مدل رقومی سطح ، ساخت وساز غیرمجاز ، محصولات فتوگرامتری ، مدیریت شهری