شناسايی و بازسازی سه‌بعدی ساختمان‌های شهری با استفاده از تصاوير هوايی رقومی و داده‌های ليدار

تحقيق حاضر به شناسايی و بازسازی سه‌بعدی ساختمان‌ها به‌عنوان يکی از مهم‌ترین عوارض شهری با استفاده از تصاوير هوايی رقومی و داده‌های ليدار پرداخته است. در اين راستا به طراحی، پياده‌سازی و ارزيابی روش‌هايی به‌منظور شناسايی ساختمان‌ها از ميان عوارض مختلف شهری و بازسازی سه‌بعدی آن‌ها اقدام گرديده است. در اين تحقيق به‌منظور شناسايی ساختمان‌ها از سيستم استنتاج نوروفازی انطباق‌پذير استفاده گرديد. به‌گونه‌ای که، ابتدا تعدادی توصيفگر اوليه بالقوه‌ای که انتظار می‌رفت در شناسايی ساختمان‌ها مؤثر باشند، انتخاب گشته و به‌تبع آن تعدادی داده آموزشی از اين لايه‌ها اخذ گرديد. با وارد نمودن داده‌های آموزشی به الگوريتم خوشه‌بندی فازی پارامترهای توابع عضويت مقدم تعيين گشت و طی فرآيند آموزش، مقادير نهايی اين پارامترها بدست آمده و کلاس ساختمان‌ها شناسايی شد. سپس با پيشنهاد يک روش فازی- ¬¬مبنا و استفاده از توابع عضويت آموزش ديده بدست آمده از سيستم استنتاج نوروفازی انطباق‌پذير و داده‌های آموزشی اخذشده از لايه‌های توصيفگر، قانون فازي آتش‌شده برای هر داده آموزشی استخراج گشت. قوانين فازی بدست آمده به‌ صورت ماتريسی که تنها دارای مقادير صفر و يک است به‌عنوان ورودی الگوريتم مجموعه‌های زبر استفاده شدند. درنهايت با کاهش ابعاد اطلاعات، قوانين مهم و مؤثر شناسايی، استخراج گشتند و توصيفگرهايی که در قوانين با ميزان اهميت بالا حضور داشتند به عنوان توصيفگرهای بهينه انتخاب شدند. جهت ارزيابی روند پيشنهادی، شناسايی ساختمان‌ها بار ديگر با استفاده از مقادير آموزشی لايه‌های توصيفگر بهينه انجام گرديد و مورد ارزيابی قرار گرفت که نشان از بهبود 10% دقت کلی شناسايی داشت. در اين تحقيق برای بازسازی مدل سه‌بعدی ساختمان‌ها ابتدا با طراحی فرآيندی، نتايج شناسايی بهبود يافت. سپس با توجه به نوع سقف ساختمان که می‌تواند مسطح يا شيب‌دار باشد، استراتژی متفاوتی طراحی، پياده‌سازی و ارزيابی بيان گشت. سقف‌های شيب‌دار با شناسايی لبه‌های صفحات از طريق علامت‌گذاری مناطق تغيير جهت شيب در روی سقف از يکديگر تفکيک شدند. صفحات مجاور با برچسب‌گذاری صفحات تفکيک‌شده و اسکن سطر به سطر و ستون به ستون قطعات برچسب‌خورده شناسايي شدند. مدل‌سازی صفحات سقف نيازمند استخراج نقاط گوشه‌ای آن‌ها بود که در صورت داشتن ساختار Hip از محاسبه تقاطع سه صفحه مجاور و در صورت داشتن ساختار Gable از محاسبه مختصات محل تقاطع خطوط فصل مشترک صفحات مجاور با مرز صفحات مذکور، بدست آمدند. درحالی‌که در سقف‌های مسطح، صفحات با بررسی ميزان تغيير شيب از يکديگر جدا شدند و برای بدست آوردن دقيق‌تر صفحات از اعمال شرط محدوده موردقبول بر روی‌داده‌های فاصله‌سنجی ليدار و يا تصوير درجه خاکستری هوايي -که تصحيحات قائم روی آن صورت گرفته است- بهره گرفته شد. نقاط گوشه‌ای ابتدا با استفاده از الگوريتم رديابی مرز با رمزهای زنجيره‌ای استخراج گرديد و سپس طی چند مرحله پردازش نقاط اضافی که در شکل صفحات بی‌تأثير بودند، حذف گشتند. با شناسايي صفحات مجاور و قرار دادن صحيح آن‌ها در کنار يکديگر با حذف گپ و تقاطع ميان آن‌ها، نقاط گوشه‌ای نهايي صفحات بدست آمد و صفحات سقفی مدل‌سازی گشتند. پس از مدل‌سازی سقف ساختمان با شناسايي نقاطی در کف ساختمان، ديوارها مدل‌سازی شده و با اتصال آن‌ها به مدل ايجادشده برای سقف، مدل نهايي ساختمان ايجاد گرديد. نتايج روند پيشنهادی توسط ISPRS به صورت مسطحاتی و ارتفاعی مورد ارزيابی قرار گرفت که بررسی‌ها نشان از 3/0 متر دقت ارتفاعی، 6/0 متر دقت مسحطاتی، 73.5% تماميت و 100% صحت در شناسايی و بازسازی صفحات داشت. مقايسه نتايج روند پيشنهادی با ديگر روش‌های موجود در سايت ISPRS نشان از عملکرد بسيار خوب و توانايي بالای اين روند در بازسازی سه‌بعدی ساختمان‌ها داشت. زيرا باوجود آن‌که در بسياری از روش‌های ارائه‌شده فرض گشته که مرز صفحات به‌صورت دستی از تصاوير هوايي و يا داده‌های ليدار استخراج گشته‌اند، بازهم دقت روند پيشنهادی جز چند روش برتر بوده و به بهترين نتايج، بسيار نزديک می‌باشد.