نقشه برداری تغییرات ارتفاعی سطح با استفاده از تصاویر پهپاد فتوگرامتری بدون داده ی کنترل زمینی
چکیده:
محاسبه ی تغییرات ارتفاعی در یک منطقه معمولا با استفاده از اطلاعات کنترلی زمینی انجام میشود زیرا نیاز به اطلاعاتی هست که سیستم مختصات مربوط به هر بازهی زمانی را با یکدیگر هممرجع کند. با این حال ممکن است در یک پروژه این اطلاعات زمینی وجود نداشته باشد درنتیجه محاسبه ی تغییرات ارتفاعی در منطقه دچار چالش میشود. در این پایاننامه راهکاری دو مرحله‌ای بمنظور هم‌مرجع‌سازی ابرنقاط پهپاد‌مبنا در مناطق توام با تغییرات ارتفاعی پیشنهاد شده است. هدف از این اقدام دستیابی خودکار به نقشهی تغییرات ارتفاعی است. داده‌های این تحقیق مربوط به دو کارگاه عمرانی بوده که در آن تغییرات ارتفاعی ناشی از فعالیت‌های عمرانی رخ داده است. این تغییرات در برخی از مناطق توام با تغییرات محسوس رادیومتریکی نبوده و از این جهت راهکارهای تناظریابی تصویری را در چنین شرایطی دچار اختلال ساخته است. بدیهی است که این رخداد در مورد پدیده‌هایی همچون فرونشست و زمین‌لغزش به مراتب بیشتر خواهد بود.روش پیشنهادی، برای مرتبطسازی ابرنقاط مربوط به دو اپک بهصورت Coarse-to-Fineعمل میکند. به این صورت که ابتدا ابرنقاط سه‌بعدی در دو مقطع زمانی بطور مستقل تولید شده و برای استخراج نقاط متناظر، بکمک روش‌های عارضه‌مبنا و با بکارگیری روشی تلفیقی از توصیفگر‌های SIFT در تصاویر قائم و مدل رقومی ارتفاعی مربوط به هر اپوک، یک بردار ویژگی دارای 256 مولفه تشکیل میشود که شامل 128 مولفه ی رادیومتریکی و 128 مولفهی ارتفاعی میباشد. این نقاط متناظر مبنای مرتبطسازی اولیه ابرنقاط قرار گرفته که در مرحلهی دوم بکمک تکنیک ICP بهبود می‌یابند.در مرحلهی دوم برای حصول نتیجهی بهتر، با پالایش نقاط ورودی به الگوریتم ICP تلاش شده تا از حضور مناطق نامناسب در فرآیند مرتبطسازی دقیق جلوگیری شود. در این مرحله سه رویکرد اتخاذ شده است: 1. بدست آوردن یک حد آستانه با استفاده از هیستوگرام اختلاف ارتفاعی و تفکیک منطقه به دو بخش تغییر یافته و بدون تغییر 2. فیلتر کردن مناطق مسطح و 3. اعمال اشتراک بین مناطق بدست آمده از مرحلهی اول و دوم. مناطق انتخابشده با اعمال این فیلترها، وارد الگوریتم ICPمیشوند و پارامترهای مرتبط سازی نهایی بدست می آیند. در مرحلهی آخر از نقشهی اختلافات برای نمایش میزان تغییرات ارتفاعی در منطقه استفاده میشود. ارزیابی نتایج کسب شده در این مقاله با رویکردهایمتنوعی انجام شده است.ابتدا نتایج روش پیشنهادی با روش ICP کلاسیک و همچنین با نتایج نرمافزار CloudCompare مقایسه شده است. در رویکرد دوم، نقشه های اختلافات بدست آمده از روش پیشنهادشده و روش دستی با یکدیگر مقایسه میشوند. همچنین از شاخص آماری "نسبت اختلافات مثبت و منفی" نیز استفاده شده است. در رویکرد بعدی، نقاط متناظر انتخاب شده بصورت دستی بعنوان نقاط چک در دو ابرنقطه بکمک پارامترهای بدست آمده در مراحل مرتبطسازی تقریبی و دقیق به یکدیگر تبدیل شده و خطای باقیمانده ناشی از عدم انطباق آنها با این تبدیلات هندسی بعنوان مرجع ارزیابی انتخاب شده است. در این بخش دقت بدست آمده از شاخص RMSE و دقت بدست آمده از تکنیک LOOCV بعنوان معیار استفاده شده است. نتایج این پایان نامه نشان داد که الگوریتم ارائه شده میتواند بهصورت خودکار و با دقت خوبی میزان تغییرات ارتفاعی موجود در یک منطقه در یک بازهی زمانی مشخص را محاسبه کند.