به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت
جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه

automatic detection

در نشریات گروه منابع طبیعی
تکرار جستجوی کلیدواژه automatic detection در نشریات گروه کشاورزی
تکرار جستجوی کلیدواژه automatic detection در مقالات مجلات علمی
  • کورش شیرانی*، سینا صلحی، فاطمه نعمت اللهی
    پیشینه و هدف

     لندفرم به هر عارضه فیزیکی سطح زمین با ساختار و شکل قابل تشخیص اطلاق می شود. عناصر لندفرمی و ساختارهای وابسته به فرم که بر روی سطح زمین قرار دارند، به صورت مستقیم و یا غیر مسیتقیم بسیاری از متغیرهای محیطی دیگر را کنترل می کنند. نمایش عددی سطح و الگوی ناهموار زمین، موضوعی مشترک در مطالعات جغرافیایی، ژیومورفولوژیکی، نقشه کشی مخاطرات زمین و ژیوفیزیک و همچنین اکتشافات کف دریا است. ترکیب علوم زمین و کامپیوتر به همراه ریاضیات و مهندسی ژیومورفومتری در تعامل با لندفرم های گسسته و پیوسته قرار دارد. ژیومورفومتری به حدود 150 سال قبل و کارهای الکساندر فون همبلت و زمین ریخت شناسان برمی گردد و امروزه با انقلاب در علوم کامپیوتر و خصوصا مدل های رقومی کامپیوتری به شدت در حال توسعه است. تشخیص و طبقه بندی لندفرم ها یکی از اهداف توسعه دهندگان GIS، محققین علوم زمین و ژیومورفولوژیست ها است. در این مسیر، انتظار می رود که استخراج این واحدها با سرعت و دقت بیشتری انجام گرفته و نتایج به صورت نقشه های برداری و رستری ارایه گردد. رویکردهای موجود عمدتا بر اساس ارتفاع، مشتق سطح زمین، گرادیان، انحنا، جهت جریان، موقعیت شیب، نمایه های مورفومتریکی و مواردی از این قبیل قرار دارد. همچنین به چالش تناسب مقیاس تشخیصی با مقیاس لندفرمی کمتر توجه شده و بیشتر مدل ها دارای این نقیصه هستند. از طرف دیگر به امکان برداری سازی نتایج خروجی از  مدل ها و همچنین به تحلیل حساسیت و پاسخ زمانی الگوریتم ها به پردازش های ماشینی کمتر توجه شده است. در این پژوهش با استفاده از الگوریتم های پایه ای آنالیز رستری و کدنویسی، روش ها و الگوریتم های جدیدی در تشخیص خودکار عوارض زمین ارایه گردیده است. همچنین آنالیز های رستری از نوع کانونی (Focal) مورد تاکید قرار گرفته است و از تکنیک پنجره متحرک به منظور پیاده سازی الگوریتم ها استفاده شده است. مواجه با چالش مقیاس، آنالیز حساسیت و پاسخ الگوریتم ها به تغییرات ورودی و نیز ارزیابی صحت نیز از جنبه های دیگری است که در این پژوهش به آن پرداخته شده است.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش از داده های ارتفاعی سطحی (DSM) منتشر شده توسط آژانس فضایی ژاپن در ماه می و اکتبر 2015 با رزولوشن افقی در حدود 30 متر برای بررسی توپوگرافی منطقه، مورد استفاده قرار گرفت. این داده ها از تصاویر ماهواره ALOS به دست آمده است. این پایگاه بر اساس داده های DSM (نسخه شبکه 5 متری) توپوگرافی سه بعدی از جمله دقیق ترین داده های ارتفاعی در مقیاس جهانی به دست آمده است. مدل رقومی ارتفاعی در محیط کدنویسی پایتون به ساختار ماتریسی تبدیل شد. سپس ساختار آنالیز رستری با استفاده از تکنیک پنجره متحرک پیاده سازی گردید. الگوریتم پنجره متحرک به صورتی کدنویسی شد که ابعاد پنجره متحرک به صورت آزاد قابل تعیین و تغییر باشد. متناسب با اندازه پنجره متحرک، الگوریتم مواجه با اثر حاشیه ای کدنویسی گردید تا تصحیح و سازماندهی اثر حاشیه ای متناسب با اندازه پنجره متحرک، به صورت خودکار انجام گیرد. در گام بعدی سه الگوریتم تشخیص درجه شباهت به قلل در ساختارهای شبکه رستری تک باند با استفاده از مدل سازی الگوهای کرنلی انجام گرفت. هر سه الگوریتم قابلیت انطباق با تغییرات اندازه پنجره متحرک را داراست که از نقاط قوت این سه الگوریتم به حساب می آید. ابعاد سلول های شبکه رستری و اندازه پنجره متحرک، فاکتورهای تغییر مقیاس در هر یک از این سه الگوریتم هستند. در نهایت حساسیت سنجی زمانی هر یک از این سه الگوریتم به نسبت تغییرات اندازه پنجره متحرک، تغییرات دقت مکانی شبکه رستری و تغییرات وسعت شبکه رستری انجام گرفت. تمامی پروسه به صورتی طراحی گردید که به سادگی قابلیت به کارگیری در یک نرم افزار رسمی را داشته باشد و به طور کامل با ساختار پردازش ماشینی هماهنگی و سازگاری داشته باشد در ضمن اتوماتیک بودن و قابلیت اجرا بر روی پلاتفرم های مختلف نیز از اولویت های ما در این بخش مورد نظر قرار داشت.

    نتایج و بحث

    در تشخیص خودکار قلل و خط الراس ها با استفاده از مدل رقومی زمین، از آنالیز الگوی مکانی کرنل استفاده شد. در این راستا سه الگوریتم پیشنهادی در این زمینه طراحی، طرح بندی، کدنویسی و اجرا گردید. نتایج خروجی از هر یک از الگوریتم ها به صورت ساختار های رستری و برداری ارایه شد. ارزیابی صحت و حساسیت سنجی به نسبت تغییرات اندازه پنجره متحرک، رزولوشن و وسعت شبکه رستری برای هر یک از الگوریتم ها انجام گرفت. الگوریتم MLMSR، در ابعاد پایین تر پنجره متحرک تمایل به تفکیک باینری داشته، در صورتی که الگوریتم های CMLSR و SPSR اینگونه عمل نمی کنند. در تمامی الگوریتم ها، افزایش ابعاد پنجره متحرک باعث کلی سازی نتایج و حذف جزییات می گردد. الگوریتم های CMLSR و SPSR به دلیل درجه استدراج بیشتر در تفکیک عوارض، برای مقاصد کارتوگرافیکی و نمایشی مناسب تر هستند. از لحاظ عملکرد زمانی یا حساسیت به تغییرات ورودی، الگوریتم SPSR عملکرد بهتری از خود نشان می دهد. این موضوع خصوصا در مواردی که حجم فایل ورودی پرحجم و تعداد سطر و ستون ها زیاد باشد، اهمیت بیشتری خواهد داشت. با توجه به نتایج اعتبارسنجی و ارزیابی صحت، الگوریتم MLMSR و سپس SPSR عملکرد بهتری داشته اند و الگوریتم CMLSR به نسبت سایر روش ها عملکرد ضعیف تری از خود نشان داده است. در طراحی و اجرای تمامی الگوریتم ها و نیز در بخش حساسیت سنجی و اعتبارسنجی، به طور گسترده از زبان برنامه نویسی پایتون استفاده شده است و مجموعا بیش از 500 خط کدنویسی بدین منظور انجام گرفت. تمامی الگوریتم ها به طور خودکار بوده و با استفاده از پردازش ماشینی قادر به اجرا و ذخیره سازی نتایج به فرمت رستر و بردار می باشند.

    نتیجه گیری

     نتایج نشان می دهد که الگوریتم MLMSR، در ابعاد پایین تر پنجره متحرک تمایل به تفکیک باینری داشته، در صورتی که الگوریتم های CMLSR و SPSR اینگونه عمل نمی کنند. در تمامی الگوریتم ها، افزایش ابعاد پنجره متحرک باعث کلی سازی نتایج و حذف جزییات می گردد. الگوریتم های CMLSR و SPSR به دلیل درجه استدراج بیشتر در تفکیک عوارض، برای مقاصد کارتوگرافیکی و نمایشی مناسب تر هستند. از لحاظ عملکرد زمانی یا حساسیت به تغییرات ورودی، الگوریتم SPSR عملکرد بهتری از خود نشان می دهد. این موضوع خصوصا در مواردی که حجم فایل ورودی پرحجم و تعداد سطر و ستون ها زیاد باشد، اهمیت بیشتری خواهد داشت. با توجه به نتایج اعتبارسنجی و ارزیابی صحت، الگوریتم MLMSR و سپس SPSR عملکرد بهتری داشته اند و الگوریتم CMLSR به نسبت سایر روش ها عملکرد ضعیف تری از خود نشان داده است.

    کلید واژگان: کرنل، الگوی همسایگی، تشخیص خودکار، خط الراس
    Kourosh Shirani *, Sina Solhi, Fatemeh Nematolahi
    Background and Objective

     Landform refers to any physical feature of the surface with a recognizable structure and shape. Landform elements and structural forms of the terrain surface could, directly and indirectly, drive many other environmental variables. Numerical representation of the surface and uneven pattern of the earth is a common topic in geographical, geomorphological, geological, and geophysical hazard mapping as well as sea-bed exploration. The combination of the earth and computer science with mathematics and geomorphometric engineering interacts with discrete and continuous landforms. Geomorphometry dates back to about 150 years ago and the work of Alexander von Humboldt and geomorphologists, and today with the revolution in computer science and especially digital computer models is developing rapidly. Detection and classification of landforms are of interest to GIS developers, geoscientists, and geomorphometry researchers. In this way, the desired work units are extracted with higher speed and accuracy and used in the form of vector and raster maps. Existing approaches are mainly based on height, terrain derivative, gradient, curvature, flow direction, slope position, morphometric indices, and the like. Also, less attention has been paid to the challenge of matching the diagnostic scale with the Landform scale, and most models have this shortcoming. On the other hand, less attention has been paid to the possibility of vectorization output results and also to the analysis of sensitivity and temporal response algorithms to machine processing. In this research, we attempted to recover and resolve the mentioned shortcoming and problems in the previous works. In this research, using basic algorithms of raster analysis and coding, new methods and algorithms for the automatic detection of landforms have been developed. Focal raster analysis is also emphasized and the moving window technique is used to implement the algorithms. Facing the scale challenge, sensitivity analysis, and the response algorithms to input changes as well as accuracy assessment are other aspects that have been addressed in this research.

    Materials and Methods

     In this study, the Digital Surface Model (DSM) published by the Japan Space Agency in May and October 2015 with a horizontal resolution of about 30 meters was used to work on the topography of the region. These data are obtained from ALOS satellite images. This database is based on DSM data (5m network version) 3D topography, one of the most accurate elevation data on a global scale. The digital elevation model was transformed into a matrix structure using a Python coding environment. Then, raster analysis was implemented using the moving window technique. The moving window algorithm was coded in a way that the dimensions of the moving window could be freely determined and changed. In proportion to the size of the moving window, some adaptive algorithms are implemented to automatically correct and organize the edge effect in proportion to the size of the moving window. In this study, automatic landform detection was performed using spatial analysis of kernel patterns in the raster grid of digital elevation models and the results were presented in the form of three algorithms applied in the detection of topographic peaks and ridges. These algorithms include Multilevel Mean Summit Recognition Algorithm (MLMSR), Complex Multilevel Summit Recognition Algorithm (CMLSR), and Single Point Summit Recognition (SPSR). Each of these three algorithms was first conceptually designed and then coded and executed using the Python programming language. In the next step, the sources of error and specific scenarios of the algorithms were examined. The sensitivity of each algorithm related to the dimensions of the moving window, the resolution, and the size of the raster file, was evaluated, and finally, the accuracy and validation of the three models, using reference layers that were manually prepared and plotted, were assessed. All the procedures were designed in a way that could easily be implemented in an official software and were completely compatible with the structure of machinery processing. Also, being automatic and working on different platforms where one of our priorities.

    Results and Discussion

     In the automatic detection of peaks and ridges using a digital terrain model, kernel spatial pattern analysis was used. In this regard, three proposed algorithms in this field were designed, coded, and executed. The output results of each of the algorithms were presented in the form of a raster and vector data model. Accuracy and sensitivity assessments were performed by considering changes in moving window size, resolution, and raster grid size (row x column) for each of the algorithms. The MLMSR algorithm tends to be in a more binary result in the lower dimensions of the moving window, while the CMLSR and SPSR algorithms do not. In all algorithms, increasing the size of the moving window causes a more generalization ratio. CMLSR and SPSR algorithms are more suitable for cartographic and visual purposes due to the higher degree of grading in the results. Regarding the temporal performance (Runtime) or sensitivity to input changes, the SPSR algorithm performs better. This is especially important when the input file size (number of rows and columns) is large. According to the results of validation and accuracy evaluation, MLMSR and SPSR had better performance than, the CMLSR algorithm. Python programming language has been widely used in the design and implementation of all algorithms, as well as in the field of sensitivity evaluation and validation. Totally more than 500 lines of codes were done for this purpose. All algorithms are automated and are able to execute and store results in raster and vector format using machine processing.

    Conclusion

     The results show that the MLMSR algorithm in smaller dimensions of the moving window is tending to more binary results, which is problematic in some graphical and cartographic applications, but the CMLSR and SPSR algorithms showed more gradual trends in their outputs and so, they performed better in this respect. Researchers who intend to study and develop in this field are advised to focus on adaptive algorithms and optimize the dimensions of the moving window in relation to the volume of input information and so, in this way, they increase the flexibility of algorithms in relation to input changes.

    Keywords: Kernel, Neighborhood pattern, Automatic detection, Ridgeline
نکته
  • نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
  • کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال