بخشی از مقاله
خلاصه
1VGI نوعی از اطلاعات مکانی بوده که توسط عموم مردم و بصورت داوطلبانه تولید میشود. در این حالت دادههای مکانی بر خلاف روند سنتی تولید داده، توسط هر کاربر بصورت داوطلبانه تولید شده و در دسترس سایرین قرار میگیرد. مقایسه و یافتن مطابقت میان دادههای مکانی VGI و استاندارد یکی از فرآیندهای اساسی و مهم در تحلیل و بهکارگیری این دادهها میباشد.
در این تحقیق، در جهت پاسخگویی به این مسأله، روشی به منظور خودکارسازی تناظریابی میان دادههای مکانی VGI و دادههای استاندارد ارائه میشود. روش پیشنهادی با ارائهی توصیفگری جدید و متناسب با خصوصیات دادههای برداری، بدون استفاده از هرگونه اطلاعات توصیفی عوارض، فرآیند تطابق میان دادههای مکانی VGI و استاندارد را انجام میدهد. روش پیشنهادی برای یک منطقه مورد مطالعه از دادههای VGI شهر تهران پیادهسازی شده و مورد ارزیابی قرار گرفت که نتایج بیانگر قابلیت بالای این روش در تناظریابی دادههای VGI و استاندارد با کیفیت بالا میباشد.
1. مقدمه
مقایسه و یافتن مطابقت میان دادههای مکانی VGI و استاندارد یکی از فرآیندهای اساسی و مهم در تحلیل و بهکارگیری این دادهها میباشد. تحقیقات متعددی به منظور ارزیابی کیفیت دادههای مکانی VGI انجام پذیرفته است که یک بخش اصلی در اکثر آنها تعیین قسمتهای مشترک و نظیر میان دو دسته داده VGI و استاندارد جهت مقایسه و ارزیابی کیفیت میباشد. به عنوان مثال [1] از مقایسهی دادههای VGI کشور انگلستان با دادههای استاندارد، جهت تعیین کیفیت مجموعه دادههای VGI استفاده کرده است. به طور مشابه Girres و [2] Touya همین فرآیند را برای دادههای VGI و دادههای استاندارد فرانسه انجام دادهاند
. به عنوان دیگر تحقیقات مشابه میتوان به تحقیق [3] برای دادههای انگلستان، تحقیقهای [4] و [5] برای دادههای آلمان، تحقیق [6] برای دادههای ایرلند و تحقیق [7] برای دادههای یونان اشاره نمود.
علاوه بر ارزیابی کیفیت، در کاربردهای دیگری نیز تعیین مطابقت دادههای استاندارد و VGI، مورد نیاز است. برای نمونه Haklay و همکاران [8] از مطابقت دو مجموعه داده برای بررسی ارتباط بین تعداد مشارکتکنندگان و دقت دادههای VGI، استفاده کردند.
همچنین در تحقیقی دیگر Zielstra و همکاران [9] با استفاده از مطابقت دادههای VGI با دادههای استاندارد، روند توسعه دادهها در VGI را ارزیابی کردند. علاوه بر این، در بسیاری از موارد برای ارزیابی روشها، از مطابقت مجموعه داده VGI و مجموعه داده استاندارد استفاده میشود. برای مثال، ارزیابی جعبه ابزار تحلیل کیفیت ارائه شده توسط Graser و همکاران [10]، بهوسیله مطابقت و مقایسه مجموعه داده VGI و داده استاندارد اتریش برای منطقه وین انجام شد.
در تمامی تحقیقات انجام شده، تعیین مطابقت میان دادههای VGI و استاندارد به صورت دستی یا نیمه خودکار و توسط اپراتور انجام میگیرد. روشهای دستی نیاز به یک اپراتور ماهر داشته، انجام آنها بسیار زمانبر بوده و همچنین با محدودیتهای انسانی مواجه میباشند. علاوه بر این در هنگام تغییر و بهروز رسانی هر یک از مجموعه دادهها، کل فرآیند باید تکرار شود. بنابراین وجود روشهای خودکار یک نیاز اساسی و مهم برای این منظور است.
روشهای مختلفی به منظور تعیین مطابقت دادههای برداری مربوط به نقشههای استاندارد وجود دارد [11]، [12] و .[13] به عنوان مثال Mustière و [14] Devogele، یک روش تناظریابی سراسری را به منظور تعیین مطابقت میان دو نقشهی برداری استاندارد با سطوح مختلفی از جزئیات ارائه کردهاند. روش پیشنهادی آنها بر مبنای مقایسهی خصوصیات توصیفی، هندسی و همسایگی عوارض موجود در نقشه میباشد.
با وجود محاسن این روش و دیگر روشهای مشابه برای دادههای استاندارد، به دلیل ماهیت پیچیده و متفاوت دادههای VGI، این روشها برای تعیین مطابقت میان این دادهها و دادههای استاندارد مناسب نمیباشند. زیرا دقت مکانی و تنوع عوارض در قسمتهای مختلف مجموعه دادههای VGI متفاوت بوده، در صورتی که در یک نقشهی استاندارد اینگونه نیست. علاوه بر این، در دادههای VGIعموماً سازگاری هندسی میان عوارض نقشه در بسیاری از قسمتهای آن برقرار نیست
طبق بررسیهای انجام شده، تحقیقات بسیار محدودی در زمینهی تناظریابی بین یک مجموعه داده VGI و مجموعه داده استاندارد و حل مشکلات تناظریابی موجود، ارائه شدهاست. Ludwig و همکاران [16]، روشی خودکار به منظور مقایسه دادههای VGI و دادههای استاندارد Navteq مربوط به کشور آلمان ارائه کردهاند. این روش بر مبنای تعیین شباهت میان عوارض خطی با استفاده از مقایسهی طول، نام و کلاس راهها میباشد.
بر اساس این تحقیق تقریباً %60 دادههای منطقهی مورد بررسی دارای طول و نام یکسان برای یک بافر به طول 10 متر میباشند. در تحقیق دیگر Koukoletsos و همکاران [15]، یک روش تناظریابی چند مرحلهای را برای تعیین میزان کامل بودن دادههای VGI در کشور انگلستان ارائه کردهاند. این روش تناظریابی بر مبنای ترکیب قیدهای هندسی و توصیفی مربوط به راهها با استفاده از فاصله، جهت، طول و نام عوارض میباشد.
در هر دو روش بیان شده، اطلاعات توصیفی عوارض نقش اساسی در نتیجه داشته، بهطوریکه یکی از عناصر اساسی تعیین عوارض نظیر، مقیاسهی حروف مربوط به نام آنها میباشد. بنابراین کیفیت تناظریابی به شدت وابسته به صحت و کامل بودن اطلاعات توصیفی عوارض میباشد. ویژگیهای یاد شده در بسیاری از مناطق به دلیل منشأ مردمی دادههای VGI برقرار نیست. بنابراین ارائه یک روش تناظریابی مستقل از اطلاعات توصیفی عوارض و متناسب با خصوصیات دادههای VGI، یک مسألهی اساسی است.
در این تحقیق، روشی به منظور خودکارسازی تناظریابی میان دادههای مکانی VGI و دادههای استاندارد ارائه میشود. روش پیشنهادی با ارائهی توصیفگری جدید و متناسب با خصوصیات دادههای برداری، بدون استفاده از هرگونه اطلاعات توصیفی عوارض، فرآیند تطابق میان دادههای مکانی VGI و استاندارد را انجام میدهد.
2. روش پیشنهادی
روش پیشنهادی مطابق شکل 1، از دو قسمت اصلی تشکیل شدهاست. در مرحلهی اول فرآیند تطابق نقطهای به منظور انجام مطابقت اولیه و حذف قسمتهای غیرمشترک میان دو دسته داده انجام میشود. برای این منظور توصیفگری جدید با عنوان توصیفگر LORD ارائه شده که مبتنی بر موقعیت و جهت عوارض خطی میباشد. بعد از انجام فرآیند تناظریابی نقطهای و تعیین مطابقت اولیه میان دو دسته داده در مرحله دوم روش پیشنهادی، به منظور حذف اشتباهات احتمالی، یک روش تطابق قطعهای1 مبتنی بر خطوط انجام میگیرد. در ادامه این بخش، جزئیات هر یک از این مراحل تشریح میشود.
شکل -1 مراحل اصلی روش تطابق دادههای VGI و استاندارد
-1-2 توصیفگر LORD
در این تحقیق توصیفگری جدید با عنوان »توصیفگر چرخشی مکان-جهت«1 که به اختصار LORD نامیده میشود، ارائه شده است. این توصیفگر به منظور افزایش تمایز و قابلیت آن در تناظریابی، از جهت عوارض خطی بهره گرفته و همچنین به منظور پایداری در برابر دوران و خطاهای موقعیتی کوچک، از یک ساختار چرخشی2 استفاده میکند. در ادامه جزئیات این توصیفگر تشریح میشود.
توصیفگر LORD یک توصیفگر سه بعدی از موقعیت و جهت پیکسلهای لبه بوده که در یک ساختار چرخشی ایجاد میشود. ساختار توصیفگر به صورت یک ساختار قطبی متشکل از 1 Ns 1 - - Nr قسمت میباشد که در آن Nr تعداد تقسیم بندیهای توصیفگر برای فاصله و Ns نیز تعداد تقسیم بندیها برای زاویه میباشد. تعداد جهتهای در نظر گرفته شده برای هیستوگرام هر قسمت نیز برابر No میباشد. بنابراین توصیفگر نهایی به صورت یک بردار با nd [ - Nr 1 - Ns 1] No مؤلفه میباشد.
فرآیند ایجاد توصیفگر LORD در شکل 2 نشان داده شده است. مطابق این شکل برای هر عارضه یک ناحیهی دایرهای شکل، مطابق با ساختار توصیفگر LORD، انتخاب شده و موقعیت و جهت پیکسلهای عوارض خطی واقع در آن در نظر گرفته میشود - شکل -2الف-ج - . در ادامه هر پیکسل واقع در ناحیهی اطراف عارضه با استفاده از یک تابع گوسین با انحراف معیار وزندهی میشود - شکل -2د - .
هدف از این وزندهی کاهش اثر پیکسلهایی بوده که در فاصلهی دورتری از پیکسل مرکزی قرار دارند. سپس هیستوگرام نهایی توصیفگر LORD بر اساس موقعیت و جهت پیکسلهای وزندهی شده، ایجاد میشود - شکل -2ه - . در واقع هر ستون از هیستوگرام مربوط به یک جهت مشخص از یک قسمت مشخص بوده و با استفاده از مجوع مقدار وزندهی شدهی پیکسلهایی که در آن جهت و قسمت مربوطه قرار دارند، برآورد میشود.
شکل -2 روند ایجاد توصیفگر LORD، الف - نایحه اطراف عارضه در داده برداری، ب - ناحیه اطراف عارضه در داده رستری، ج - جهت عوارض، د - تابع گوسین برای وزندهی، ه - هیستوگرام توصیفگر نهایی
به منظور اجتناب از اثرات مرز میان قسمتها، از یک الگوی دورانی استفاده شده و برای هر عارضه به جای یک توصیفگر، چهار توصیفگر ایجاد میشود. برای این منظور مبدأ زاویه در ایجاد ساختار توصیفگر LORD و همچنین مبدأ هیستوگرام جهت مربوط به هر قسمت، به اندازه نصف محدودهی مربوطه تغییر داده میشود. بدین ترتیب هر توصیفگر LORD متشکل از چهار زیر-توصیفگر میباشد که هر کدام از آنها مطابق با یکی از ساختارها ایجاد شده است.
