بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این تحقیق ارائه یک روش جدید به منظور ارزیابی میزان تخریب ناشی از زلزله با استفاده از تصویر ماهوارهای بعد از زلزله به همرا ه نقشه قبل از زلزله میباشد. روش بهکار برده شده در این تحقیق شامل 5 مرحله اصلی میباشد، مرحله پیشپردازش، که شامل هممختصات کردن نقشه قبل از زلزله و تصویر ماهوارهای بعد از زلزله میباشد. در ادامه استخراج توصیفگرهای بافتی، سپس استخراج ناحیه ساختمانی، این مرحله با کمک اطلاعات هم مختصات شده تصویر و نقشه، تمامی نقاط ساختمانها از نقشه بر روی تصویر نگاشت میشود.
پس از استخراج ناحیه ساختمانی، طبقهبندی تصویر ماهوارهای با استفاده از روش ماشین بردار پشتیبان انجام میشود. و در نهایت ارزیابی تخریب در چهار سطح تخریب بررسی میشود. در این مقاله، تصویر ماهوارهای شهر پرتوپرینس، پایتخت هایتی، پس از زلزله 2010 استفاده شده است. نقشه تخریب به دست آمده، توانایی روش پیشنهادی در تولید نقشه تخریب با استفاده از تصویر ماهوارهای بعد از زلزله را نشان میدهد.
-1 مقدمه
وقوع حوادث و بلایای طبیعی را میتوان از مهمترین دغدغهها و نگرانیهای زندگی بشر به خصوص مردم کشورهای در حال توسعه دانست. بر اساس آمارهای منتشر شده از سوی سازمانهای جهانی، طی 20 سال گذشته بیش از 3 میلیون نفر در اثر بلایای طبیعی در جهان جان خود را از دست داده و زندگی بیش از یک میلیارد نفر را تحت تأثیر قرار داده است. در این بین شاید بتوان زلزله را به عنوان غمانگیز و مخوفترین مخاطره طبیعی قلمداد کرد؛ به ویژه این که تعداد زیادی از کشورهای جهان سوم در معرض آن قرار دارند. وجود شکستها وگسلها در بلوکهای قارهای از جمله عواملی هستند که در امتداد آنها انرژیهای درون ساخت آزاد میشود و به همین خاطر در مجاورت آنها معمولاً زمین لرزههای شدیدی صورت میگیرد.
متاسفانه، در دو دهه اخیر زلزلههای مرگبار زیادی در کشورهای مختلف اتفاق افتاده است. یکی از بزرگترین زلزلههای قرن 21 زلزله هایتی بود که در 12 ژانویه 2010 با بزرگی 7 ریشتر در هایتی اتفاق افتاد . در ایران نیز، متاسفانه، شاهد زلزله های مرگبار زیادی مانند زلزله سال 1382 بم[1]، زلزله سال 1392 آذربایجان شرقی بودهایم که باعث کشتهشدن تعداد زیادی از هموطنان شدهاند. بر خلاف پیشرفت های بسیار، بشر هنوز نتوانسته است روشی صحیح و کارآمد به منظور پیشبینی بههنگام زلزله ارائه دهد.
بنابراین، پاسخ اضطراری سریع و دقیق پس از وقوع زلزله نقشمهمی در کاهش تعداد مرگ و میر میباشد. از جمله اطلاعاتی که به مدیران بحران در کاهش خسارات کمک میکند نقشه تخریب است. نقشه تخریب در هدایت تیمهای امداد و نجات پس از بحران تا حد زیادی میتواند در کاهش تعداد مرگ و میر مفید باشد. از مهمترین منابع مورد استفاده که برای اخذ اطلاعات از منطقه آسیب دیده مورد استفاده قرار میگیرد میتوان به تصاویر ماهوارهای، تصاویر هوایی، دادههای لیدار و تصاویر زمینی اشاره کرد.
-2 مروری بر تحقیقات گذشته
[1]استفاده از مدل سیستم استنتاج عصبی-فازی تطبیقی1 به منظور تعیین ساختمان تخریب شده. در روش به کار برده شده تصویر ماهوارهای با توان تفکیک مکانی بالا، سنجنده Quick Bird و لایه برداری ساختمان قبل از وقوع زلزله مورد استفاده قرار گرفته است. در این مقاله پیکسلها به دو کلاس سالم و آوار با استفاده از روش طبقه-بندی بیشترین شباهت دستهبندی شدهاند. صحت کلی در این تحقیق %92 میباشد. و کلاسها با استفاده از مدل ANFIS به دسته آسیب ندیده، تخریب سنگین، و ویران دسته بندی شدهاند.
[2]در این مقاله با استفاده از تصویر ماهوارهای بعد از زلزله و نقشه قبل از زلزله به تعیین ساختمانهای تخریب شده در زلزله آذربیجان پرداخته شده است. پیکسلهای ساختمانها با دو روش بیشترین شباهت و شبکه عصبی برای دو گروه سالم و آسیب دیده ردهبندی شدند. پلیگونها به سه ردهی تخریب بالای %70 تخریب بین %30 تا 70% و تخریب زیر %30 اقدام گردید. [3]با استفاده از نقشه قبل از زلزله و داده لیدار بعد از زلزله به تعیین ساختمانهای تخریبشده پس از زلزله سال 2010 هایتی پرداخت.
در این روش از طبقه بندی داده لیدار به روش ماشین بردار پشتیبان برای شناسایی ساختمانهای تخریب شده استفاده شد که صحت کلی 91/59 درصد و ضریب کاپا برابر با %71/61 گزارش شده است. [4]استفاده از جفت تصاویر استریو با قدرت تفکیک بالا سنجنده آیکونوس2قبل و بعد از وقوع زلزله سال 2008 شهر ونشوان3، چین، به دو روش جهت تهیه نقشه تخریب اقدام کرده است. در روش اول، ساختمانهای تخریب شده از اختلاف ارتفاع گوشه های ساختمان در جفت تصویر استریو قبل و بعد شناسایی میشوند.
در روش دوم، محدوده تخریب ساختمانها از تفاوت مدلهای رقومی ارتفاعی بدست آمده از زوج تصاویر قبل و بعد از زلزله به دست می آید. در تحقیق دیگری، [5] استفاده از نقشه قبل از زلزله و استخراج عوارض طیفی و بافتی از تصاویر ماهوارهای بعد به تعیین ساختمانهای تخریب شده در بم پرداخته است. [6] با تولید مدل رقومی سطحُ - DSM - قبل و بعد از زلزله با استفاده از عکسهای هوایی رقومی قبل و بعد از زلزله و محاسبه اختلاف آنها نسبت به تشخیص ساختمانهای تخریب شده ناشی از زلزله سال 2007 شهر نیگاتا-چیوتسوِ، ژاپن،اقدام کرده است. [7] با به کار بردن تصاویر ماهوارهای کویک بردّ قبل و بعد از زلزله در بم نقشه تخریب ساختمانها پس از زلزله را بدست آورده است.
در این روش، برای برآورد میزان تخریب ساختمانها از سیستم استنتاج فازی و بر مبنای اطلاعات ساختاری و آنالیز شکل ساختمانها ساختمانهای تخریب شده تشخیص داده شدند.
روشهای تعیین ساختمان تخریب شده به دو صورت تفسیر بصری و اتوماتیک تقسیمبندی میشود. تفسیر بصری توسط یک اپراتور انسانی در مورد میزان تخریب تصمیمگیری صورت میگیرد. بنابراین، حرفهای بودن اپراتور در کار با تصویر، اعتمادپذیری و دقت نقشه تخریب را افزایش میدهد.
ولی این روش به دلیل زمانبر بودن آن در مواقع اضطرار باعث شده تا محققان علاقه کمتری به این روش نشان دهند. روش اتوماتیک، این روش بر اساس پردازش اتوماتیک اطلاعات توسط کامپیوتر صورت میگیرد. در روشهای اتوماتیک تهیه نقشه تخریب معمولا ممکن است تنها بر اساس اطلاعات بعد از زلزله نسبت به تهیه نقشه تخریب اقدام میشود که از الگوریتمهای طبقه بندی برای این منظور استفاده میشود.
در برخی مواقع از اطلاعات قبل از زلزله نیز به عنوان اطلاعات کمکی به منظور مقایسه اطلاعات بعد از زلزله با اطلاعات قبل استفاده میشود. روشهایی که از اطلاعات قبل و بعد از زلزله استفاده میشود روشهای آشکارسازی تغییرات مینامند. در این مقاله، یک الگوریتم به منظور تولید اتوماتیک نقشه تخریب ساختمانها با استفاده از اطلاعات بافتی تصویر ماهوارهای بعد از زلزله و نقشه قبل از زلزله ارائه شده است.
-3 روش پیشنهادی
در این تحقیق روشی برای تعیین میزان تخریب ناشی از زلزله، با استفاده از تصویر ماهوارهای بعد از زلزله با قدرت تفکیک بالا و نقشه ارائه و پیاده سازی شده است. در روش پیشنهادی، پس از انجام پیش پردازشهای لازم بر روی تصویر ماهوارهای بعد از زلزله، توصیفگرهای بافتی از تصویر استخراج میشوند. در مرحله بعد، با استفاده از لایه ساختمانها که از نقشه بدست می آید نواحی مربوط به ساختمانها از تصویر ماهوارهای و توصیفگرها استخراج می-شود. در ادامه، نقاط داخل این ناحیه، با روش طبقه بندی ماشین بردار پشتیبان7 به دو کلاس آوار و سالم طبقه بندی میشوند. در نهایت بر اساس مساحت کلاس آوار هر ساختمان، با در نظر گرفتن چهار سطح تخریب نقشه تخریب تولید میشود.
