بخشی از مقاله
چکیده :
تولید مدل های رقومی زمین در مناطق جنگلی حایز اهمیت فراوانی است امروزه تکنولوژی رو به رشد لیزر اسکن هوایی به دلیل قدرت نفوذ بازگشت لیزر در پوشش گیاهی برای تهیه مدل رقومی زمین به خصوص در مناطق جنگلی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. تولید مدل رقومی زمین با داده های لیدار شامل دو مرحله فیلتر کردن و درونیابی می باشد. تا کنون الگوریتم های فراوانی برای فیلتر کردن خودکار داده های لیزر اسکن طراحی شده است که الگوریتم فیلتر کردن شیب مبنا یکی از موثرترین آنهاست. در این تحقیق با اجرای الگوریتم شیب مبنا بر روی ابر نقاط با چهار آستانه شیب ، ، و و پس از محاسبه خطاهای نوع اول، نوع دوم و مجموع بهترین آستانه شیب 22 درجه شناخته شد. در این صورت با اعمال این شیب نقاط زمینی از غیر زمینی به خوبی جدا شدند و سپس نقاط غیر زمینی حذف گردید. در آخر با درونیابی نقاط زمینی مدل رقومی زمین تولید شد.
واژههای کلیدی : لیزر اسکن هوایی، فیلتر کردن، الگوریتم شیب مبنا، مدل رقومی زمین
-1 مقدمه
تولید مدل های رقومی زمین در مناطق جنگلی حایز اهمیت فراوانی است. این مدل می تواند مبنای برنامه ریزی های مدیریت جنگل، طراحی شبکه جاده های جنگلی و بهره برداری چوب آلات جنگلی باشد.[1] در تولید مدل های رقومی زمین از داده های مختلفی از جمله نقشه برداری زمینی، لیدار، عکس های هوایی و تصاویر ماهواره ای استفاده میشود، هر چند در مناطق جنگلی با توجه به حجم پوشش گیاهی تعداد کمی از این منابع می تواند کارآمد باشد. نقشهبرداری زمینی در مناطق جنگلی بسیار هزینه بر است و جوابگوی مناطق وسیع نمی باشد، در عکس برداری هوایی نیز بهدلیل آنکه نیاز به همپوشانی 60 درصد و حداکثر 80 درصد عکس ها وجود دارد و از طرفی تراکم تاج درختان بالاست، تولید مدل رقومی به آسانی امکانپذیر نمیباشد.[ 2] در تصاویر ماهواره ای به دیلی قدرت تفکیک مکانی کمتر، تشخیص و جداسازی نقاط زمینی به خصوص برای توده های جنگلی متراکم بسیار دشوار است.
در این میان داده های لیدار به دلیل قدرت نفوذ آن به راحتی میتواند در تاج پوشش گیاهی نفوذ کند و اطلاعات ارتفاعی از سطح زمین را فراهم سازد. بازگشت های آخر که از هر سیستم لیدار ثبت می شود می تواند در جمع آوری نقاط متعلق به زمین نقش اساسی را ایفا کند. مطالعات گذشته نشان می دهد تولید مدل رقومی زمین از داده های لیدار شامل دو مرحله می باشد مرحله اول فیلتر کردن نقاط یعنی جداسازی نقاط زمینی از غیر زمینی و مرحله دوم درونیابی نقاط فیلتر شده می باشد. فیلتر کردن داده های لیدار از مهمترین مراحل تولید مدل رقومی زمین می باشد. در سالهای اخیر فیلترهای به کار برده شده بر روی داده های لیدار جهت جداسازی نقاط زمینی و غیر زمینی تحت دسته بندیهای مختلفی قرار گرفتند .[3]
-2 پیشینه تحقیق
در زیر به بررسی تحقیقات انجام شده در زمینه جداسازی نقاط لیدار پرداخته شده استکراوس1 و فایفر2 در سال 1998، برای حذف درختان در یک جنگل، یک سطح را بر روی ابر نقاط لیدار برازش دادند و به وسیله یک الگوریتم تکراری کمترین مربعات، نقاط بالای این سطح برازش شده را تا حد امکان کاهش دادند [.4]اکسِسن3 در سال 2000 ، نقاط زمینی را از نقاط شی به وسیله یک حد آستانه وابسته تکراری - Iterative Threshold-Dependent - متراکم از یک شبکه نامنظم مثلثی - TIN - جداسازی کرد .[5] تانگ4 و همکاران در سال 2008 روشی برای جدا سازی نقاط زمینی از پالس ثانویه ارائه کردند، در این روش با در نظر گرفتن اختلاف ارتفاع بین پالس ثانویه و اولیه به عنوان حد آستانه توانسته اند تا حدودی نقاط زمینی را از نقاط پالس ثانویه استخراج کنند اما با توجه به شیب ناشی از زمین بیشتر پوشش گیاهی نزدیک به زمین طبق این حد آستانه حذف نمیشوند و برای حذف آنها می بایست از معیار تنوع ارتفاعی - Height Variation - استفاده کرد، از آن جایی که سیستم لیدار علاوه بر ثبت پالس اولیه و ثانویه توانایی ثبت پالس تکی را دارد.
در این روش روشی برای استخراج نقاط زمینی از نقاط پالس تکی نیز ارائه شده است به این ترتیب که نتایج حاصل از دو فیلترینگ قبل را در یک صفحه صاف قرار می دهیم و سپس نقاط پالس تکی را به صفحه صاف تصویر می کنیم و در نهایت اختلاف ارتفاع بین نقاط پالس تکی و نقاط حاصل را محاسبه می کنیم، حال اگر اختلاف ارتفاع نقاط کوچکتر از حد آستانه تعریف شده باشدمی توان نقطه پالس تکی مربوطه را به عنوان نقطه زمینی در نظر بگیریم، سپس نقاط بهدست آمده از این فیلترینگ را با نقاط بدست آمده از دو فیلترینگ اول ترکیب کرده و با استفاده از آنها میتوان مدل رقومی زمین را تولید کرد .[6] عزیزی در سال 1392 اقدام به تولید مدل رقومی زمین در مناطق جنگلی گلستان با استفاده از فیلتر شیب مبنا برای استخراج جاده های جنگلی نمود. با استفاده از فیلتر شیب مبنا و امتحان حدود آستانههای تولید مدل رقومی زمین در مناطق جنگلی با استفاده .
حامد خانی پردنجانی و همکاران
متفاوت و انتخاب حد آستانه بهینه برای فیلتر کردن داده لیدار استفاده نمود و با روش معکوس فاصله وزنی به درونیابی نقاط فیلتر شده اقدام نمود .[7] خانی و همکاران در سال 1395 جهت استخراج جاده های جنگلی مدل رقومی زمین را تولید کردند. وی در تحقیق خود ابتدا با الگوریتم زمین- غیر زمین نقاط زمینی و غیر زمینی را جدا کرد سپس برای بهتر شدن نتیجه و کاهش خطا از الگوریتم شیب مبنا با چند آستانه شیب اقدام نمود و بهترین آستانه شیب را انتخاب و در آخر با استفاده از درونیابی بی-اسپلاین نقاط زمینی، مدل رقومی تولید شد .[8]
-3 منطقه مورد مطالعه
منطقه مورد مطالعه بخشی از جنگل های شهرستان گرگان که واقع در 17 کیلومتری جنوب غرب شهر گرگان با طول جغرافیایی 54 درجه و 20 دقیقه و 48 ثانیه شرقی تا 54 درجه و 21 دقیقه و 20 ثانیه شرقی و عرض 36 درجه و 45 دقیقه و 15 ثانیه شمالی تا 36 درجه و 45 دقیقه و 26 ثانیه شمالی می باشد شکل . - 1 - این جنگل آموزشی مربوط به حوزه استحفاظی اداره کل منابع طبیعی استان گلستان است که به منظور اهداف آموزشی و پژوهشی در اختیار دانشگاه علوم و منابع طبیعی گرگان قرار دارد.
-4مواد و روش تحقیق
-4-1 مواد
داده های لیدار مورد استفاده در این تحقیق از طریق شرکت رایان نقشه تهران مربوط به استان گلستان تهیه شد، داده های لیدار از نوع پالسی با طول موج مادون قرمز میانی مربوط به یک منطقه جنگلی شامل داده های بازگشت اول فاصله، بازگشت آخر فاصله و بازگشت میانی بود. داداه های لیدار ساختار نامنظم بودند و به طور متوسط بیش از 4نقطه در هر متر مربع از سطح زمین واقع شده بود، اطلاعات مربوط به هر بازگشت از طریق اطلاعات هِدر - Heder - همراه فایل .las قابل دسترسی بود.
