بخشی از مقاله
چکیده
ساختمانها از جمله مناطقی هستند که در معرض آسیبهای جدی ناشی از زلزله قرار دارند. در این تحقیق هدف اصلی تولید نقشهی تخریبی دقیق و معتبر است. در راه رسیدن به این هدف از تصاویر سنجش از دور با قدرت تفکیک مکانیبالا استفاده شد. با توجه به توانایی توصیفگرهای بافتی آماری مرتبه اول و دوم در تعیین تخریب، برای تصویر پس از زلزله این توصیفگرها مورد استفاده قرار گرفتند.
سپس با استفاده از الگوریتم ژنتیک، اقدام به انتخاب توصیفگرهای بافتی بهینه گردید. در مرحلهی بعد با استفاده از ویژگیهای بافتی بهینه و طیفی، یک مرحله خوشهبندی بر روی تصویر پس از زلزله انجام پذیرفت و نتایج آن وارد سیستم استنتاج فازی شد. خروجی سیستم فازی، وضعیت ساختمانها را در چهار کلاس مشخص کرد. وضعیت و موقعیت ساختمانها پس از وقوع زلزله بر روی یک نقشهی تخریب مشخص شد. دقت کلی روش ارائهشده، 73 درصد است که بیانگر کارآیی روش پیشنهادی است.
-1 مقدمه
از جمله مناطقی که بیشترین مقدار تخریب را در اثر وقوع زلزله تجربه میکنند، میتوان به ساختمانها اشاره نمود. ساختمانها مهمترین مناطق شهری هستند که اکثر جمعیت ساکن در شهرها را در خود جای دادهاند. لذا پس از وقوع زلزله، آگاهی دقیق و سریع از محل ساختمانهای تخریبشده مهمترین نیاز امر مدیریت شهری است.[3] تهیهی سریع نقشه تخریب ساختمانها پس از وقوع زلزله، از جمله نیازهای اساسی مدیران بحران است. استفاده از مشاهدات زمینی از طریق نقشهبرداری زمینی یکی از روش های تهیهی این نقشهها است که دارای مشکلات متعددی میباشد.
سرعت کم جمعآوری اطلاعات بدلیل دشوار بودن و یا عدم امکان دسترسی به تمامی مناطق آسیبدیده از مهمترین مشکلات مطرح در این زمینه هستند. استفاده از تصاویر هوایی و ماهوارهای، یکی دیگر از راههای تهیه نقشه تخریب است. تصاویر هوایی نسبت به تصاویر ماهوارهای دارای قدرت تفکیک مکانی بالاتر و در نتیجه امکان تهیه نقشه تخریب دقیقتر میباشد.
با این وجود، پوشش پیوستهی منطقه، کم بودن مشکلات و محدودیتهای شرایط آب و هوایی و امنیتی جهت اخذ تصاویر برخی از مزایای تصاویر ماهوارهای نسبت به تصاویر هوایی میباشند. در دههی اخیر، با توجه به پیشرفت فناوری اخذ تصاویر ماهوارهای و امکان تهیه تصاویر با قدرت تفکیک بالا، مشکل قدرت تفکیک پایین در مورد این تصاویر تا اندازهای جبران شده است.
اکنون، با در اختیار داشتن سنجندههای ماهوارهای با قدرت تفکیک مکانی بالا مانند Ikonos، QuickBirdو غیره، و افزایش پوشش تصاویر این ماهوارهها، از آنها به عنوان منابعی باارزش از اطلاعات پس از وقوع حادثه یاد میشود.[2] روشهای تعیین ساختمانهای تخریبشده در دو دسته کیفی و کمی طبقهبندی میشوند.روشهای کیفی همان روشهای تفسیر با چشم و روشهای کمی همان روشهای محاسباتی هستند. روشهای کمی به سه دستهی کلی روشهای آشکارسازی تغییرات، روشهای بر مبنای آنالیز بافت و روشهای بر مبنای آنالیز سایه تقسیم میشوند.[1]
در روشهای آشکارسازی تغییرات فرض اصلی بر آن است که تغییرات در وضعیت زمین یا یک پدیده باعث تغییر در میزان انعکاس آن پدیده میگردد.[6] در روشهای تعیین تخریب ناشی از زلزله با استفاده از آنالیز بافت، از این فرض که نواحی تخریبشده دارای بافت نامنظمتری نسبت به مناطق سالم هستند، استفاده میگردد.[9] با استفاده از طبقهبندی تصویر پس از وقوع زلزله بر مبنای بافت، میتوان نسبت به تعیین مناطق تخریبشده اقدام نمود. تحقیقات ارائه شده توسط راستی و همکاران - - 2006، حقیقتطلب و همکاران - - 2008 از آنالیز بافت در تعیین تخریب بهره بردند.
در روشهای تعیین تخریب ساختمان با استفاده از آنالیز سایه فرض اصلی بر این است تغییرات ساختار ساختمانها بر اثر زلزله میتواند بر روی توجیه، شکل و اندازه سایههای آن تأثیر بگذارد، با استفاده از این فرض، میتوان ساختمانهای آسیبدیده را از ساختمانهای سالم تشخیص داد.[8] همچنین استراتژیهای تعیین ساختمانهای تخریبشده بر اثر زلزله را میتوان به دو استراتژی "نقشه به تصویر" و "تصویر به تصویر" تقسیمبندی نمود.
در استراتژی اول ابتدا موقعیت ساختمانها با استفاده از نقشه و تصویر زمینمرجع متناظر با آن مشخص میشود؛ سپس با استخراج توصیفگرهای مناسب، وضعیت ساختمانها از لحاظ سالم یا آسیبدیده بودن مورد بررسی قرار میگیرند. در استراتژی دوم، با مقایسه تصویر بعد از زلزله و تصویر قبل از وقوع زلزله وضعیت ساختمانها مشخص میشوند.
در تحقیق پیش رو هدف اصلی تولید نقشهی تخریبی مطمئن و معتبر است. بدینمنظور از آنالیز بافت، انتخاب ویژگیهای بافتی بهینه، طبقهبندی بر مبنای بافت بهینه و تصمیمگیری در مورد وضعیت ساختمانها پس از وقوع زلزله با طراحی یک سیستم استنتاج فازی استفاده میشود. استراتژی مورد استفاده در این تحقیق، استراتژی نقشه به تصویر است.
-2 روش پیشنهادی در تعیین تخریب ساختمان و مراحل آن
در شکل 1، فلوچارت روش پیشنهادی در تعیین تخریب ساختمانها پس از وقوع زلزله مشاهده میشود. در بخشهای بعدی از این نوشته، شرح مختصری از هر یک از مراحل موجود در فلوچارت آورده شده است.
-1-2 پیشپردازش دادهها
جهت افزایش کیفیت تصویر خام موجود از منطقه مورد مطالعه، از الگوریتمهای یکسانسازی هیستوگرام تصویر و تناظرسازی هیستوگرام استفاده میگردد. همچنین بهمنظور افزایش قدرت تفکیک مکانی این تصویر در مُد چند طیفی یا رنگی و بهره جستن از تمام اطلاعات مکانی و طیفی موجود در تصویر موجود، انجام فرآیند تلفیق تصویر ضروری است.
-2-2 استخراج سقف ساختمانها
در کنار دادههای تصویری، استفاده از دادههای کمکی مانند نقشهی برداری موجود از منطقه به همراه پلیگونهای ساختمانهای آن، میتواند اطلاعات مفیدی درباره تصاویر سنجش از دوری ارائه نماید.[4]با مشخصبودن موقعیت ساختمانها در نقشهی برداری و استخراج ساختمانها با استفاده از آن، اثر خطای طبقهبندی در بحث تعیین تخریب حذف خواهد شد.[1]در این مرحله از تحقیق، با استفاده از لایهی برداری و تصویر پس از وقوع زلزله، اقدام به استخراج سقف ساختمانها میشود.
