بخشی از مقاله
خلاصه
مساله استخراج اطلاعات ترافیکی از تصاویر ماهوارهای موضوع مهمی است که طی دو دههی گذشته توجه زیادی به آن شده است. به طور کلی هدف این مسئله یافتن تعداد وسایل نقلیه به تفکیک سبک و سنگین در یک تصویر هوایی یا ماهوارهای است. با توجه به وقت گیر بودن روشهای دستی در این مقاله فرایند مذکور به کمک تکنیکهای پردازش تصویر انجام میشود.
استخراج این اطلاعات کاربردهای فراوانی در زمینههای مختلف علمی و عملی از جمله مدیریت شهری و ترافیکی دارد و تبدیل به یک نیاز مستقیم برای جامعه شده است. بنابراین دسترسی به اطلاعات بههنگام و درعین حال قابل پردازش اهمیت زیادی پیدا میکند.
روش معرفی شده در این مقاله, تفکیک و شمارش وسایل نقلیه با استفاده از تصاویر ماهواره ای و بر اساس تکنیک برنامه نویسی در بخش GUI نرم افزار MATLAB میباشد. تفکیک انجام شده با کیفیت تصویر نسبت مستقیم دارد به این ترتیب که در صورت در دست داشتن تصویری با وضوح بالا میتوان به تفکیک وسایل نقلیه سبک و سنگین دو یا سه محوره و حتی تفکیک تمامی وسایل نقلیه طرح طبق آیین نامه پرداخت.
به نظر میرسد دقت انسانی همچنان بعنوان یک عامل موثر در استخراج اطلاعات ترافیکی باید مورد استفاده قرار گیرد. همچنین موضوع هزینه و زمان به عنوان یک مانع جدی در دسترسی به این اطلاعات میباشد که نیاز به این نرم افزار را بیشتر نشان می دهد.
1. مقدمه:
امروزه روشهای مختلفی برای شمارش و تفکیک خودرو برای دست یابی به اطلاعات ترافیکی موجود میباشد مانند دستگاههای الکترونیکی شمارنده اتوموبیل و ابزاری از این قبیل با توجه به اینکه روند پیشرفت مطالعات ترافیکی بسیار سریع میباشد مسائل متفاوتی چون استخراج این اطلاعات از روی تصاویر ماهوارهای نیز مطرح شده است.
استخراج این اطلاعات کاربردهای فراوانی در زمینههای مختلف علمی و عملی از جمله مدیریت شهری و ترافیکی دارد و تبدیل به یک نیاز مستقیم برای جامعه شده است. بنابراین دسترسی به اطلاعات بههنگام و درعین حال قابل پردازش اهمیت زیادی پیدا میکند.[5] تاکنون برای انجام عملیات آماربرداری از تعدادی نیروی انسانی ویا وسایل تردد شمار به جهت برداشتهای میدانی استفاده میگردد و بعد از عملیات برداشت میدانی ثبت این اطلاعات با توجه به نوع عملیات صورت میگیرد و نیز کنترل ترافیک محدوده شهری توسط دوربینهای نصب شده در بزرگراه هاکه معمولاً با فاصله زیادی از یکدیگر قرار دارند انجام میشود. حال با پیشرفت تکنولوژی این روش بسیار کند و ناکارآمد به نظر می-رسد. با توجه به وجود تصاویر هوایی که به تازگی مورد توجه قرار گرفتهاند، وجود یک سیستم هوشمند تشخیص اتومبیل که قادر به جمعآوری این اطلاعات میگردد و بیان میزان ترافیک جادهها باشد بسیار کارآمد میباشد. اطلاع از تعداد و انواع وسایل نقلیه عبوری از راه های اصلی روز به روز از اهمیت بیشتری برخوردار می شود
روش معرفی شده در این مقاله, تفکیک و شمارش وسایل نقلیه با استفاده از تصاویر ماهواره ای و بر اساس تکنیک برنامه نویسی در بخش GUI نرم افزار MATLAB میباشد. تفکیک انجام شده با کیفیت تصویر نسبت مستقیم دارد به این ترتیب که در صورت در دست داشتن تصویری با وضوح بالا میتوان به تفکیک وسایل نقلیه سبک و سنگین دو یا سه محوره و حتی تفکیک تمامی وسایل نقلیه طرح طبق آیین نامه پرداخت.
2. تعریف مساله و اهداف تحقیق:
ترافیک و تاثیر مستقیم آن بر روی زندگی افراد امری واضح میباشد و نیز با توجه به افزایش جمعیت و تکنولوژیهای موجود در امور خودروسازی ترافیک اثر خود را بیش از پیش در زندگی روزمره افراد بیش از پیش نمایان میکند. حال با توجه به این که کلان شهرها با این موضوع بیش از مناطق دیگر درگیر میباشند بطوریکه طبق آمارها یک شهروند تهرانی بطور متوسط 3ماه از سال را در ترافیک سپری میکند
با توجه به این امر مهم علم مهندسی ترافیک بیش از پیش مورد توجه همگان قرار گرفته است که حال برای چاره اندیشی به این مشکلات و مدیریت آن نیاز به آمارهای از وضعیت تردد وسایل نقلیه اعم از نوع و تعداد آن میباشد، که هرچه این آمار بهروزتر و طی روزهای متوالی انجام گردد باعث میشود منابع منسجم تری جهت اتخاذ تصمیم گیری مسئولان مربوطه برای حل مشکلات گردد.
حال با توجه به عملیات انجام آمار برداری که هموراه با توجه به نوع مطالعات ترافیکی و درجه اهمیت آن شرایط مختلفی برای انجام این امر ایجاد می-کند دارای محدودیتهای فیزیکی و هزینههای قابل توجهی میباشد و نیز نیاز به انسجام سازی دادهها برای یکسو نمودن آنها میباشد که از لحاظ زمانی نیز مورد توجه میباشد.
این تحقیق بمنظور رفع مشکلات عدیده مذکور و نیازهای مستقیم که در جهت جمعآوری این اطلاعات از جمله نیروی انسانی و سرعت عمل و زمان و هزینه میباشد را در نظر گرفته و سعی در خذف و یا به حداقل رساندن آنها میباشد که بتوان اطلاعات منسجم و بهروز و متوالی را داشت.
از جمله سازمان های ذینفع عبارتند از: سازمان حمل و نقل سازمان راهنمایی و رانندگی کارگزاران راه و ترابری و همچنین با ایجاد یک شبکه اطلاع رسانی آنلاین شهروندان نیز میتوانند از وضعیت موجود راه ها نیز اطلاع داشته باشند.
3. روش تحقیق:
با توجه به اینکه از نرم افزار MATLAB1 جهت انجام عملیات تشخیص اتوموبیل استفاده شده است در ابتدا اندکی به توضیح این نرم افزار و نحوه پردازش تصویر به جهت تشخیص، تفکیک و شمارش اتوموبیل از تصاویر ماهوارهای میپردازیم.
ماتریسها یا آرایهها در Matlab از اهمیت زیادی برخوردارند زیرا همانطور که گفته شد این نرمافزار در واقع آزمایشکاه ماتریس میباشد و قبل از انجام اکثر محاسبات به صورت خودکار آرایهای از متغیرهای ایجاد شده و محاسباتی بر مبنای روشهای عددی بر روی آنها صورت میگیرد.
بخش مهم مورد استفاده شده از این نرم افزار در این مقاله قسمت GUI2 یا همان واسطهای کاربری گرافیکی نرمافزار Matlab میباشد. GUI رابط گرافیکی برای کاربر نوعی رابط تصویری برای برنامه است که نمونه خوب آن می تواند با فراهم کردن شکل و صورتی ثابت برای برنامه و همچنین با کنترلگرهای آشنا، مثل دکمه فشاری، جعبههای لیست، منوها و مانند اینها استفاده از برنامه را آسان تر کند. رابط گرافیکی باید رفتاری قابل فهم و پیش بینی داشته باشد، بدین معنی که کاربر بداند در ازای انجام عملی خاص، چه اتفاقی خواهد افتاد. تصویر زیر صفحه حاصل از خروجی برنامه نوشته شده در قسمت GUI نرم افزار Matlab است.
شکل1 تصویر برنامه نوشته شده جهت انجام عملیات موضوع مقاله
در شکل شماره 1 تصویر برنامه نوشته شده در محیط GUI نرمافزار Matlab مشاهده میفرمایید که این برنامه تولید شده به دو بخش تقسیم میشود -1بخش گرافیکی، -2 بخش پردازش تصویر
-1-3 بخش گرافیکی:
در این بخش انجام عملیات گرافیکی بر روی تصویر توسط دکمههای تعبیه شده در نرمافزار انجام میشود که هر یک از این دکمه ها به وسیله توابع نوشته شده در دیتا بیس نرمافزار عملیات مورد نظر را بر روی تصویر انجام میدهند.
در قسمت فوقانی منوهای مربوط zoom in ، zoom out و pan قرار گرفته است که میتوان بر روی تصویر بزرگ نمایی و کوچک کردن آن و حرکت تصویر در صفحه نمایش را انجام داد.
دکمه بعدی مربوط به Load file میباشد که با فشار دادن آن صفحه مربوط به انتخاب تصویر از فضای حافظه کامپیوتر باز شده و با کلیک کردن بر روی عکس منتخب در نرمافزار به نمایش در خواهد آمد. دکمه Rotaation تصویر را چرخانده و محل مورد نظر در تصویر در زاویه دلخواه قرار می-دهد. دکمه Crop که با استفاده از آن میتوان بخشی از تصویر را با ابعاد واندازه دلخواه برش داد. دکمه Save برای ذخیره کردن تصویر نمایش داده شده بر روی صفحه میباشد که میتوان مراحل انجام تغییرات بر روی تصویر را ذخیره کرده و بصورت گزارش تصویری درآورد. دکمه Exit مربوط به خروج، که با فشار دادن آن یک پیغامی به جهت اطمینان برای خروج از نرمافزار نمایش میدهد که با فشار دادن دکمه yes آن پیغام از برنامه خارج میشویم.
-2-3 بخش پردازش تصویر:
در این بخش انجام عملیات پردازش تصویر بر روی تصویر لود شده توسط دکمههای تعبیه شده در نرمافزار انجام میشود که هر یک از این دکمه ها به وسیله توابع نوشته شده در دیتا بیس نرمافزار عملیات مورد نظر را بر روی تصویر انجام میدهند. در این قسمت به معرفی کلی این دکمههای تعبیه شده پرداخته خواهد شد و توضیحات کامل از نحوه و عملکرد این توابع بصورت کامل در بخش 4 ارائه خواهد گردید.
در این بخش عملیات اصلی نرمافزار یعنی بخش توابع پردازش تصویر بر روی تصویر انجام میگردد، دکمه اول به نام Subtract میباشد، این دکمه در واقع همانند یک عملگر تابع تفریق میباشد، دکمه مربوط به Adjust تابعی جهت تنظیم کنتراست و روشنایی میباشد. دکمه Binary که جهت باینری کردن و یا همان عددی نمودن تصویر استفاده میگردد. دکمه Filter که برای حذف نویزهای موجود در تصویر تعبیه شده است، دکمه Strel جهت ایجاد پیوستگی بین پیکسلهای تصویر میشود و دکمه Count جهت انجام عملیات تفکیک و شمارش اتوموبیلها میباشد.
