Ανάλυση και επεξεργασία ιστορικών χαρτών με χρήση τεχνικών βαθιάς μάθησης

Abstract

Οι ιστορικοί τοπογραφικοί χάρτες είναι πηγή πολύτιμων πληροφοριών. Παρέχουν πληροφορίες σχετικά με το γεωγραφικό περιβάλλον και τις ανθρώπινες δραστηριότητες ενός συγκεκριμένου χώρου και χρόνου. Λόγω της χαμηλής γραφικής ποιότητας που χαρακτηρίζει τους παλιούς χάρτες, η εξαγωγή πληροφορίας από αυτούς και μάλιστα με αυτοματοποιημένο τρόπο είναι μια απαιτητική διαδικασία. Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά την ανάλυση και επεξεργασία ιστορικών χαρτών με χρήση τεχνικών βαθιάς μάθησης. Συγκεκριμένα, σκοπός ήταν ο αυτόματος προσδιορισμός των περιγραμμάτων και των αποτυπωμάτων των κτιρίων σε ιστορικούς πολεοδομικούς χάρτες. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε ένα βαθύ νευρωνικό δίκτυο το οποίο εκπαιδεύτηκε με διάφορα δεδομένα εισόδου προκειμένου να εξετασθεί η αποτελεσματικότητά του στον εντοπισμό των κτιρίων. Η εκπαίδευση του νευρωνικού δικτύου βασίστηκε σε ένα σύνολο δεδομένων στα οποία είχαν προηγουμένως επισημανθεί τα κτίρια πάνω στην τοπογραφική εικόνα (ground truth). Για να διευκολυνθεί η διαδικασία επισήμανσης των κτιρίων αναφοράς, αναπτύχθηκε επιπλέον στα πλαίσια της παρούσας εργασίας ένα εργαλείο επισήμανσης (annotation tool) σε ψηφιακές εικόνες προσαρμοσμένο ειδικά για την επισήμανση κτιρίων σε τοπογραφικές εικόνες. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε η εκπαίδευση και η αξιολόγηση ενός συνελικτικού νευρωνικού δικτύου αρχιτεκτονικής U-Net. Η αποτίμηση του δικτύου πραγματοποιήθηκε με 12 σετ δεδομένων. Αυτά διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τον τρόπο δειγματοληψίας με πλεγματική και τυχαία μορφή και ως προς την επιθυμητή έξοδο του δικτύου που αφορούσε τα περιγράμματα όσο και το συνολικό αποτύπωμα των κτιρίων. Ο προσδιορισμός του περιγράμματος των κτιρίων μέσω του αποτυπώματός τους βασίστηκε σε μορφολογικές πράξεις. Η αποτελεσματικότητα του προτεινόμενου δικτύου βαθιάς μάθησης αποτιμήθηκε μέσω διαφόρων μετρικών και αναδείχθηκαν εκείνες οι παράμετροι του συστήματος που δίνουν τα καλύτερα αποτελέσματα στον προσδιορισμό του περιγράμματος και του αποτυπώματος των κτιρίων στον τοπογραφικό χάρτη.