Υπολογισμός Πυκνότητας Δόμησης και Αστικού Πρασίνου ανά Οικοδομικό Τετράγωνο από Τηλεπισκοπικά Δεδομένα και Τεχνικές Βαθιάς Μηχανικής Μάθησης - Βαρδουλάκη, Θεοδοσία (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών. Τομέας Τοπογραφίας. Εργαστήριο Τηλεπισκόπησης, 2016)
Οι αστικές περιοχές είναι ένα από τα πιο πολύπλοκα και σημαντικά οικοσυστήματα του πλανήτη μας. Οι αλληλεπιδράσεις τους με το περιβάλλον, οι αλλαγές τους και η επίδραση τους σε περιβαλλοντικές μεταβλητές απαιτούν εξαγωγή πληροφοριών για ευρείς γεωγραφικές περιοχές και κατανόηση των “λεπτών” διεργασιών που διέπουν την αλληλεπίδραση του ανθρώπου με το φυσικό περιβάλλον. Η εκτίμηση της πυκνότητας δόμησης, του αστικού πρασίνου και γενικά των κατηγοριών κάλυψης γης στον αστικό χώρο είναι μείζονος σημασίας για διάφορες δραστηριότητες πολεοδομικού σχεδιασμού καθώς για χάραξη πολιτικής για περιβαλλοντικά ζητήματα. Ωστόσο, η δημιουργία χαρτών χρήσης και κάλυψης γης είναι ακόμα και σήμερα ένα θέμα κρίσιμο χωρίς συγκεκριμένη αντιμετώπιση, γιατί απαιτεί σημαντική δαπάνη χρόνου και εργασίας τόσο για τη δημιουργία δεδομένων αναφοράς (ground truth) όσο και για το σχεδιασμό της κατάλληλης μεθοδολογίας για να επιτευχθεί η ανάλυση ανά οικοδομικό τετράγωνο από τηλεπισκοπικά δεδομένα πολύ υψηλής ανάλυσης. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, προτείνεται ένα μοντέλο επιβλεπόμενης ταξινόμησης βασισμένο σε τεχνικές Βαθιάς Μηχανικής Μάθησης (Deep Learning) με στόχο τον ακριβή υπολογισμό πυκνότητας δόμησης σε αστικές περιοχές. Ειδικότερα, για τη διαδικασία της εκπαίδευσης του μοντέλου αξιοποιήθηκαν πληροφορίες για φωτοερμηνεία από χάρτες (OpenStreetMap, google maps) και χρησιμοποιήθηκαν μωσαϊκά RGB εικόνων πολύ υψηλής ανάλυσης της Google πάνω στα οποία δημιουργήθηκαν τα δεδομένα αναφοράς. Το μοντέλο της ταξινόμησης υλοποιήθηκε με βάση αρχιτεκτονικές βαθιάς μηχανικής μάθησης μάθησης κατά την διαδικασία της εκπαίδευσης τροφοδοτήθηκε με τμήματα εικόνας (patches) μεγέθους 29x29 pixel και εκπαιδεύτηκε σε πέντε κατηγορίες κάλυψης γης. Μετά την εξαγωγή των αποτελεσμάτων του μοντέλου, οι πέντε κατηγορίες κάλυψης γης συγχωνεύθηκαν σε τρεις και υπολογίστηκαν ανά οικοδομικό τετράγωνο τα ποσοστά δόμησης, εδάφους και το πρασίνου. Τα πειραματικά αποτελέσματα και η αξιολόγηση τους τους σε δύο ευρωπαϊκές πόλεις, την Αθήνα και το Μπιλμπάο, έδειξαν συνολικά ποσοστά ακρίβειας 95%. Τα αποτελέσματα, επίσης συγκρίθηκαν με το Urban Atlas, που παρέχει πανευρωπαϊκά δεδομένα για τη χρήση και κάλυψη γης σε μεγάλες αστικές περιοχές και αποτελεί μέρος της τοπικής συνιστώσας των υπηρεσιών παρακολούθησης της γης Copernicus και είχαν ικανοποιητικά ποσοστά συμφωνίας.