در این رساله طراحی و پیاده سازی یک لیزر اسکنر مثلث بندی جدید با استفاده از قاب نوری ارائه می گردد که ضمن برخورداری از هزینه کم دارای ساختاری ساده و در عین حال مستحکم و اجرایی می باشد. در این سیستم از یک دوربین و سه دستگاه لیزر مرئی ارزان قیمت استفاده شده است. یکی از لیزر ها متحرک و به صورت عمودی است و با استفاده از آن نقاط شیء اسکن می شوند در حالی که دو لیزر دیگر به صورت افقی و ثابت قرار گرفته اند و به کمک آنها یک قاب نوری تشکیل می شود که فضای کنترل مورد نیاز جهت توجیه صفحه لیزر عمودی در هر لحظه از اسکن تامین می کند. عملکرد سیستم به این گونه است که نور لیزر عمودی به صورت خط به خط بر سطح شیء تابانده شده و از آن به همراه خطوط ثابت لیزر های افقی تصویر برداری می شود. با استفاده از نقاط حاصل از تقاطع لیزر عمودی و لیزرهای افقی و نیز اطلاعات کالیبراسیون سیستم، معادله صفحه لیزر عمودی در فضا تعیین می شود که از تقاطع آن با پرتو تصویر گرفته شده از نقاط لیزر عمودی، مختصات سه بعدی نقاط شیء به صورت اتوماتیک استخراج می شود. نتایج ارزیابی های انجام شده نشان داد استفاده از قاب نوری قابلیت انعطاف سیستم در اسکن عوارض بصورت چشم گیری افزایش می یابد. همچنین آزمایشات نشان داد که سیستم توسعه یافته، توانایی تهیه اتوماتیک مدل سه بعدی عارضه با دقت 0.5mm را دارا می باشد ضمن آن که به لحاظ ساختاری و مدلهای ریاضی که از آنها در تولید سیستم بهره گیری شده است امکان افزایش دقت نیز وجود دارد.

بهره گیری از روشهای نوین برای بهینه سازی فرآیند برنامه ریزی شهری می تواند منجر به حل بسیاری از مسائل پیچیده ای بشود که تصمیم گیرندگان و تحلیل گران امور شهری با آن مواجه اند. الگوریتم های تکاملی چندهدفه را می توان باتوجه به گستردگی عوامل درگیر با امور شهری، به عنوان ابزاری مناسب در این زمینه درنظر گرفت. اما باتوجه به ماهیت مکانی بسیاری از امور مرتبط با برنامه ریزی شهری، استفاده از الگوریتم های تکاملی که عموما روابط مکانی و منطقی موجود میان عوارض در جهان واقعی را نادیده می-گیرند و صرفا به بهینه سازی اطلاعات توصیفی عوارض می پردازند نمی تواند منجر به ارائه راه حل هایی مناسب برای مسائل پیچیده شهری بشود. در این پایان نامه با ارائه ی مدلی ابتکاری و نوین، راه حلی موثر برای بکارگیری الگوریتم های تکاملی در انواع مسائل مکان-محور به گونه ای که امکان تحلیل های مکانی نیز وجود داشته باشد، ارائه شده است. این مدل ابتدا با استفاده از یک ساختار نوین سلولی-درختی فضای جستجو را کدگذاری می کند و سپس با استفاده از عملگرهای ابتکاری ادغام و جهش مکانی در قالب یک جستجوی تکاملی به ارائه راه حل های مناسب می پردازد. مدل ابتکاری توسعه یافته بر اساس الگوریتم nsga-ii برای طراحی و برنامه ریزی جهت ایجاد یک شهر جدید بکار گرفته شد و نتایج و بررسی های حاصل از آن در این مقاله ارائه شده است.

لیزراسکنر قادر است حجم عظیمی از نقاط عارضه را به طور اتوماتیک و در مدت زمان کوتاهی برداشت نماید. اما به هر حال به دلیل وجود عوامل مختلف، داده های خام دقیقی را ارائه نخواهد داد و مطابق با تمام متدهای نقشه برداری، نتایج حاصل از اندازه گیری دستگاه، تحت تاثیر عوامل مختلف، خطادار خواهند بود. برای رسیدن به اطلاعات دقیق و صحیح، شناخت کافی و درک کاملی از منابع خطا در این ابزار ضروری ولازم به نظر می رسد. مهم ترین مسأله در این امر آگاهی از خطاهای سیستماتیک است و بهترین کار تصحیح دستگاه واقعی در مقایسه با ساختار ایده ال به کمک اجرای مدل های ریاضی می باشد. به هر حال مدل های ریاضی نیز نیازمند دانش دقیق در مورد دستگاه و مولفه های آن است. به عنوان یک راهکار نقشه برداری، کالیبراسیون مبحث مهمی در لیزراسکنر زمینی است که یک پیش نیاز برای استخراج اطلاعات دقیق و قابل اعتماد سه بعدی از ابر نقاط می باشد. هدف از انجام کالیبراسیون لیزراسکنر، مقایسه دقت واقعی دستگاه در عمل با روش های دقیق تر نسبت به آن است تا به این ترتیب با تشخیص انواع خطاهای محتمل درداده ها، روندی برای مدلسازی و خنثی کردن تاثیری که عوامل مختلف بر کیفیت هندسی این داده ها می گذارند، ارائه شود. برای انجام این کار، داده ها با دقت هایی که نسبت به لیزر اسکنر میزان بالاتری دارند و حکم مقادیر مرجع را برای این دستگاه ها بازی می کنند مقایسه شده و با تعیین مقادیر اختلاف، مدل هایی برای بهبود بخشیدن به این دقت ارائه می گردد که این مدل اغلب با بیان تشابه دستگاه های لیزراسکنر با توتال استیشن ها و توسعه مدل های بهبود خطای آن ها برای این ابزار بدست می-آید[20]. روش کالیبراسیون معمول برای انواع وسایل و ابزار فتوگرامتریک و ژئودتیک وجود دارد. اما این موضوع در خصوص لیزر اسکنر زمینی کمی پیچیده تر می باشد، زیرا که این دستگاه به گونه ای ساختاردهی شده است که با دیگر تجهیزات نقشه برداری متفاوت است. دقت در لیزراسکنرها، دستگاه به دستگاه متغیر می باشد و به کالیبراسیون انفرادی و چگونگی نگهداری که از آن ها به عمل می آید، بستگی دارد. در این تحقیق بعد از معرفی مختصری در خصوص ساختار لیزراسکنرها و نحوه اندازه گیری در آن ها، کلیه خطاهای ممکن در این گونه دستگاه ها که به نوعی بر دقت هندسی داده های برداشتی اثر می گذارند، به تفصیل بیان می گردند و در ادامه ضمن بیان انواع روش های موجود در کالیبراسیون لیزراسکنر و مدل های ریاضی مطرح در این راستا، مدلی پیشنهادی جهت کالیبراسیون بهینه ارائه می شود. این مدل شامل 19 پارامتر صرفاً فیزیکی است که با نگاه دقیق به ساختار داخلی لیزر اسکنر ارائه و معرفی گردیده است و بنابراین می تواند برای انواع مختلف دستگاه های لیزر اسکنر مورد استفاده قرار بگیرد. مدل های دیگر محققین دارای این ضعف بوده است که هر یک در بر گیرنده چند پارامتر فیزیکی هستند و تاکید آن ها در ادامه در خصوص پارامتر های تجربی است که بعد از مشاهده نمودار مقادیر باقی مانده به مدل های آن ها اضافه گردیده است. و این مسأله مدل را دارای این ضعف می کند که تنها برای همان دسته از مشاهدات قابل استفاده هستند چون در جای دیگری ممکن است این پارامتر های تجربی کارساز نباشند و می بایست پارامتر های دیگری را جایگزین آن ها نمود. محاسبه پارامترها و ارزیابی دقت مدل بدست آمده و مقایسه آن با مدل های موجود بیانگر این موضوع است که مدل پیشنهادی به میزان مطلوبی قادر است دقت نهایی داده های برداشتی لیزراسکنر را بهبود بخشد.

امروزه تهیه و بهنگام رسانی نقشه های پوششی تبدیل به یک واقعیت اجرایی شده است. بدین منظور می توان از قابلیت های سنجنده های ماهواره ای نوری و راداری با حد تفکیک بالا در این راستا بهره برد. با پیشرفت سنجنده های ماهواره ای نوری تا حدتفکیک 5/0 متر، امکان استفاده از این سنجنده ها در راستای تهیه نقشه های پوششی بزرگ مقیاس فراهم شده است. از سوی دیگر، در چند سال اخیر با ظهور سنجنده های راداری تا حد تفکیک آزیموت 1 متر انگیزه ی بکارگیری این سنجنده ها را در فرآیند تهیه نقشه های پوششی بزرگ مقیاس تقویت می کند. به بیان دیگر، به نظر می رسد که بکارگیری سنجنده های راداری با حدتفکیک بالا در کنار سنجنده های نوری و تلفیق آنها در راستای تولید نقشه های برداری، مدل رقومی زمین و ارتوفتو منطقی باشد. در پایان نامه پیش رو، پس از بررسی سنجنده ی نوری geoeye-i و سنجنده ی راداری terrasar-x ، قابلیت تلفیق آنها از لحاظ هندسی و تصویری در تهیه نقشه های بزرگ مقیاس مورد ارزیابی قرار می گیرد. بدین منظور ابتدا یک منطقه مرجع (منطقه جم در بوشهر) که ارتوفتو و مدل رقومی زمین آن با کیفیتی در حد مقیاس 1:1000 و با منحنی میزان 1 متر موجود بود، انتخاب و تصاویر سنجنده های نوری و راداری مورد نیاز منطقه تهیه گردید. سپس در مرحله اول کیفیت هندسی تصاویر در سه بخش زمین مرجع سازی، تولید مدل رقومی زمین و تولید ارتوفتو مورد ارزیابی قرار گرفت. در مرحله بعد محتوی تصویری دو سنجنده مقایسه و ارزیابی گردید. در انتها قابلیت تلفیق تصاویر نوری و راداری از لحاظ هندسی و تصویری مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان داد که کیفیت هندسی تصاویر نوری و راداری از لحاظ ارتفاعی به ترتیب قابلیت تولید مدل ارتفاعی رقومی با خطای متوسط 5/0 و 5/4 متر را دارا هستند همچنین از لحاظ مسطحاتی تصاویر نوری با خطای متوسط حدود 7/0 متر توانایی تولید نقشه هایی با مقیاس 1:1400 را داراست. هرچند که به منظور ارزیابی محتوی تصویری، تصاویر راداری توصیه نمی شود اما با این وجود در ارزیابی محتوی تصویری مشاهده شد که تصاویر راداری قابلیت تفسیر پذیری پایین تری نسبت به تصاویر نوری دارد. از سوی دیگر در صورت بکارگیری مدل رقومی حاصل از تصویر راداری در تولید ارتوفتو به همراه تصویر نوری، کیفیت هندسی با خطای متوسط حدود 4 متر مواجه خواهد شد.

استفاده از روش های تصویرمبنا در تهیه مدل های سه بعدی از محیط های شهری با توجه به ارائه دید واقعی مورد توجه بسیاری از سازمان ها قرار دارد. در میان روش های تصویر مبنا، ترکیب دو تصویر پانورامای پوشش دار برای تولید یک استریو پانوراما، از جمله روشهای نوین مدل سازی سه بعدی محیط و همچنین دستیابی به اطلاعات هندسی است. با وجود ارائه سیستم های مختلف اخذ تصاویر استریو پانوراما، بدلیل نقصان و محدودیت مربوط به این سیستم ها، آنها معمولا دارای مشکلاتی در زمینه مدل سازی محیط می باشند. بر این اساس، در این پایان نامه، یک سیستم اخذ تصاویر استریو پانوراما با نام مدل ساز استریو پانوراما با توجه به نیازهای تولید مدل بصری مناسب و دستیابی به اطلاعات هندسی در مناطق شهری ارائه شده است که می تواند اهم نقاط ضعف سیستم های موجود را برطرف نماید. سیستم پیشنهادی بر مبنای استریو پانورامای افقی استوار بوده و در آن از چندین دوربین استریو استفاده شده است. در این پایان نامه، سیستم پیشنهادی پیاده سازی شده و قابلیت های پیش بینی شده برای بازسازی بصری و هندسی محیط مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این راستا، قابلیت سیستم در خصوص مسائلی مانند امکان دید استریو، پوشش آنی 360 درجه محیط، حذف اثرات ناشی از عوارض متحرک، حذف اثرات ناشی از لرزش و حرکت سیستم، تسهیل اتصال مدل ها و تولید استریو پانوراما، تسهیل مراحل بازسازی هندسی، و امکان استخراج اطلاعات هندسی از محیط مورد بررسی قرار گرفت که آیا روش پیشنهادی در مواجهه با این مسائل موفق می باشد یا خیر. بر این اساس، سیستم مورد نظر در بازسازی محیط واقعی ارزیابی شد. مراحل مدل سازی بصری محیط با استفاده از سیستم پیشنهادی شامل پیاده سازی الگوریتم های اعمال تصحیحات رادیومتریک، تشکیل مدل های استریو به صورت آناگلیف، اتصال مدل های استریو و تولید استریو پانوراما است. نتایج تولید مدل های بصری نشان داد، با توجه به اینکه موقعیت و وضعیت دوربین های استریو بر روی سیستم نسبت به یکدیگر ثابت بوده و هم زمان تصویربرداری می کنند، سیستم مورد نظر قادر به پوشش 360 درجه محیط به صورت هم زمان، حذف اثرات ناشی از لرزش سیستم تصویربرداری، حذف تاثیر عوارض متحرک در تصاویر متوالی، امکان اتصال تصاویر بدون نیاز به تناظریابی، و ارائه دید استریو می باشد که همگی از مزایای روش پیشنهادی هستند. مراحل بازسازی هندسی محیط بر اساس سیستم پیشنهادی شامل پیاده سازی سه مرحله تشکیل سیستم مختصات مدلی هر دوربین استریو، تشکیل سیستم مختصات یکپارچه استریو پانوراما و نهایتا زمین مرجع سازی است. نتایج حاصل از بازسازی هندسی محیط با استفاده از سیستم پیشنهادی نشان داد که بر خلاف غالب سیستم های استریو پانورامای موجود در دنیا که در آنها امکان دستیابی به مختصات دقیق دشوار و یا بعضا تقریبا غیر ممکن می باشد، در روش پیشنهادی علاوه بر فراهم ساختن یک فضای بصری و جذاب، امکان اندازه گیری های هندسی به راحتی میسر شده است. در این راستا، چنانچه دو یا چند استریو پانوراما در یک سرشکنی و به صورت یک جا زمین مرجع شوند و اندازه گیری های هندسی به کمک استریو پانوراماهای مجاور نیز انجام شود، دستیابی به دقت های مدنظر در استخراج اطلاعات هندسی که در پروژه های شهری مورد نیاز است ممکن می باشد.