Sztuczna inteligencja oszacuje wysokość budynków

Naukowcy z Wojskowej Akademii Technicznej wraz z zespołem z Creotech Instruments S.A stworzyli nowatorski algorytm wykorzystujący sztuczną inteligencję do szacowania wysokości budynków i innych obiektów na podstawie pojedynczych zobrazowań satelitarnych o wysokiej rozdzielczości. Opracowana metoda umożliwia szybkie i ekonomiczne pozyskiwanie danych istotnych dla infrastruktury miejskiej, lotnisk i planowania przestrzennego.

– Nasze badania miały na celu opracowanie automatycznej metody, która pozwala na ekstrakcję cieni z obrazów satelitarnych i ich analizę w kontekście oszacowania wysokości obiektów – wyjaśnia dr hab. inż. Damian Wierzbicki, prof. WAT.

W tym celu naukowcy wykorzystali zaawansowane techniki przetwarzania obrazu i sztuczną inteligencję (AI), która analizuje na podstawie wielu zmiennych relacje między cieniami i metadanymi zobrazowań, takimi jak kąt elewacji słońca i azymut satelity.

Metoda była testowana na przykładzie Warszawy. Wyniki porównano z precyzyjnymi danymi referencyjnymi pochodzącymi z lotniczego skaningu laserowego (ALS) oraz z klasycznych pomiarów geodezyjnych. Uzyskane rezultaty nie są jeszcze zbyt dokładne, ale zdaniem naukowca w wielu przypadkach wystarczające do uzyskania wiarygodnych informacji na temat wysokości wybranych grup obiektów.

– Planujemy dalsze prace nad udoskonaleniem naszej metody. W eksperymentach przeprowadzonych do tej pory bazowaliśmy na wysokorozdzielczych zobrazowaniach satelitarnych pozyskiwanych z dużych systemów obrazowania satelitarnego. W przyszłości chcielibyśmy opracowaną przez nas metodykę zastosować dla zobrazowań pochodzących z systemów mikro- i nanosatelitarnych. Będziemy również pracować nad poszerzeniem naszej bazy próbek cieni, aby uzyskiwane dokładności były wyższe – deklaruje naukowiec.

Podejście bazujące na analizie zobrazowań satelitarnych pozwala na szybsze i tańsze uzyskanie informacji w porównaniu z tradycyjnymi metodami, takimi jak zdjęcia lotnicze czy pomiary wykonane klasycznymi technikami geodezyjnymi. Jedno zobrazowanie satelitarne dla obszaru miasta wystarcza, aby oszacować wysokości budynków oraz innych obiektów antropogenicznych i naturalnych.

Nowa technologia może znaleźć szerokie zastosowanie w różnych obszarach. W systemach informacji geograficznej (GIS) umożliwia monitorowanie przeszkód lotniczych w pobliżu lotnisk, opracowywanie map drzew czy symulowanie dostępu do światła słonecznego w przestrzeni miejskiej. Algorytm może sprawdzić, czy wysokie budynki nie powodują nadmiernego zacienienia innych obiektów i czy mieszkańcy mają dostęp do światła o odpowiednim natężeniu.

Wyniki badań ukazały się w czasopiśmie „Sensors” pod tytułem „The Use of Deep Learning Methods for Object Height Estimation in High Resolution Satellite Images”. W badaniach udział wzięli: dr hab. inż. Damian Wierzbicki, prof. WAT, mgr inż. Kinga Karwowska i płk prof. dr hab. inż. Michał Kędzierski, a także spoza WAT – Szymon Glinka i Jarosław Bajer z Creotech Instruments S.A.

Marcin Wrzos, WAT