بخشی از مقاله
چکیده :
تاثیرات مخرب اتمسفر بر روی انواع دادهها از قبیل ماهوارهایی و غیره شامل: تاثیر بر روی امواج ارسالی از ماهوارهها، در تعیین موقعیت از طریق تاثیر بر روی سیگنال ارسالی از ماهواره های GPS، خوردگی در نواحی مختلف از یک سازه دریایی، در تعیین دمای سطح زمین و غیره، متخصصین این علوم را ملزم به تعیین پارامترهای اتمسفری شامل گذردهی اتمسفری و رادیانس رو به پایین اتمسفری کرده است. در این تحقیق روش تصحیح اتمسفری در صحنه - ISAC - مورد بررسی قرار گرفته است. این روش از 4مرحله اصلی تشکیل شده است که در طول این روشها پارامترهای گذردهی اتمسفری و رادیانس رو به بالای اتمسفری برای سنجنده حرارتی فراطفی هایتس تخمین زده شدند. در پایان جهت ارزیابی روش پیشنهادی از محصولات داده ماهوارهی مورد نظر که توسط ناسا عرضه می گردد، استفاده شد. نتایج ارزیابی نشان میدهد که در باندهای 1، 50، 100،150 و RMSE 200 گذردهی اتمسفری در به ترتیب 0/2597، 0/3165، 0/2624، 0/2688 و 0/3784 و RMSE رادیانس رو به بالای اتمسفری نیزدر این باندها به ترتیب 0/3057، 0/0922، 0/1955، 0/1638 و 0/0043 میباشد. ×
واژههای کلیدی : پارامترهای اتمسفری، ISAC، گذردهی اتمسفری، رادیانس رو به بالای اتمسفری. ×
-1 مقدمه
بهره گیری از فناوری سنجش ازدور و انواع تصاویر ماهوارهای در طی سالهای اخیر بهعنوان یکی از مهمترین منابع جمع آوری اطلاعات به منظور مطالعه و پایش منابع زمینی و محیطی، توجه بسیاری از کارشناسان و متخصصان علوم مختلف از جمله محیط زیست، هواشناسی، هیدرولوژی و غیره را به خود جلب نموده است. در دهههای اخیر با پیدایش سیستمهای تصویر برداری فراطیفی، این نوع از تصاویر به یکی از موضوعات مهم تحقیقاتی در دهه گذشته است .[1]
بهدلیل تاثیرات منفی اتمسفر بر روی دادههای ماهوارهایی و غیر ماهوارهایی ازقبیل: خوردگی در نواحی مختلف از یک سازه دریایی [2]، در تعیین موقعیت از طریق تاثیر بر روی سیگنال ارسالی از ماهواره های GPS، در تعیین دمای سطح زمین و همچنین تاثیراتی که بر روی امواج ارسالی از ماهوارهها دارد، علاوهبرآن از آن جهت که یکی از پیشپردازشهای مورد نیاز در حین کار با تصاویر ماهوارهایی، تصحیحات رادیومتریک ازقبیل تصحیح اتمسفری است. لذا تعیین پارامترهای اتمسفری شامل گذردهی اتمسفری1 و رادیانس رو به پایین اتمسفری2 همواره نقش بسیار مهمی را جهت بهبود دقت دادههای ماهوارهایی و غیره ایفا میکند. با استفاده از تصحیح اتمسفری مقادیرمنعکس شدهی اجسام3 قبل از عبور از اتمسفر بهدست میآید. با توجه به اهمیت این موضوع تاکنون روشهای متعددی برای تعیین پارامترهای اتمسفری ارائه شده است.
Sathe و همکاران در سال 1998 روشی را برای تخمین پارامترهای اتمسفری دادههای ماهوارهایی مادون قرمز ارائه کردند. . در این روش با استفاده از فورترن 477 سپس میانگینگیری از پارامترها در طول یک هفته و سپس نگاشت آنها در یک شبکهی و نمایش آنها بهعنوان تصویر رنگی کد شده، این پارامترها را تعیین کردند.[3] هانگ و همکاران نیز در سال 2006، با استفاده از روش ادغام تغییرات داده5 و تلفیق آن با تکنیکهای تعدیلمندی6، پارامتهای اتمسفری را بهدست آوردند .[4] کیرولا7 و همکاران در سال 2010، روشی را جهت تخمین پارامترهای اتمسفری با استفاده از دادهی گوموس8 براساس قوانین سیگنال به نویز 9 و اثرات شکست نور با توجه به منبع ستارهها ارائه کرده اند. این روش شامل دو بخش اصلی است: در اولین مرحله اعوجاجات و خطاهای ابزاری فتومتر و طیف سنج تصحیح میشوند. و در گام بعدی پروفیلهای عمودی از ترکیبات گازی اتمسفر، ذرات معلق در هوا و درجه حرارت با وضوح بالا نعیین میشود .[5] یکی از روشهای پرکاربرد در تعیین پارامترهای اتمسفری استفاده از روش تصحیح اتمسفری در صحنه - آیزاک - 10 است .[6] در این مطالعه این روش بر روی تصاویر فراطیفی حرارتی هایتس11 اعمال شد. با توجه به حجم بالای تصویر فراطیفی هایتس و محاسبات، در این تحقیق تنها ار بخشی از تصویر فراطیفی حرارتی استفاده شده است. در ادامه جزییات این روش آورده شده است.
-2 مواد و روشها
در این تحقیق از تصویر سنجنده فراطیفی هایتس استفاده شده است. این تصویر در تاریخ 27 ژانویه سال 2016 از منطقه Aliso Canyon واقع در ایالت اورنج کانتی در کالیفرنیا اخذ شده است. این سنجنده دارای 256 باند طیفی حرارتی واقع در محدوده طیفی 7/5-12 میکرومتر است. قبل از شروع الگوریتم آیزاک در ابتدا باندهای نویزی و جذبی بخار آب با توجه به فایل سربرگ تصویر مورد نظر و نمودار نویز معادل دلتای دما1 آن، حذف میشوند که در مجموع 202 باند بهینه در محدودهی 11/5-8 انتخاب گشتند. با توجه به تعداد بالای باندهای طیفی در این مطالعه، پارامترهای اتمسفری مورد نظر تنها در باندهایی با فاصله 50 تایی از هم محاسبه شدند.در ادامه روش آیزاک به طور کامل توضیح داده شده است.
-1-2 الگوریتم آیزاک
روش تصحیح اتمسفری ISAC در سال 1998 توسط جانسون طراحی [6] و در سالهای بعد توسط یانگ و همکاران توسعه یافت. به طور کلی سطح زمین از مناطق و سطوح بسیار با گسیلمندی و دماهای متفاوت تشکیل شده است. اساس استفاده از الگوریتم آیزاک فرض وجود داشتن جسم سیاه در تصویر است. در محدوده حرارتی، پوششهای مختلفی از قبیل پوششهای آبی، خاک و انواع سطوح ناهموار وجود دارند که دارای طیف نشر بالایی هستند در نتیجه میتوانند بهعنوان یک جسم سیاه عمل کنند 8 ] و .[7
روش آیزاک به مراحل زیر تقسیم میشود:
در گام اول طول موجی - - که در آن گذردهی اتمسفری بیشینه تاثیر را دارد و یا رادیانس مسیر کمترین مقدار است، انتخاب میشود.
