Υπολογισμός τιμών ορατότητας με χρήση τηλεπισκοπικών δεδομένων
Από RemoteSensing Wiki
Retrieving visibility values using satellite remote sensing data
Diofantos G. Hadjimitsisa, Chris Claytonb, Leonidas Touliosc a Department of Civil Engineering & Geomatics, Remote Sensing Laboratory, Faculty of Engineering and Technology, Cyprus University of Technology, P.O.Box 50329, 3603 Lemesos, Cyprus b School of Civil Engineering and the Environment, University of Southampton, Highfield, Southampton, SO17 1BJ, United Kingdom c National Agricultural Research Foundation (NAGREF), Theofrastou 1, 413 35 Larissa, Greece
πηγή: [[1]]
Μετάφραση και Περίληψη
Περίληψη
Η μετεωρολογία είναι η επιστήμη που σχετίζεται με τον προσδιορισμό των παραμέτρων που σχετίζονται με τις επικρατούσες καιρικές συνθήκες. Στην εργασία που παρουσιάζεται γίνεται μια προσπάθεια καθορισμού μιας παραμέτρου, και πιο συγκεκριμένα του δείκτη ορατότητας που θεωρείται κρίσιμος για τις αερομεταφορές (για εξασφάλιση ασφάλειας πτήσεων) από παρατήρηση και επεξεργασία δορυφορικών εικόνων.
Εισαγωγή
Ως ορατότητα ή μετεωρολογικό εύρος ορίζεται η μέγιστη θεωρητική απόσταση από την οποία ένας παρατηρητής δύναται να αντικρίσει ένα αντικείμενο – στόχο, σχετίζεται δε άμεσα με το πάχος των αερολυμάτων. Η μέχρι τώρα μέτρηση της παραμέτρου γινόταν από εγκατεστημένους μετεωρολογικούς σταθμούς, όμως έδινε τιμές για την περιορισμένη ευρύτερη περιοχή. Αυτός είναι και ο λόγος της στροφής στη δορυφορική μετεωρολογία.
Μεθοδολογία
Η βασική φιλοσοφία της προτεινόμενης μεθόδου είναι ο προσδιορισμός σκοτεινών αντικειμένων τα οποία μπορούν να χρησιμεύσουν ως κατάλληλοι σκούροι στόχοι για τον προσδιορισμό του οπτικού πάχους των αερολυμάτων. Η μέθοδος έχει ως εξής:
α. Βαθμονόμηση των δεδομένων των εικόνων
β. Προσδιορισμός των κατάλληλων σκοτεινών – σκούρων αντικειμένων. Γίνεται αυτόματα χρησιμοποιώντας το λογισμικό ERDAS Imagine:
- ενδελεχή εξέταση των στατιστικών στοιχείων για κάθε εικόνα (συχνότητα, κτλ)
- παράθεση ενός οριακού αριθμού pixel >15 και >10 για τις υπο – σκηνές 800Χ800 και 600Χ600 (σειρές Χ στήλες) ακόμη κι αν ο σκοτεινός στόχος δεν έχει επιλεγεί
- επιθεώρηση των ιστογραμμάτων (π.χ. σχήμα)
- καθορισμός τουείδους του σκοτεινού αντικειμένου και η φασματική του υπογραφή
γ. Διαίρεση της εικόνας σε περιοχές δικτύου
δ. Λύση των εξισώσεων μεταφοράς ακτινοβολίας χρησιμοποιώντας παραδοχές – κλειδιά. Οι βασικές παραδοχές που σχετίζονται με την προτεινόμενη μέθοδο είναι οι ακόλουθες:
- τα αποτελέσματα της πολλαπλής σκέδασης παραμελούνται
- η σχετική υγρασία δεν έχει σημαντική επίδραση στη αερολύματα
- οι υδρατμοί και η απορρόφηση του όζοντος θεωρούνται αμελητέες
- η ατμοσφαιρική μετάδοση μεταξύ του εδάφους και του αισθητήρα θεωρείται ότι είναι ένα
- η ατμοσφαιρική μετάδοση ανάμεσα στην κορυφή της ατμόσφαιρας και το έδαφος θεωρείται ότι είναι ένα
Χρησιμοποιήθηκαν εικόνες Landsat TM band 1 (0,45 έως 0,52 lm) (Εικ. 1) επειδή η απορρόφηση είναι ελάχιστη και ως εκ τούτου, η επίδραση του όζοντος και η απορρόφηση των υδρατμών θεωρείται αμελητέα. Η διαίρεση της εικόνας σε περιοχές του δικτύου γίνεται αυτόματα με βάση το προτεινόμενο μοντέλο (χρησιμοποιώντας το ERDAS Imagine 9.3). Το μοντέλο θεωρεί τις διαστάσεις πλέγματος με βάση την αυτόματη αναγνώριση του ελάχιστου pixel, που κανονικά αντιστοιχεί σε ένα σκοτεινό σώμα νερού. Η επιφάνεια ανάκλασης υπολογίζεται για κάθε μη απορριπτόμενο pixel (σύννεφα, σκιές) με τη χρήση της εξίσωσης μεταφοράς ακτινοβολίας.
Αποτελέσματα
Ο προτεινόμενος αλγόριθμος εφαρμόστηκε σε αρχειοθετημένες εικόνες Landsat TM για δύο διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές, την περιοχή του Αεροδρομίου Heathrow στο Δυτικό Λονδίνο (Ηνωμένο Βασίλειο) και στο Διεθνές Αεροδρόμιο της Πάφου (Κύπρος).
- Αεροδρόμιο Heathrow (UK) Η προτεινόμενη προσέγγιση εφαρμόστηκε σε αρχειοθετημένες εικόνες Landsat-5 TM ζώνη 1 (0,45 έως 0,52 lm) της περιοχής του Heathrow (βλέπε Εικ.1) που αποκτήθηκαν στις 17/5, 2/6 και 28/9 του 1985 και 28/6 του 1986. Η σύγκριση των δεδομένων ορατότητας της μεθόδου με τα αποτελέσματα μέτρησης στον σταθμό του Heathrow (Πίνακας 1) δίνει ένα συντελεστή συσχέτισης της τάξεως του 0,97 (Εικ. 2).
- Διεθνές Αεροδρόμιο Πάφου (Κύπρος) Ο προτεινόμενος αλγόριθμος εφαρμόστηκε επίσης σε εικόνες Landsat-5 TM band 1 της περιοχής του αεροδρομίου της Πάφου που αποκτήθηκαν την 6/3 και 11/9 του 1985, 11/9 του 1998 και 5/11 του 2000. Σύμφωνα με τα δεδομένα από το μετεωρολογικό σταθμό της Πάφου προέκυψε σύγκλιση αποτελεσμάτων (Πίνακας 2). Με βάση το γεγονός ότι η ατμόσφαιρα θεωρείται οριζόντια ομοιογενής, η προτεινόμενη μεθοδολογία μπορεί να εφαρμοστεί και σε δεδομένα MODIS. Η χρήση του MODIS έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα: (α) είναι διαθέσιμα φασματικά κανάλια γύρω από 0,55μm (π.χ. Channel 4), έτσι ώστε η προβολή να εκτιμηθεί με μεγαλύτερη ακρίβεια και (β) εικόνες χρονοσειρών του MODIS μπορούν να χρησιμοποιηθούν, έτσι, ένα διάγραμμα διασποράς με επαρκή αριθμό σημείων μπορεί να παραχθεί για σύγκριση αποτελεσμάτων και τιμές μέτρησης ορατότητας. Περαιτέρω έρευνα απαιτείται για να παρέχει περισσότερα αποτελέσματα επικύρωσης και οι εκτιμήσεις των πιθανών λαθών που μπορεί να προκύψουν.
