ΦΑΣΜΑΤΙΚΗ ΣΥΡΡΙΚΝΩΣΗ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΩΝ ΠΕΔΙΩΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΩΝ ΑΤΜΩΝ ΠΡΟΕΡΧΟΜΕΝΩΝ ΑΠΟ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΗ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ ΣΤΟ ΥΠΕΡΙΩΔΕΣ ΦΑΣΜΑ

Από RemoteSensing Wiki

Εισαγωγή

Οι ατμοί νερού που βρίσκονται στην ατμόσφαιρα, αποτελούν πολύ σημαντικό παράγοντα που επηρεάζει τόσο την κλιματική αλλαγή όσο και τις κυκλικές υδρολογικές διαδικασίες, ενώ ταυτόχρονα επηρεάζει και άλλους τομείς όπως για παράδειγμα τις τηλεπικοινωνίες, αφού παίζει σημαντικό ρόλο στην διάδοση του ηλεκτρομαγνητικού σήματος. Καθώς η κατανομή στην ατμόσφαιρα των ατμών νερού, μεταβάλλεται τόσο χρονικά όσο και σχετικά με την περιοχή και το υψόμετρο, κρίνεται απαραίτητη η παρακολούθηση τους σε υψηλή χωρική αλλά και χρονική ανάλυση. Η διαδικασία χαρτογράφησης, όμως, της χωρικής κατανομής των ατμών αποτελεί δύσκολη διαδικασία με χαμηλής ποιότητας αποτελέσματα, κυρίως λόγω της έλλειψης κατάλληλων μετεωρολογικών συσκευών που να κατέχουν δυνατότητες που να ανταποκρίνονται στην λήψη δεδομένων υψηλής ανάλυσης, κυρίως στην χωρική διάσταση. Γι' αυτόν τον λόγο κρίνεται αναγκαία η δημιουργία κατάλληλων μεθοδολογιών και αλγορίθμων που θα είναι σε θέση από δεδομένα χαμηλής σχετικά ανάλυσης να παράγουν νέα δεδομένα υψηλότερης. Οι αλγόριθμοι αυτοί είναι σε θέση να κατέχουν σημαντικό ρόλο ακόμη και στην περίπτωση που θα αρχίσει η χρήση σε μεγαλύτερη κλίμακα συσκευών νεότερης γενιάς, οι οποίες θα έχουν τη δυνατότητα να παρέχουν δεδομένα υψηλότερης ανάλυσης, όπως για παράδειγμα τα συστήματα MERIS και MODIS . Στην περίπτωση χρήσης τέτοιων συσκευών οι αλγόριθμοι αυτοί θα παρέχουν ένα μηχανισμό για την βελτίωση της ποιότητας των δεδομένων που έχουν ληφθεί.

Μεθοδολογία

Η συγκεκριμένη ερευνητική εργασία, επιδιώκει να προσφέρει μεθοδολογίες στο πεδίο της επεξεργασίας σήματος που έχουν ληφθεί με συστήματα τηλεπισκόπισης, με στόχο την αύξηση της ανάλυσης των δεδομένων κυρίως στο χωρικό πεδίο. Ταυτόχρονα ο αλγόριθμος που προτείνεται έχει την δυνατότητα σε συστήματα νεότερης γενιάς να αυξήσει την ποιότητα των δεδομένων που έχουν ληφθεί. Ακριβώς γι' αυτόν τον λόγο, η μεθοδολογία αυτή η οποία βασίζεται σε στατιστική προσέγγιση, εφαρμόζεται σε δεδομένα συστημάτων νεότερης γενιάς και πιο συγκεκριμένα σε δεδομένα τα οποία έχουν ληφθεί από τα συστήματα τηλεπισκόπησης 250-m MERIS και 1-km MODIS. Τα αποτελέσματα δείχνουν πως η μέθοδος αυτή αναπαράγει σε ικανοποιητικό βαθμό την στατιστική μεταβλητότητα δευτέρου βαθμού των ατμών νερού με μέσο τετραγωνικό σφάλμα, το οποίο συγκρίνεται με αυτό των κλασσικών μεθόδων παρεμβολής (interpolation). Αρχικά, οι συγγραφείς επιχειρούν να αναλύσουν και να εντοπίσουν τα χωρικά χαρακτηριστικά των ατμών νερού με χρήση διαφόρων μεθοδολογιών μέτρησης. Πληροφορίες από υπέρυθρη ραδιομέτρηση καθώς και δεδομένα GPS και InSAR APS χάρτες υψηλής ανάλυσης χρησιμοποιήθηκαν γι’αυτόν τον σκοπό. Το αποτέλεσμα ήταν η δημιουργία ενός μαθηματικού μοντέλου για την χωρική συμπεριφορά των ατμών νερού το οποίο αφ’ενός θα χρησιμοποιηθεί στον προτεινόμενο αλγόριθμο και αφ'ετέρου θα δώσει και την ευκαιρία της σύγκρισης αυτού με τους κλασσικούς αλγορίθμους οι οποίοι βασίζονται στην παρεμβολή. Τα δεδομένα αυτά προήλθαν σε μεγάλο βαθμό από το πρόγραμμα της ESA (European Space Agency), το οποίο στόχο είχε να κάνει μετρήσεις για τον υπολογισμό των σφαλμάτων στην ηλεκτρομαγνητική μετάδοση εξαιτίας της ύπαρξης ατμών νερού στην ατμόσφαιρα. Περισσότερες πληροφορίες για τα δεδομένα και τις μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν εμφανίζονται στον παρακάτω πίνακα.

Δεδομένα από τις παραπάνω πηγές χρησιμοποιήθηκαν για τον ορισμό ενός στατιστικού μοντέλου για το πώς συμπεριφέρονται οι ατμοί νερού στον χώρο.  Η χωρική μεταβλητότητα των ατμών νερού για να μπορέσει να χρησιμοποιηθεί στον αλγόριθμο που προτείνεται θα πρέπει να ορισθεί στο πεδίο του φάσματος ισχύος. Το φάσμα ισχύος μπορεί να υπολογισθεί και να χρησιμοποιηθεί στην συνέχεια για τον δυσδιάστατο μετασχηματισμό Fourier χρησιμοποιώντας το στατιστικό μοντέλο που έχει ήδη εξαχθεί. Ο αλγόριθμος φασματικής συρρίκνωσης βασίζεται στην περιγραφή του μιγαδικού φάσματος Fourier του ολοκληρωμένου πεδίου ατμών νερού στις αναλύσεις οι οποίες δεν έχουν ληφθεί. 

Ο αλγόριθμος ο οποίος δημιουργήθηκε δοκιμάστηκε με δεδομένα που προέρχονται από τα συστήματα που αναφέρθηκαν στην εισαγωγή. Στην πρώτη δοκιμή δεδομένα συγκεκριμένης ανάλυσης χρησιμοποιήθηκαν αφού πρώτα είχαν υποστεί μείωση της ανάλυσής τους. Στην συνέχεια εφαρμόστηκε ο αλγόριθμος και τα δεδομένα συγκρίθηκαν με τα αρχικά. Στην δεύτερη περίπτωση ο αλγόριθμος εφαρμόστηκε σε δεδομένα χαμηλής ανάλυσης. Παραδείγματα των αποτελεσμάτων εμφανίζονται στο ακόλουθο διάγραμμα. Συμπεράσματα

Η συγκεκριμένη εργασία είχε ως στόχο την προσφορά μεθοδολογιών στο πεδίο της επεξεργασίας σήματος που έχουν ληφθεί με συστήματα τηλεπισκόπισης για την αύξηση της ανάλυσης των δεδομένων κυρίως στο χωρικό πεδίο. Πληροφορίες από υπέρυθρη ραδιομέτρηση, δεδομένα GPS και InSAR APS χάρτες υψηλής ανάλυσης χρησιμοποιήθηκαν για τον εντοπισμό και την ανάλυση χωρικών χαρακτηριστικών των ατμών νερού χρησιμοποιώντας κατάλληλες μεθοδολογίες μέτρησης. Τελικά, ορίστηκε ένα νέο στατιστικό μοντέλο ενώ ο αλγόριθμος ο οποίος δημιουργήθηκε είναι σε θέση, με βελτίωση της ποιότητας των δεδομένων που έχουν ληφθεί, να περιγράψει τη συμπεριφορά ατμών νερού στο χώρο.

ΠΗΓΗ:Mario Montopoli, Nazzareno Pierdicca, and Frank S. Marzano, Senior Member, IEEE