Εκτίμηση ποιότητας εδάφους με χρήση μικροκυματικής τηλεπισκόπησης

Από RemoteSensing Wiki

Εικόνα 1: Εικόνα που δείχνει το φανταστικό μέρος της διηλεκτρικής σταθεράς (Α) και την ηλεκτρική αγωγιμότητα του εδάφους (Β)

Εικόνα 2: Εικόνα συντελεστή οπισθοσκέδασης των δεδομένων ERS1 SAR της περιοχής μελέτης - μετά από φιλτράρισμα Gamma MAP για καθαρισμό στιγμάτων

Εικόνα 3: Τάξεις πυκνότητας χαράδρας με βάση πληροφορίες του ERS SAR

Εικόνα 4: Συμβολογράφημα (α) και InSAR με βάση το DEM (β) που παράγεται από ERS SAR στοιχεία

Εικόνα 5: Χωρική διάταξη των διαφόρων κατηγοριών βάθους χαράδρα στην περιοχή μελέτης, όπως λαμβάνεται από το InSAR με βάση το DEM των ERS SAR στοιχείων

Εικόνα 6: Δύο-διαστάσεων γραμμικά φάσματα κυμάτων αμμόλοφων που προέρχεται από (Α) ΚΕΑ-1 SAR και (Β) ERS-1AMI εικόνα

Εικόνα 7: Τηλεπισκοπική φωτεινότητα θερμοκρασίας στους 0 K

Εικόνα 8: Σύγκριση του μοντέλου εκτιμώμενης TFNN (a, b) και παραχωρηθείσης υφής του εδάφους

Εικόνα 9: Σχέσεις μεταξύ του προφίλ αρμονικής και μέσης KSAT

Εικόνα 10: Χαρτογράφηση αποστράγγισης του εδάφους με τη χρήση κανονικών μεταβλητών που προέρχονται από α) HR PCs, β) C-Band SAR και γ) την ηλεκτρική αγωγιμότητα εδάφους

Εικόνα 11: Χάρτης τραχύτητας (HRMS σε cm) που προέρχονται από τις εικόνες ραντάρ με τη χρήση των ΙΕΜ

Εικόνα 12: Χάρτης τραχύτητας (LC σε cm) που προέρχονται από τις εικόνες ραντάρ με τη χρήση των ΙΕΜ

Microwave Remote Sensing In Soil Quality Assessment

Agriculture and Soils Division, Indian Institute of Remote Sensing (IIRS), Indian Space Research Organization(ISRO), 4, Kalidas Road, Dehradun – 248001, India

πηγή: [[1]]

Μετάφραση και Περίληψη

Περίληψη

Οι χωρικές και χρονικές διακυμάνσεις της ποιότητας του εδάφους (ιδιότητες) είναι απαραίτητες τόσο για τη βιώσιμη ανάπτυξη όσο και για τη γεωργία. Το παρόν έγγραφο εξετάζει τη δυνατότητα χρήση των μικροκυματικών τεχνικών τηλεπισκόπησης (ενεργητικής και παθητικής) για εκτίμηση των παραμέτρων ποιότητας του εδάφους, όπως η αλατότητα, η διάβρωση, η υφή, οι υδραυλικές ιδιότητες, η αποστράγγιση και η τραχύτητα.

Εισαγωγή

Ο χαρακτηρισμός της ποιότητας του εδάφους γινόταν παραδοσιακά με επιτόπου δειγματοληψία και μετέπειτα εργαστηριακή ανάλυση. Η μεθοδολογία αυτή έχει περιορισμό για την αξιολόγηση της χωρικής μεταβλητότητας της ποιότητας του εδάφους. Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν φασματομετρικές τεχνικές απεικόνισης με βάση την τηλεπισκόπηση ενώ τα τελευταία χρόνια παρατηρείται μια στροφή στα μικροκυματικά δεδομένα τηλεπισκόπησης για την χωρική εκτίμηση των διαφόρων ιδιοτήτων του εδάφους, εκτός από την υγρασία.

Μικροκυματική τηλεπισκόπηση των ιδιοτήτων του εδάφους

α. Αλατότητα

Η αλατότητα του εδάφους είναι ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα υποβάθμισης του εδάφους. Παρά το γεγονός ότι, η ανίχνευση του αλατιού στα πλήττοντα εδάφη είναι δυνατή με τη χρήση οπτικών δεδομένων τηλεπισκόπησης, στις παράκτιες περιοχές και την έρημο είναι πολύ δύσκολη λόγω της κακής φασματικής αντίθεσης με τα μαύρα εδάφη της περιοχής. Τα ραντάρ είναι ευαίσθητα σε πολλές παραμέτρους της φυσικής επιφάνειας όπως η βλάστηση, η τραχύτητα της επιφάνειας και η διηλεκτρική σταθερά. Το φανταστικό μέρος της διηλεκτρικής σταθεράς εξαρτάται και αυξάνει με την αύξηση της αλατότητας. Δεδομένα SAR λήφθηκαν για τη χαρτογράφηση της αλατότητας του εδάφους της περιοχής μελέτης και στη συνέχεια οι τρεις αλγόριθμοι ανάκτησης της διηλεκτρικής σταθεράς (SPM, PO DM) χρησιμοποιήθηκαν και τα αποτελέσματα αυτών συνδυάστηκαν για να ανακτήσουν το μέγεθος του φανταστικού μέρους της διηλεκτρικής σταθεράς για διάκριση και ταξινόμηση της αλατότητας του εδάφους (εικόνα 1).

β. Καταγραφή Διάβρωσης

Λόγω της υψηλής ευαισθησίας των μικροκυμάτων SAR για ανίχνευση της τραχύτητας του εδάφους και την ικανότητα διείσδυσης της βλάστησης, οι μικροκυματικές τεχνικές τηλεπισκόπησης όπως τα δεδομένα SAR και InSAR έχουν το πλεονέκτημα της οριοθέτησης των φαραγγιών ως συνάρτηση του βάθους και της πυκνότητας διάβρωσης με ποσοτικούς όρους. Ο χάρτης πυκνότητας διάβρωσης της χαράδρας (εικόνα 3) παρασκευάστηκε με τη χρήση δεδομένων οπισθοσκέδασης από εικόνες ERS-1 SAR (εικόνα 2). Ο χάρτης της εικόνας 5, που παρουσιάζει τρεις τάξεις βάθους χαράδρας, ρηχά (<5 m), μετρίως βαθύ (5-20 m), και βαθιές χαράδρες (> 20 m), παρασκευάστηκε χρησιμοποιώντας InSAR DEM (εικόνα 4) στοιχεία.

γ. Χαρακτηρισμός Αμμολόφων

Οι πληροφορίες σχετικά με τα χαρακτηριστικά των αμμόλοφων είναι πολύ σημαντικές για την κατανόηση των περιβαλλοντικών αλλαγών σε άνυδρες περιοχές. Σε γενικές γραμμές, στις περιοχές της ερήμου είναι δύσκολη η πρόσβαση. Τα τηλεπισκοπικά δεδομένα είναι επομένως πολύ χρήσιμα για την παρακολούθηση του περιβάλλοντος της ερήμου. Το ύψος των αμμόλοφων μπορεί με ακρίβεια να εκτιμηθεί χρησιμοποιώντας RMS παραμέτρους κλίσης που προκύπτουν από SAR δορυφορικά δεδομένα. Δύο προσεγγίσεις χρησιμοποιούνται γενικά για προσδιορισμό των παραμέτρων από οπισθοσκέδαση εικόνας:

(i) δημιουργία εικόνας που δείχνει τη διαφορά της τοπικής γωνίας πρόσπτωσης

(ii) μετασχηματισμό Fourier Fast (FFT) και την παραγωγή του φάσματος ισχύος (εικόνα 6). Το φάσμα προέρχεται από την εικόνα ΚΕΑ-1 SAR. Η απόσταση μεταξύ των αμμόλοφων υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας τον αριθμό κύματος k των φασμάτων.

δ. Υφή και Υδραυλικές Ιδιότητες

Ο προσδιορισμός της υφής και των υδραυλικών ιδιοτήτων του εδάφους είναι αναγκαίος ώστε να αναπτυχθούν αξιόπιστα μοντέλα της ροής του νερού για την αποτελεσματική διαχείριση των εδαφικών πόρων. Η χωρική μεταβλητότητα της υφής του εδάφους και των υδραυλικών παραμέτρων θα μπορούσε να αξιολογηθεί χρησιμοποιώντας μικροκυματική τηλεπισκόπηση που προέρχεται από αλλαγές στην τηλεπισκοπική φωτεινότητα της θερμοκρασίας και την περιεκτικότητα του εδάφους σε υγρασία (εικόνα 7). Ο εντοπισμός της υφής του εδάφους και της κορεσμένης υδραυλικής αγωγιμότητας (KSAT) προκύπτει από μια ακολουθία τηλεπισκοπικών εικόνων. Η KSAT (κορεσμένη υδραυλική αγωγιμότητα) είναι μια σημαντική ιδιότητα του εδάφους που είναι δύσκολο να ληφθεί, εκτός του εργαστηρίου. Ως εκ τούτου, οποιεσδήποτε μέθοδοι που βασίζονται σε τηλεπισκόπηση θα είναι μια εξαιρετικά σημαντική πηγή δεδομένων για υδρολογικές εφαρμογές.

ε. Αποστράγγιση

Η αποστράγγιση αναφέρεται στη φυσική ικανότητα του εδάφους να επιτρέπει στο νερό να διεισδύσει και να διηθηθεί. Για μικροκυματική τηλεπισκόπηση, το μέγεθος της οπισθοσκέδασης από μία επιφάνεια του εδάφους διέπεται από τη διηλεκτρική σταθερά και την τραχύτητα της επιφάνειας του εδάφους. Η διηλεκτρική σταθερά με τη σειρά της, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την περιεχόμενη υγρασία του εδάφους και, σε κάποιο βαθμό, από την υφή του. Ως εκ τούτου, το ραντάρ έχει τη δυνατότητα να χαρτογραφήσει τις ιδιότητες του εδάφους, όπως η αποστράγγιση. Τα δορυφορικά δεδομένα SAR χρησιμεύουν για χαρτογράφηση διαφορετικών κατηγοριών αποχέτευσης εδαφών, όπως καλά στραγγιζόμενα, μέτρια στραγγιζόμενα, ατελώς στραγγιζόμενα και κακώς στραγγιζόμενα. Περιοχές με δείκτη καλύτερης αποστράγγισης είχαν χαμηλότερες τιμές οπισθοσκέδασης (εικόνα 10). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο συντελεστής οπισθοσκέδασης σχετίζεται θετικά με την περιεκτικότητα σε υγρασία και τα καλύτερα στραγγιζόμενα εδάφη είναι πιθανό να έχουν σχετικά χαμηλότερο επίπεδο υγρασίας.

στ. Τραχύτητα

Η τραχύτητα της επιφάνειας του εδάφους (SSR) επηρεάζει τις θερμικές ιδιότητες του εδάφους, το ποσοστό διείσδυσης, την επιφανειακή απορροή και την ευαισθησία του εδάφους στη διάβρωση. Για φυσικές επιφάνειες, οι στατιστικές ιδιότητες της τραχύτητας της επιφάνειας μπορούν να συνοψισθούν χρησιμοποιώντας δύο παραμέτρους: την τυπική απόκλιση του ύψους της επιφάνειας (μέση τετραγωνική ρίζα, rms), η οποία καθορίζει την κάθετη κλίμακα της τραχύτητας, και το μήκος συσχέτισης (L) που αντιπροσωπεύει την οριζόντια κλίμακα. Η μέτρηση της πλέον γίνεται με σαρωτές λέιζερ (εικόνες 11, 12).

Επίλογος

H ενεργητική και παθητική μικροκυματική τηλεπισκόπηση έχουν μεγάλες δυνατότητες για την αξιολόγηση των ιδιοτήτων της γης και εκτίμηση των διαφόρων χαρακτηριστικών του εδάφους.