Geofizikada Peyk Təsvirlərinin Emalı Texnikaları
Peyk əsaslı məsafədən zondlama müasir geofiziki tədqiqatların və tətbiqlərin vacib bir əsasına çevrilib. Peyk görüntüləri vasitəsilə geofiziklər Yer səthini geniş, vaxtaşırı və ardıcıl olaraq - geoloji xüsusiyyətlərdən və tektonik dinamikadan tutmuş sahil xətti dəyişikliklərinə və zəlzələlər və ya vulkanik fəaliyyətin yaratdığı səth deformasiyasına qədər müşahidə edə bilərlər. Lakin, peyk görüntüləri asanlıqla istifadə edilə bilməz. Məlumatların keyfiyyətini artırmaq, müvafiq geofiziki məlumatları çıxarmaq və buludlar, səs-küy və ya həndəsi təhrif kimi müdaxilələri minimuma endirmək üçün bir sıra emal üsulları tələb olunur. Bu məqalədə peyk görüntülərinin geofiziki kontekstdə, əvvəlcədən emaldan qabaqcıl təhlilə qədər emalının əsas üsulları müzakirə olunur.
1. Geofizikada geniş istifadə olunan peyk təsvirlərinin növləri
Geofizikada tez-tez istifadə olunan bir neçə növ peyk məlumatı bunlardır:
1. Çoxspektral optika (məsələn, Landsat, Sentinel-2)
Çoxsaylı dalğa uzunluqlarında səth əks etdirmə məlumatı verir. Litologiya, mineral dəyişikliyi, bitki örtüyü (torpaq şəraitinin dolayı göstəricisi kimi) və landşaft dəyişikliklərinin xəritələşdirilməsi üçün faydalıdır.
2. Termal (məsələn, Landsat TIRS, MODIS)
İstilik anomaliyası təhlili üçün səth istilik emissiyalarının ölçülməsi, məsələn, vulkanların, lava axınlarının və ya hidrotermal aktivliklə əlaqəli səth temperatur dəyişikliklərinin monitorinqi.
3. Radar (Sintetik Apertura Radar/SAR: Sentinel-1, ALOS PALSAR)
Buludları dəf edə və gecə-gündüz işləyə bilən bu cihaz, InSAR texnikalarından istifadə edərək strukturların xəritələşdirilməsi, səth dəyişiklikləri və deformasiyanın təhlili üçün vacibdir.
4. Peyk altimetriyası və cazibə qüvvəsi (məsələn, CryoSat, GRACE/GRACE-FO)
Ənənəvi vizual mənada "şəkillər" olmasa da, bu məlumatlar tez-tez su kütləsindəki dəyişikliklər, cazibə anomaliyaları və ya buz qalınlığındakı dəyişikliklər kimi geofiziki xəritələrə çevrilir.
Məlumat növünün seçimi müvafiq emal axınını müəyyən edəcək, çünki siqnalların səs-küy xüsusiyyətləri, qətnaməsi və fiziki xüsusiyyətləri dəyişir.
2. İlkin emal: analiz keyfiyyətinin əsası
Əvvəlcədən emal mərhələsi, məlumatları kəmiyyət təhlili üçün uyğun və zamanla və ya sensorlar arasında müqayisə edilə bilən şəkildə hazırlamaq məqsədi daşıyır.
a. Radiometrik və atmosfer korreksiyaları
Optik görüntülər atmosfer şəraitindən (aerozollar, su buxarı) və günəş radiasiyasının bucağından təsirlənən intensivliyi qeyd edir. Radiometrik korreksiya rəqəmsal dəyərləri (DN) fiziki cəhətdən mənalı əks etdirməyə və ya şüalanmaya çevirir. Atmosfer korreksiyası - məsələn, Qaranlıq Obyekt Çıxarma metodundan və ya atmosfer modelinə əsaslanan yanaşmalardan istifadə etməklə - daha dəqiq səth əks etdirmə qabiliyyəti yaratmağa kömək edir. Geofizikada bu, spektral dəyərlərdəki fərqlərin atmosfer dəyişikliklərindən daha çox, səth materialındakı və ya şəraitindəki fərqləri həqiqətən əks etdirməsi üçün çox vacibdir.
b. Həndəsi korreksiya, ortokreksiya və reproyeksiya
Həndəsi təhrif sensorun skanlama bucaqlarından, topoqrafiyadan və peyk hərəkətindən yarana bilər. Ortorektifikasiya piksel mövqelərinin faktiki koordinatlarla uyğunlaşması üçün relyef effektlərini düzəltmək üçün rəqəmsal yüksəklik modelindən (DEM) istifadə edir. Bu addım yüksək fəza dəqiqliyi tələb edən çatların, qırışların, litoloji sərhədlərin və ya səth dəyişikliklərinin xəritələşdirilməsi üçün vacibdir.
c. Buludları və kölgələri maskalamaq
Optik görüntülərdə buludlar əsas maneədir. Maskalama texnikaları buludları və onların kölgələrini müəyyən etmək üçün keyfiyyət zolaqlarından (QA zolaqları), spektral eşiklərdən və ya Fmask kimi alqoritmlərdən istifadə edir. Tropik bölgələrdə torpaq dəyişikliyi tədqiqatları və ya geoloji xəritələşdirmə üçün buludla örtülmüş sahələri "doldurmaq" üçün çox vaxtlı birləşmə strategiyalarından istifadə olunur.
d. SAR məlumatları üçün ləkə filtri
SAR şəkillərində ləkə adlanan xarakterik bir səs-küy var. Geoloji strukturların şərhi üçün vacib olan kənar detallarını aradan qaldırmadan ləkəni azaltmaq üçün müxtəlif filtrlərdən (Lee, Frost, Gamma-MAP) istifadə olunur. Filtr seçimi tarazlıq tələb edir: həddindən artıq aqressiv xətt xəttini gizlədəcək, həddindən artıq zəif isə səs-küy yaradacaq.
3. Geoloji şərh üçün təsvirin təkmilləşdirilməsi
Struktur və litoloji xəritələşdirmədə təsvirin təkmilləşdirilməsi müəyyən xüsusiyyətləri vurğulamağı hədəfləyir ki, onlar asanlıqla tanınsın.
a. Zolaq kompoziti və rəng transformasiyası
Müəyyən zolaqların RGB kompozitləri material fərqlərini vurğulaya bilər. Məsələn, yaxın infraqırmızı və qısa dalğalı infraqırmızı zolaqların kombinasiyası qaya növlərini və ya dəyişmə zonalarını ayırd etmək üçün çox vaxt təsirli olur. Dekorrelyasiya dartma texnikaları da zolaqlar arasındakı kontrastı artırmaq və incə variasiyaları görünən etmək üçün istifadə olunur.
b. Kəskinləşdirmə və məkan transformasiyası
Yüksək ötürücülü filtr və ya iti olmayan maskalama, tez-tez qırılma və ya sınıq zonaları ilə əlaqəli olan kənarları və xətləri vurğulaya bilər. Bundan əlavə, tekstura təhlili (məsələn, GLCM — Boz Səviyyə Birgə Hadisə Matrisi) geomorfoloji və litoloji vahidləri ayırd etmək üçün faydalı olan səth naxışlarının müxtəlifliyini ölçməyə kömək edir.
c. Spektral çevrilmə: PCA və zolaq nisbəti
Əsas Komponent Təhlili (ƏKT) çoxspektral məlumatların ölçülərini azaldır və geoloji fərqlərlə əlaqəli ola biləcək dominant dəyişiklikləri vurğulayır. Zolaq nisbətləri tez-tez mineral kəşfiyyatında istifadə olunur, çünki bəzi minerallar müəyyən dalğa uzunluqlarında xarakterik udmaya malikdir. Tətbiqi geofizikada zolaq nisbətləri sahə tədqiqatlarından və ya ətraflı geofizikadan əvvəl perspektiv zonaların ilkin göstəricisini təmin edə bilər.
4. Təsnifat və məlumat çıxarışı
Təsvir hazır olduqdan sonra növbəti addım geofiziki məlumatları sistematik şəkildə çıxarmaqdır.
a. Nəzarət altında olan və nəzarətsiz təsnifat
Nəzarət olunan təsnifat (məsələn, SVM, Random Forest) sahədən təlim məlumatları və ya istinad xəritəsi tələb edir. Nəzarət olunmayan təsnifat (k-means, ISODATA) pikselləri əvvəlcədən etiketləmədən spektral oxşarlığa əsasən qruplaşdırır. Geofizikada təsnifat nəticələri səth litologiyasının, çöküntü paylanmasının, hidrotermal dəyişmə zonalarının və ya tektonik proseslərlə əlaqəli geomorfoloji vahidlərin xəritələşdirilməsinə kömək edə bilər.
b. Seqmentasiya və Obyekt Əsaslı Təsvir Təhlili (OBIA)
OBIA pikselləri spektral və forma əsasında obyektlərə qruplaşdırır, sonra onları təsnif edir. Bu metod tez-tez yüksək qətnaməli təsvirlər üçün daha yaxşıdır, çünki geoloji strukturlar - məsələn, xətlər, allüvial ventilyatorlar və ya drenaj naxışları - tək piksellərdən daha çox obyekt kimi mənalıdır.
c. Xəttin çıxarılması
Xətti xətlər qırılmaları, qırıqları və ya litoloji təmasları təmsil edə bilən xətti xüsusiyyətlərdir. Çıxarma üsullarına kənarların aşkarlanması (Canny, Sobel), Hough transformasiyası və istiqamətli süzgəc daxildir. Daha sonra xətt xəritələri yeraltı strukturları şərh etmək üçün maqnit anomaliyaları və ya seysmik məlumatlar kimi digər geofiziki məlumatlarla müqayisə edilə bilər.
5. Səth deformasiyası üçün interferometriya SAR (InSAR)
Peyk təsvirlərinin geofizikaya ən böyük töhfələrindən biri də iki və ya daha çox əldə edilən radar dalğalarının faza fərqlərindən istifadə edərək peyk səthi məsafəsindəki dəyişiklikləri hesablayan InSAR-dır. InSAR ilə bir neçə santimetrdən millimetrə qədər olan deformasiyalar böyük ərazilər üzərində aşağıdakı kimi xəritələşdirilə bilər:
– koseysmik və seysmikdən sonrakı deformasiya,
– vulkanik inflyasiya/deflyasiya,
– yeraltı suların çıxarılması nəticəsində torpağın çökməsi,
– yamacın sabitliyi və sürüşmələr.
InSAR emalı təsvirlərin birgə qeydiyyatını, interferoqramın formalaşdırılmasını, topoqrafik fazanın azaldılmasını (DEM istifadə edərək), fazanın süzgəcdən keçirilməsini, qablaşdırmanın açılmasını və atmosfer korreksiyasını əhatə edir. PSInSAR və ya SBAS kimi zaman seriyası üsulları uzun müddət ərzində birdən çox təsviri təhlil etməklə dəqiqliyi artırır.
6. Digər geofiziki məlumatlar və sahə validasiyası ilə inteqrasiya
Peyk görüntüləri nadir hallarda təkbaşına görünür. Ən böyük dəyəri aşağıdakı kimi digər geofiziki məlumatlarla birləşdirildikdə yaranır:
– yeraltı strukturu və sıxlığı qiymətləndirmək üçün maqnit və cazibə qüvvəsi,
– təbəqə həndəsəsi və qırılmaları üçün seysmik,
– dəyişiklik təsdiqlənməsi üçün geokimya,
– InSAR deformasiya nəticələrinin təsdiqlənməsi üçün GPS və nivelirləmə.
Sahə validasiyası, xüsusən də litoloji şərhləri təsdiqləmək, aktiv qüsurları təsdiqləmək və nümunələr götürmək üçün vacib olaraq qalır.
7. Çətinliklər və inkişaf istiqamətləri
Geofizikada peyk təsvirlərinin emalının əsas çətinliklərindən bəziləri topoqrafik heterojenlik, bulud örtüyü, sensor xüsusiyyətlərindəki fərqlər və böyük məlumat dəstləri üçün hesablama tələbləridir. Bununla belə, bulud hesablamasının və Google Earth Engine kimi platformaların inkişafı, maşın öyrənməsi və dərin öyrənmədəki irəliləyişlərlə yanaşı, çoxmüddətli və çoxsensorlu emalı sürətləndirir. Gələcəkdə optik, SAR, istilik və klassik geofiziki peyk məlumatlarının inteqrasiyası Yer kürəsinin dinamik proseslərini demək olar ki, real vaxt rejimində izləmək qabiliyyətini daha da artıracaq.
Bağlanır
Geofizikada peyk təsvirlərinin emalı üsullarına əvvəlcədən emal (radiometrik, həndəsi və filtrləmə korreksiyaları), təsvirlərin təkmilləşdirilməsi, təsnifat və xüsusiyyətlərin çıxarılması və səth deformasiyası üçün InSAR kimi qabaqcıl təhlillər daxildir. Düzgün yanaşma ilə peyk təsvirləri geoloji və geodinamik prosesləri anlamaq, resursların araşdırılmasını dəstəkləmək və fəlakətlərin azaldılması üçün yüksək effektiv bir vasitə ola bilər. Uğurun açarı müvafiq məlumatların seçilməsində, diqqətli emalda, çoxmənbəli inteqrasiyada və adekvat sahə yoxlamasındadır.
