Геофизикийн хиймэл дагуулын зураг боловсруулах аргууд
Хиймэл дагуулд суурилсан алсын зайн тандан судлал нь орчин үеийн геофизикийн судалгаа, хэрэглээний чухал тулгуур болсон. Хиймэл дагуулын зургаар дамжуулан геофизикчид дэлхийн гадаргууг геологийн шинж чанар, тектоник динамикаас эхлээд эргийн шугамын өөрчлөлт, газар хөдлөлт эсвэл галт уулын идэвхжилээс үүдэлтэй гадаргуугийн хэв гажилт хүртэл өргөн хүрээтэй, үе үе, тууштай ажиглаж чаддаг. Гэсэн хэдий ч хиймэл дагуулын зургийг ашиглахад тийм ч хялбар биш юм. Өгөгдлийн чанарыг сайжруулах, холбогдох геофизикийн мэдээллийг гаргаж авах, үүл, дуу чимээ, геометрийн гажуудал зэрэг хөндлөнгийн оролцоог багасгахын тулд хэд хэдэн боловсруулалтын техник шаардлагатай. Энэ нийтлэлд хиймэл дагуулын зургийг геофизикийн хүрээнд урьдчилан боловсруулалтаас эхлээд дэвшилтэт шинжилгээ хүртэл боловсруулах үндсэн аргуудыг авч үзэх болно.
1. Геофизикт түгээмэл хэрэглэгддэг хиймэл дагуулын зургийн төрлүүд
Геофизикийн хувьд хиймэл дагуулын өгөгдлийг ихэвчлэн ашигладаг хэд хэдэн төрөл байдаг:
1. Олон спектрийн оптик (жишээ нь Landsat, Sentinel-2)
Олон долгионы уртад гадаргуугийн ойлтын мэдээллийг өгдөг. Литологи, өөрчлөлтийн эрдэс бодис, ургамалжилт (хөрсний нөхцлийн шууд бус үзүүлэлт болгон) болон ландшафтын өөрчлөлтийг зураглахад хэрэгтэй.
2. Дулааны (жишээ нь Landsat TIRS, MODIS)
Дулааны аномалийн шинжилгээнд зориулж гадаргуугийн дулааны ялгарлыг хэмжих, жишээлбэл, галт уул, лаавын урсгал эсвэл гидротермаль идэвхжилтэй холбоотой гадаргуугийн температурын өөрчлөлтийг хянах.
3. Радар (Синтетик диафрагмын радар/SAR: Sentinel-1, ALOS PALSAR)
Үүлийг нэвтлэн, цаг наргүй ажиллах чадвартай тул InSAR техникийг ашиглан бүтэц, гадаргуугийн өөрчлөлтийг зураглах, деформацийг шинжлэхэд зайлшгүй шаардлагатай.
4. Хиймэл дагуулын өндөр хэмжилт ба таталцал (жишээ нь: CryoSat, GRACE/GRACE-FO)
Уламжлалт харааны утгаараа "зураг" биш боловч эдгээр өгөгдлийг ихэвчлэн усны массын өөрчлөлт, таталцлын аномали эсвэл мөсний зузааны өөрчлөлт гэх мэт геофизикийн газрын зураг болгон боловсруулдаг.
Дуу чимээний шинж чанар, нягтрал болон дохионы физик шинж чанарууд харилцан адилгүй байдаг тул өгөгдлийн төрлийг сонгох нь зохих боловсруулалтын урсгалыг тодорхойлно.
2. Урьдчилан боловсруулалт: шинжилгээний чанарын үндэс суурь
Урьдчилсан боловсруулалтын үе шат нь өгөгдлийг тоон шинжилгээнд тохиромжтой, цаг хугацааны явцад эсвэл мэдрэгчүүдийн хооронд харьцуулж болохуйц байдлаар бэлтгэх зорилготой.
а. Радиометрийн болон агаар мандлын залруулга
Оптик дүрс нь агаар мандлын нөхцөл (аэрозоль, усны уур) болон нарны цацрагийн өнцөгөөс хамаардаг эрчимийг бүртгэдэг. Радиометрийн залруулга нь дижитал утгыг (DN) физикийн утга учиртай ойлт эсвэл цацраг болгон хувиргадаг. Агаар мандлын залруулга - жишээлбэл, Харанхуй объектыг хасах арга эсвэл агаар мандлын загварт суурилсан аргыг ашиглах нь гадаргуугийн илүү нарийвчлалтай ойлтыг бий болгоход тусалдаг. Геофизикийн хувьд энэ нь спектрийн утгын ялгаа нь агаар мандлын өөрчлөлтөөс илүү гадаргуугийн материал эсвэл нөхцөл байдлын ялгааг үнэхээр тусгахад чухал ач холбогдолтой юм.
b. Геометрийн залруулга, ортотекторжуулалт болон дахин проекц
Геометрийн гажуудал нь мэдрэгчийн сканнердах өнцөг, топографи, хиймэл дагуулын хөдөлгөөнөөс үүдэлтэй байж болно. Орторектификация нь пикселийн байрлалыг бодит координаттай уялдуулахын тулд рельефийн нөлөөллийг засахын тулд дижитал өндрийн загвар (DEM) ашигладаг. Энэ алхам нь өндөр орон зайн нарийвчлал шаарддаг хагарал, нугалаас, литологийн хил хязгаар эсвэл гадаргуугийн өөрчлөлтийг зураглахад чухал үүрэгтэй.
в. Үүл болон сүүдрийг далдлах
Оптик дүрслэлд үүл нь гол саад тотгор болдог. Масклах техникүүд нь үүл болон тэдгээрийн сүүдрийг тодорхойлохын тулд чанарын зурвас (QA зурвас), спектрийн босго эсвэл Fmask зэрэг алгоритмуудыг ашигладаг. Халуун орны бүс нутагт газрын өөрчлөлтийн судалгаа эсвэл геологийн зураглалын хувьд үүлээр бүрхэгдсэн хэсгүүдийг "нөхөхөд" олон цаг хугацааны нийлмэл стратегийг ихэвчлэн ашигладаг.
d. SAR өгөгдлийг толбоны шүүлтүүрээр шүүнэ
SAR зургууд нь толбо гэж нэрлэгддэг онцлог дуу чимээтэй байдаг. Геологийн бүтцийг тайлбарлахад чухал ач холбогдолтой ирмэгийн нарийн ширийн зүйлийг арилгахгүйгээр толбыг багасгахын тулд янз бүрийн шүүлтүүр (Lee, Frost, Gamma-MAP) ашигладаг. Шүүлтүүр сонгохдоо тэнцвэртэй байдлыг хангах шаардлагатай: хэт түрэмгий нь шугаман шугамыг бүдгэрүүлж, хэт сул нь дуу чимээ үлдээнэ.
3. Геологийн тайлбарт зориулсан дүрсийг сайжруулах
Бүтцийн болон литологийн зураглалд дүрсийг сайжруулах нь тодорхой шинж чанаруудыг тодруулж, тэдгээрийг амархан таних зорилготой байдаг.
a. Туузны нийлмэл болон өнгөний хувиргалт
Тодорхой зурвасуудын RGB нийлмэл материалууд нь материалын ялгааг тодруулж чаддаг. Жишээлбэл, ойрын хэт улаан туяаны болон богино долгионы хэт улаан туяаны зурвасуудын хослол нь чулуулгийн төрөл эсвэл өөрчлөлтийн бүсийг ялгахад үр дүнтэй байдаг. Мөн зурвасуудын хоорондох ялгааг нэмэгдүүлэх, нарийн өөрчлөлтийг харагдахуйц болгохын тулд декорреляцийн суналтын техникийг ашигладаг.
b. Хурцлах ба орон зайн хувиргалт
Өндөр давтамжийн шүүлтүүр эсвэл хурц бус маск нь ихэвчлэн хагарал эсвэл хугарлын бүстэй холбоотой ирмэг ба шугамануудыг тодруулж чаддаг. Нэмж дурдахад, бүтэц шинжилгээ (жишээ нь, GLCM—Саарал түвшний хамтарсан матриц) нь гадаргуугийн хэв маягийн олон янз байдлыг тоон үзүүлэлтээр илэрхийлэхэд тусалдаг бөгөөд энэ нь геоморфологийн болон литологийн нэгжүүдийг ялгахад ашигтай байдаг.
c. Спектрийн хувиргалт: PCA болон зурвасын харьцаа
Үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгийн шинжилгээ (PCA) нь олон спектрийн өгөгдлийн хэмжээст байдлыг бууруулж, геологийн ялгаатай холбоотой байж болох давамгайлсан хэлбэлзлийг тодруулдаг. Зарим эрдэс бодис тодорхой долгионы уртад онцлог шингээлттэй байдаг тул зурвасын харьцааг ашигт малтмалын хайгуулд ихэвчлэн ашигладаг. Хэрэглээний геофизикийн хувьд зурвасын харьцаа нь хээрийн судалгаа эсвэл нарийвчилсан геофизикийн өмнө хайгуулын бүсийн анхны заалтыг өгч чаддаг.
4. Ангилал ба мэдээлэл гаргаж авах
Зураг бэлэн болсны дараа дараагийн алхам бол геофизикийн мэдээллийг системтэйгээр гаргаж авах явдал юм.
а. Хяналттай болон хяналтгүй ангилал
Хяналттай ангилал (жишээ нь, SVM, Санамсаргүй Ой) нь талбайн сургалтын өгөгдөл эсвэл лавлагаа газрын зургийг шаарддаг. Хяналтгүй ангилал (k-дундаж, ISODATA) нь пикселийг урьдчилан тэмдэглэгээ хийлгүйгээр спектрийн ижил төстэй байдалд үндэслэн бүлэглэдэг. Геофизикийн хувьд ангиллын үр дүн нь гадаргуугийн литологи, тунадасны тархалт, гидротермаль өөрчлөлтийн бүс эсвэл тектоник процессуудтай холбоотой геоморфологийн нэгжүүдийг зураглахад тусалдаг.
b. Сегментчилэл ба объект дээр суурилсан зургийн шинжилгээ (OBIA)
OBIA нь пикселүүдийг спектр болон хэлбэр дээр үндэслэн объект болгон ангилж, дараа нь ангилдаг. Энэ арга нь өндөр нягтралтай дүрслэлд илүү тохиромжтой байдаг, учир нь шугаман, аллювийн сэнс эсвэл ус зайлуулах хэв маяг зэрэг геологийн бүтэц нь дан пикселээс илүү объектын хувьд илүү утга учиртай байдаг.
в. Шугаман олборлолт
Шугаман нь хагарал, ан цав эсвэл литологийн холбоог төлөөлж болох шугаман шинж чанарууд юм. Олборлох аргуудад ирмэг илрүүлэх (Канни, Собел), Хоугийн хувиргалт, чиглэлийн шүүлтүүр орно. Дараа нь шугаман газрын зургийг соронзон аномали эсвэл газар хөдлөлтийн өгөгдөл гэх мэт бусад геофизикийн өгөгдөлтэй харьцуулж, газрын доорхи бүтцийг тайлбарлаж болно.
5. Гадаргуугийн деформацийн интерферометрийн SAR (InSAR)
Хиймэл дагуулын зураглалын геофизикт оруулсан хамгийн том хувь нэмрийн нэг бол InSAR бөгөөд энэ нь хиймэл дагуулын гадаргуугийн зайн өөрчлөлтийг тооцоолоход хоёр ба түүнээс дээш тооны олж авсан радарын долгионы фазын зөрүүг ашигладаг. InSAR-ийн тусламжтайгаар хэдэн сантиметрээс миллиметр хүртэлх хэв гажилтыг том талбайд дараах байдлаар зураглаж болно:
– газар хөдлөлтийн хам болон газар хөдлөлтийн дараах хэв гажилт,
– галт уулын инфляци/дефляци,
– гүний ус олборлолтоос үүдэлтэй газрын суулт,
– налуугийн тогтвортой байдал болон хөрсний гулсалт.
InSAR боловсруулалтад дүрсийг нэгтгэх, интерферограм үүсгэх, топографийн фазыг бууруулах (DEM ашиглан), фазын шүүлтүүр, задлах, агаар мандлын залруулга орно. PSInSAR эсвэл SBAS зэрэг цагийн цувааны аргууд нь олон зургийг удаан хугацаанд шинжлэх замаар нарийвчлалыг сайжруулдаг.
6. Бусад геофизикийн өгөгдөл болон хээрийн баталгаажуулалттай нэгтгэх
Хиймэл дагуулын зураг ховор тохиолдолд дангаараа байдаг. Үүний хамгийн их үнэ цэнэ нь дараах геофизикийн бусад өгөгдөлтэй хослуулан үүсдэг:
– газрын доорх бүтэц, нягтралыг тооцоолохын тулд соронзон болон таталцлын хүч,
– давхаргын геометр болон хагарлын хувьд газар хөдлөлт,
– өөрчлөлтийг баталгаажуулах геохими,
– InSAR деформацийн үр дүнг баталгаажуулахын тулд GPS болон тэгшлэлт.
Хээрийн баталгаажуулалт чухал хэвээр байна, ялангуяа литологийн тайлбарыг баталгаажуулах, идэвхтэй хагарлыг баталгаажуулах, дээж авахад.
7. Хөгжлийн бэрхшээл ба чиглэлүүд
Геофизикийн хиймэл дагуулын зургийг боловсруулах гол бэрхшээлүүдийн зарим нь топографийн олон янз байдал, үүлний бүрхүүл, мэдрэгчийн шинж чанарын ялгаа, их хэмжээний өгөгдлийн багцын тооцооллын шаардлага зэрэг орно. Гэсэн хэдий ч үүлэн тооцоолол болон Google Earth Engine зэрэг платформуудын хөгжил нь машин сургалт болон гүнзгий сургалтын дэвшлийн хамт олон цаг хугацааны болон олон мэдрэгчтэй боловсруулалтыг хурдасгаж байна. Цаашид оптик, SAR, дулааны болон сонгодог геофизикийн хиймэл дагуулын өгөгдлийг нэгтгэх нь Дэлхийн динамик үйл явцыг бодит цаг хугацаанд хянах чадварыг улам бүр сайжруулах болно.
Хаах
Геофизикийн хиймэл дагуулын дүрс боловсруулах аргуудад урьдчилсан боловсруулалт (радиометрийн, геометрийн болон шүүлтүүрийн залруулга), дүрсийг сайжруулах, ангилал болон онцлог шинж чанарыг гаргаж авах, гадаргуугийн хэв гажилтын InSAR зэрэг дэвшилтэт шинжилгээ орно. Зөв арга барилаар хиймэл дагуулын дүрслэл нь геологи, геодинамик үйл явцыг ойлгох, нөөцийн хайгуулыг дэмжих, гамшгийн хор хөнөөлийг бууруулах өндөр үр дүнтэй хэрэгсэл болж чадна. Амжилтын түлхүүр нь зохих өгөгдлийг сонгох, болгоомжтой боловсруулах, олон эх сурвалжийг нэгтгэх, хангалттай хээрийн баталгаажуулалтад оршино.
