סאַטעליט בילד פּראַסעסינג טעקניקס אין געאָפיזיק
סאטעליט-באזירטע ווייטער-דעטעקטיווקייט איז געווארן א קריטישער יסוד פון מאדערנער געאפיזישער פארשונג און אנווענדונגען. דורך סאטעליט בילדער קענען געאפיזיקער באאבאכטן די ערד'ס ייבערפלאך ברייט, פעריאדיש, און קאנסיסטענט - פון געאלאגישע כאראקטעריסטיקס און טעקטאנישע דינאמיק ביז קוסט-ליניע ענדערונגען און ייבערפלאך דעפארמאציע געפארשאפט דורך ערדציטערנישן אדער וואולקאנישע טעטיקייט. אבער, סאטעליט בילדער זענען נישט גרינג צו נוצן. א סעריע פון פראצעסירונג טעכניקן זענען פארלאנגט צו פארבעסערן דאטן קוואליטעט, ארויסנעמען רעלאוואנטע געאפיזישע אינפארמאציע, און מינימיזירן אריינמישונג ווי וואלקנס, גערויש, אדער געאמעטרישע פארדרייאונג. דער ארטיקל דיסקוטירט די הויפט טעכניקן פאר פראצעסירן סאטעליט בילדער אין א געאפיזישן קאנטעקסט, פון פאר-פראצעסירונג ביז פארגעשריטענע אנאליז.
1. טיפן פון סאטעליט בילדער וואס ווערן געווענליך גענוצט אין געאפיזיק
אין געאָפיזיק, עטלעכע טייפּס פון סאַטעליט דאַטן וואָס ווערן אָפט געניצט זענען:
1. מולטיספּעקטראַלע אָפּטיק (למשל לאַנדסאַט, סענטינעל-2)
גיט אינפֿאָרמאַציע וועגן אויבערפלאַך רעפלעקטאַנס ביי קייפל כוואַליע לענגקטס. נוצלעך פֿאַר מאַפּינג ליטאָלאָגיע, ענדערונג מינעראַלס, וועגעטאַציע (ווי אַן אומדירעקטער אינדיקאַטאָר פון באָדן באדינגונגען), און לאַנדשאַפט ענדערונגען.
2. טערמיש (למשל לאַנדסאַט TIRS, MODIS)
מעסטן ייבערפלאַך היץ ימישאַנז פֿאַר טערמישע אַנאַמאַלי אַנאַליסיס, למשל מאָניטאָרינג וואַלקאַנען, לאַוואַ פלאָוז, אָדער ייבערפלאַך טעמפּעראַטור ענדערונגען שייך צו הידראָטהערמאַל טעטיקייט.
3. ראַדאַר (סינטעטישער אַפּערטשער ראַדאַר/SAR: סענטינעל-1, אַלאָסס פּאַלסאַר)
פעאיק צו דורכדרינגען וואלקנס און ארבעטן ארום די זייגער, איז עס וויכטיג פארן מאפעווען סטרוקטורן, ענדערונגען אין דער אויבערפלאך, און אנאליזירן דעפארמאציע מיט InSAR טעכניקן.
4. סאַטעליט אַלטימעטריע און גראַוויטאַציע (למשל קריאָסאַט, GRACE/GRACE-FO)
כאָטש נישט "בילדער" אין דעם קאַנווענשאַנעלן וויזועלן זין, ווערט די דאַטן אָפט פאַראַרבעט אין געאָפיזיקאַלישע מאַפּעס, אַזאַ ווי ענדערונגען אין וואַסער מאַסע, גראַוויטאַציע אַנאַמאַליעס, אָדער ענדערונגען אין אייז גרעב.
די אויסוואל פון דאַטן טיפּ וועט באַשטימען דעם צונעמען פּראַסעסינג פלוס, ווייַל די ראַש קעראַקטעריסטיקס, רעזאָלוציע און גשמיות פּראָפּערטיעס פון די סיגנאַלן זענען אַנדערש.
2. פאָר-פּראָצעסירונג: די יסוד פון אַנאַליז קוואַליטעט
די פאָר-פאַראַרבעטונג בינע האט ציל צו צוגרייטן די דאַטן אַזוי אַז עס זאָל זיין פּאַסיק פֿאַר קוואַנטיטאַטיווע אַנאַליז און קענען ווערן פאַרגליכן איבער צייט אָדער צווישן סענסאָרן.
א. ראַדיאָמעטרישע און אַטמאָספערישע קערעקשאַנז
אָפּטישע בילדער רעקאָרדירן אינטענסיטעט, וואָס איז באַאיינפלוסט דורך אַטמאָספערישע באדינגונגען (אַעראָסאָלן, וואַסער פארע) און דעם ווינקל פון זונ - ראַדיאַנס. ראַדיאָמעטרישע קערעקשאַן קאָנווערטירט דיגיטאַל ווערטן (DN) אין פיזיש באַדייַטנדיק רעפלעקטאַנס אָדער ראַדיאַנס. אַטמאָספערישע קערעקשאַן - למשל, ניצן די דאַרק אָבדזשעקט סאַבטראַקשאַן מעטאָד אָדער אַטמאָספערישע מאָדעל-באַזירטע צוגאַנגען - העלפּס פּראָדוצירן מער פּינטלעכע ייבערפלאַך רעפלעקטאַנס. אין געאָפיזיק, דאָס איז קריטיש אַזוי אַז דיפעראַנסיז אין ספּעקטראַל ווערטן טאַקע שפּיגלען דיפעראַנסיז אין ייבערפלאַך מאַטעריאַל אָדער באדינגונגען, אלא ווי אַטמאָספערישע ענדערונגען.
ב. געאמעטרישע קארעקציע, ארטארעקטיפיקאציע, און רעפראעקציע
געאמעטרישע פארדרייאונג קען אויפשטיין פון סענסאר סקענירן ווינקלען, טאפאגראפיע, און סאטעליט באוועגונג. ארטארעקטיפיקאציע ניצט א דיגיטאלע עלעוואציע מאדעל (DEM) צו קארעגירן פאר רעליעף עפעקטן אזוי אז פיקסעל פאזיציעס זאלן זיך צופאסן מיט די אקטועלע קאארדינאטן. דער שריט איז קריטיש פארן מאפעווען חסרונות, פאלטן, ליטאלאגישע גרענעצן, אדער אויבערפלאך ענדערונגען וואס פארלאנגען הויכע ספעישל גענויקייט.
ג. באַדעקן וואָלקנס און שאָטנס
אין אפטישע בילדער, זענען וואלקנס א גרויסער שטערונג. מאַסקינג טעקניקס נוצן קוואַליטעט בענדס (QA בענדס), ספּעקטראַלע טרעשאָולדז, אדער אַלגעריטמען ווי Fmask צו ידענטיפיצירן וואלקנס און זייערע שאָטנס. פֿאַר לאַנד ענדערונג שטודיעס אדער גיאָלאָגישע מאַפּינג אין טראָפּישע געגנטן, ווערן מולטי-טעמפּאָראַל קאָמפּאָזיטינג סטראַטעגיעס אָפט געניצט צו "אויספֿילן" וואלקן-פאַרדעקטע געביטן.
ד. ספּעקל פֿילטערינג פֿאַר SAR דאַטן
SAR בילדער האבן א כאראקטעריסטישן ראַש גערופן ספּעקל. פארשידענע פילטערס (לי, פראָסט, גאַמאַ-MAP) ווערן גענוצט צו רעדוצירן ספּעקל אָן עלימינירן ראַנד דעטאַל, וואָס איז וויכטיק פֿאַר אינטערפּרעטירן געאָלאָגישע סטרוקטורן. פילטער סעלעקציע פארלאנגט א באַלאַנס: צו אַגרעסיוו וועט פארדעקן די לינעאַמענט, בשעת צו שוואַך וועט לאָזן ראַש.
3. בילד פֿאַרבעסערונג פֿאַר געאָלאָגישע אינטערפּרעטאַציע
אין סטרוקטורעלער און ליטאָלאָגישער מאַפּינג, צילט בילד פֿאַרבעסערונג צו הויכפּונקט געוויסע פֿעיִקייטן אַזוי אַז זיי זאָלן לייכט דערקענט ווערן.
א. באַנד קאָמפּאָזיט און קאָליר טראַנספאָרמאַציע
RGB קאמפאזיטן פון ספעציפישע בענדס קענען ארויסהייבן מאטעריאל אונטערשיידן. למשל, א קאמבינאציע פון נאנט-אינפרארויט און קורץ-כוואליע אינפרארויט בענדס איז אפט עפעקטיוו פארן אונטערשיידן שטיין טיפן אדער ענדערונג זאנעס. דעקארעלאציע אויסשטרעקן טעכניקן ווערן אויך גענוצט צו פארבעסערן דעם קאנטראסט צווישן בענדס, מאכנדיג קליינע וועריאציעס קענטיק.
ב. שאַרפֿמאַכן און ספּיישאַל טראַנספאָרמאַציע
א הויך-פּאַס פילטער אדער נישט-שארפע מאַסקינג קען אונטערשטרייַכן עדזשאַז און ליניאַמענטן, וואָס זענען אָפט פֿאַרבונדן מיט שולד אָדער בראָך זאָנעס. דערצו, טעקסטור אַנאַליז (למשל, GLCM—Gray Level Co-occurrence Matrix) העלפֿט קוואַנטיפיצירן די פֿאַרשיידנקייט פון ייבערפלאַך פּאַטערנז, נוצלעך פֿאַר אונטערשיידן געאָמאָרפאָלאָגישע און ליטאָלאָגישע איינהייטן.
ג. ספּעקטראַלע טראַנספאָרמאַציע: PCA און באַנד פאַרהעלטעניש
פּרינציפּאַל קאָמפּאָנענט אַנאַליז (PCA) רעדוצירט די דימענסיאָנאַליטעט פון מולטיספּעקטראַל דאַטן און אונטערשטרייכט דאָמינאַנטע וועריאַציעס וואָס קען זיין פֿאַרבונדן מיט געאָלאָגישע אונטערשיידן. באַנד פאַרהעלטענישן ווערן אָפט געניצט אין מינעראַל עקספּלעריישאַן ווייַל עטלעכע מינעראַלס האָבן כאַראַקטעריסטיש אַבזאָרפּציע ביי ספּעציפֿישע כוואַליע לענגקטס. אין אַפּליייד געאָפיזיקס, קענען באַנד פאַרהעלטענישן צושטעלן אַן ערשט אָנווייַז פון פּראָספּעקט זאָנעס איידער פעלד סערווייז אָדער דיטיילד געאָפיזיקס.
4. קלאַסיפֿיקאַציע און אינפֿאָרמאַציע עקסטראַקציע
אזוי שנעל ווי די בילד איז גרייט, איז דער נעקסטער שריט סיסטעמאטיש ארויסצונעמען די געאפיזישע אינפארמאציע.
א. קאָנטראָלירטע און נישט קאָנטראָלירטע קלאַסיפֿיקאַציע
סופּערווייזד קלאַסיפיקאַציע (למשל, SVM, ראַנדאָם פאָרעסט) פארלאנגט טראַינינג דאַטן פון דעם פעלד אָדער אַ רעפערענץ מאַפּע. אַנפּערווייזד קלאַסיפיקאַציע (k-means, ISODATA) גרופּירט פּיקסעלס באזירט אויף ספּעקטראַל ענלעכקייט אָן פריערדיקע לייבאַלינג. אין געאָפיזיק, קענען קלאַסיפיקאַציע רעזולטאַטן העלפֿן אין מאַפּינג ייבערפלאַך ליטאָלאָגיע, סעדאַמענט פאַרשפּרייטונג, הידראָטהערמאַל ענדערונג זאָנעס, אָדער געאָמאָרפאָלאָגישע וניץ שייך צו טעקטאָנישע פּראָצעסן.
ב. סעגמענטאַציע און אָביעקט-באַזירטע בילד אַנאַליז (OBIA)
OBIA גרופּירט פּיקסעלן אין אָביעקטן באַזירט אויף ספּעקטראַל און פאָרעם, און קלאַסיפיצירט זיי דערנאָך. די מעטאָדע איז אָפט בעסער פֿאַר הויך-רעזאָלוציע בילדער ווייַל געאָלאָגישע סטרוקטורן - אַזאַ ווי לינעאַמענטן, אַלווויאַל פאַנס, אָדער דריינאַדזש פּאַטערנז - זענען מער באַדייַטפול ווי אָביעקטן ווי איין פּיקסעלן.
ג. לינעאַמענט עקסטראַקציע
לינעאַמענטן זענען לינעאַרע פֿעיִקייטן וואָס קענען רעפּרעזענטירן פֿעלער, בראָכן, אָדער ליטאָלאָגישע קאָנטאַקטן. עקסטראַקציע טעקניקס אַרייַננעמען ברעג דעטעקציע (קאַני, סאָבעל), די האָף טראַנספאָרמאַציע, און דירעקשאַנאַל פֿילטערינג. לינעאַמענט מאַפּס קענען דעמאָלט זיין קאַמפּערד מיט אנדערע געאָפיזיקאַל דאַטן, אַזאַ ווי מאַגנעטישע אַנאַמאַליעס אָדער סייזמיק דאַטן, צו ינטערפּריטירן אונטערערדישע סטרוקטורן.
5. אינטערפעראמעטריע SAR (InSAR) פאר אייבערפלאך דעפארמאציע
איינע פון די גרעסטע ביישטייערונגען פון סאטעליט בילדער צו געאפיזיק איז InSAR, וואס ניצט די פאזע אונטערשיידן פון ראדאר כוואליעס פון צוויי אדער מער אויפנעמונגען צו רעכענען ענדערונגען אין דער סאטעליט-איבערפלאך דיסטאנץ. מיט InSAR, קענען דעפארמאציעס פון א פאר סענטימעטער ביז מילימעטער ווערן געמאפט איבער גרויסע שטחים צו:
– קא-סייזמישע און פּאָסט-סייזמישע דעפאָרמאַציע,
– וואולקאנישע אינפלאציע/דעפלאציע,
– לאַנד זינקען צוליב גרונטוואַסער עקסטראַקציע,
– שיפּוע סטאַביליטעט און לאַנדסליידז.
InSAR פּראַסעסינג נעמט אַרײַן בילד קאָ-רעגיסטראַציע, אינטערפֿעראָגראַם פֿאָרמאַציע, טאָפּאָגראַפֿישע פֿאַזע רעדוקציע (ניצנדיק אַ DEM), פֿאַזע פֿילטערינג, אַנפאַקינג, און אַטמאָספֿערישע קערעקשאַן. צײַט-סעריע טעכניקן ווי PSInSAR אָדער SBAS פֿאַרבעסערן אַקיעראַסי דורך אַנאַליזירן קייפל בילדער איבער אַ לאַנגע צײַט.
6. אינטעגראַציע מיט אַנדערע געאָפיזישע דאַטן און פעלד וואַלידאַציע
סאטעליט בילדער שטייען זעלטן אליין. איר גרעסטע ווערט קומט ארויס ווען זיי ווערן קאמבינירט מיט אנדערע געאפיזישע דאטן ווי למשל:
– מאַגנעטיש און גראַוויטאַציע צו אָפּשאַצן די אונטערערדישע סטרוקטור און געדיכטקייט,
– סייסמיק פֿאַר שיכט געאָמעטריע און חסרונות,
– געאָכעמיע פֿאַר וועריפיקאַציע פֿון ענדערונגען,
– דזשי-פי-עס און לעוועלינג פאר וואַלידאַציע פון אינסאַר דעפאָרמאַציע רעזולטאַטן.
פעלד וואַלידאַציע בלייבט וויכטיק, ספּעציעל צו באַשטעטיקן ליטאָלאָגישע אינטערפּרעטאַציעס, באַשטעטיקן אַקטיווע חסרונות, און נעמען מוסטערן.
7. שוועריקייטן און ריכטונגען פון אנטוויקלונג
עטלעכע פון די הויפּט טשאַלאַנדזשיז פון סאַטעליט בילד פּראַסעסינג אין געאָפיזיק אַרייַננעמען טאָפּאָגראַפֿיש העטעראָגעניטי, וואָלקן דעקן, דיפעראַנסיז אין סענסאָר קעראַקטעריסטיקס, און די קאַמפּיוטיישאַנאַל רעקווירעמענץ פֿאַר גרויס דאַטן סעץ. אָבער, די אַנטוויקלונג פון וואָלקן קאַמפּיוטינג און פּלאַטפאָרמעס ווי Google Earth Engine, צוזאַמען מיט אַדוואַנסאַז אין מאַשין לערנען און טיף לערנען, פאַרגיכערן מולטי-טעמפּאָראַל און מולטי-סענסאָר פּראַסעסינג. גייענדיק פאָרויס, די ינטאַגריישאַן פון אָפּטיש, SAR, טערמאַל, און קלאַסיש געאָפיזיקאַל סאַטעליט דאַטן וועט ווייַטער פֿאַרבעסערן די פיייקייט צו מאָניטאָר ערד ס דינאַמיש פּראַסעסאַז אין כּמעט פאַקטיש-צייט.
קלאָוזינג
סאטעליט בילד פראצעסירונג טעכניקן אין געאפיזיק שליסן איין פאר-פראצעסינג (ראדיאָמעטרישע, געאמעטרישע, און פילטערינג קארעקציעס), בילד פארבעסערונג, קלאסיפיקאציע און אייגנשאפט עקסטראקציע, און פארגעשריטענע אנאליז ווי InSAR פאר אייבערפלאך דעפארמאציע. מיטן ריכטיגן צוגאנג, קענען סאטעליט בילדער זיין א העכסט עפעקטיוו געצייג פארן פארשטיין געאלאגישע און געאדינאמישע פראצעסן, שטיצן רעסורסן אויספארשונג, און קאטאסטראפע פארמינדערונג. דער שליסל צום ערפאלג ליגט אין צוגעפאסטע דאטן אויסוואל, פארזיכטיקע פראצעסירונג, מולטי-קוואל אינטעגראציע, און גענוג פעלד וועריפיקאציע.
