Геологиялық картаға түсірудегі спутниктік гиперспектрлік деректерді салыстыру — Деректер бөлімі

Келесі буын спутниктік гиперспектрлік (HS) сенсорлары аймақтық минералды картаға түсіру үшін ауқымды әлеует ұсынады. Дегенмен, барлық спутниктік сенсорлар сияқты, олардың нәтижелері шағылысу спектрлерін дәл алудан бұрын атмосфераның, топографияның және геометрияның әсерін жоюды қажет ететін күрделі түзету процестеріне негізделген. Бұл түзетулер көбінесе қолмен орындалады және әртүрлі әдістер әртүрлі нәтижелер бере алады. Рупса және т.б. PRISMA, EnMAP және EMIT гиперспектрлік спутниктік деректерін HyMap сенсорлары алған әуеден түсірілген суреттермен салыстырып, осы деректер жиынтығы мен олардың геологиялық картаға түсірудегі қолданылуы арасындағы сәйкестікті зерттеді. Геологиялық маңыздылығына, салыстырмалы түрде жақсы экспозициясына, құрғақ климатқа және деректердің қолжетімділігіне сүйене отырып, Рупса және т.б. салыстыру үшін Намибиядағы Маринкас-Куэллен және Эпембе карбонат кешендерін таңдады. Бұл орындардың гиперспектрлік деректері бойынша сапалық және үш түрлі сандық салыстырулар жүргізілді, соның ішінде: (1) көрінетін-жақын инфрақызыл (VNIR) және қысқа толқынды инфрақызыл (SWIR) спектрлік диапазонындағы шағылысу мәндерінің корреляциялық салыстыруы; (2) әрбір көріністегі нақты минералдардың спектрлік индекстерін салыстыру; және (3) сызықтық араластыруды ажырату арқылы бағаланған спектрлік молшылықты салыстыру. Нәтижелер көрінетіннен қысқа толқынды инфрақызылға дейінгі (VNIR-ден SWIR-ге дейін) спектрлік диапазондағы әртүрлі сенсорлар арасындағы консистенцияның айтарлықтай айырмашылықтарын көрсетеді, VNIR диапазонында консистенция жақсырақ, ал SWIR диапазонында консистенция нашаррақ. Зерттеу EnMAP және EMIT сенсорларынан алынған SWIR спектрлік деректері ең ақылға қонымды (ең айқын жұтылу сипаттамаларын көрсететін), ал HyMap және PRISMA сенсорларының соңғы элемент спектрлік молшылықтары геологиялық вариацияларға сәйкес келетінін анықтады. Бұл зерттеу геологиялық картаға түсіру үшін SWIR диапазонында дәл радиометриялық және топографиялық түзетудің қажеттілігін көрсетеді.

Рупса және т.б. үш жерсеріктен: EnMAP, EMIT және PRISMA-дан алынған жоғары сапалы (бұлтсыз, түтінсіз және шаңсыз) гиперспектрлік деректерді пайдаланды. Дегенмен, деректер бір уақытта алынған жоқ және әртүрлі деректер жиынтықтары арасында уақыт аралығы бар. Жерсеріктер мен әуе платформаларынан алынғандарды қоса алғанда, барлық гиперспектрлік деректер өлшенген сандық сигналдарды сенсорлардағы шынайы беттік шағылысу мәніне түрлендіру үшін калибрлеуді және атмосфералық түзетуді қажет етті.

1-сурет. Әрбір сенсордың қамту аймағы

1-кесте. Әртүрлі гиперспектрлік сенсорлар туралы толық ақпарат

Оқу аймағы

Оңтүстік Африка шекарасына жақын жерде орналасқан Маринкас-Куэллен - әктас, магний және темір карбонат нұсқаларын қоса алғанда, силикат және карбонат жыныстарынан тұратын карбонаттық кешен. Бұл карбонаттық кешен кембрий дәуірінен кембрий дәуірінің басына дейінгі кезеңге жатады және оның пайда болуы ішкі рифт белсенділігімен байланысты.

Намибияның солтүстігінде орналасқан Эпембе карбонат кешені негізінен әктас карбонаттарынан (совиттерден) және магний карбонаттарының өте тар аймақтарынан тұрады. Мезозой дәуірінің басына жататын бұл кешен солтүстіктен оңтүстікке қарай созылып жатқан солтүстік-батысқа қарай созылып жатқан ажырамас аймақта орналасқан.

Зерттеудің осы екі бағытын таңдау келесі факторларға негізделген:

Геологиялық маңызы: Намибияның карбонатты кешендерінде жасыл энергияға көшу үшін маңызды сирек кездесетін жер элементтері бар.

Жақсы әсер ету: Зерттеу аймағының геологиялық құрылымы жақсы әсер етуі мүмкін, бұл қашықтықтан зондтау зерттеулеріне қолайлы.

Құрғақ климат: Құрғақ климат өсімдік жамылғысын азайтады, бұл тау жыныстарының ерекшеліктерін спутниктік сенсорлар арқылы анықтауды жеңілдетеді.

Деректердің қолжетімділігі: Зерттеу аймағы үшін спутниктік мультиспектральды деректер және жер үсті жыныстарының үлгілерінің деректері қолжетімді.

2-сурет. Зерттелетін аумақтың географиялық орналасуы және геологиялық ерекшеліктері

Зерттеу әдістері

1. Деректерді алдын ала өңдеу

Спутниктік гиперспектрлік деректер жеткізушілері әдетте алдын ала өңделген деректердің әртүрлі деңгейлерін ұсынады, соның ішінде:

• Геометриялық және сенсорды калибрлеу деректері (L0 деңгейі): калибрлеуді өңдеусіз шикі деректер.
• Радиациялық түзетулер енгізілген жоғарғы деңгейдегі атмосфералық радиация (L1 деңгейі): Бұл деректер жақсартылған радиациялық ақпарат беру үшін радиациялық түзетулер енгізілген, бірақ атмосфералық және басқа да әсер ететін факторларды қамтиды.
• Атмосфералық түзетілген беттік шағылысу бағалары (L2 деңгейі): Атмосфералық түзетілген деректер беттік шағылысу деңгейінің шынайы деңгейіне ең жақын бағаларды береді.

Бұл зерттеуде L2 деректері пайдаланылды (2-кестені қараңыз). Сенсордың жұмысы және олардың алдын ала өңдеу жұмыс процестеріндегі дәлсіздіктерден туындаған сенсорлар арасындағы сәйкессіздіктер ескерілді. Бұл әртүрлі алдын ала өңдеу процестері келесідей:

• Геометриялық түзету: Кескіндердің кеңістіктік дәлдігін қамтамасыз етеді және сенсордың қозғалысынан немесе жер бедерінің өзгеруінен туындаған кез келген бұрмалануды түзетеді.
• Радиациялық түзету: Жазылған сандық сигналды талдау үшін пайдалануға болатын нақты радиациялық мәнге түрлендіреді, сенсор сипаттамаларының әсерін жояды.
• Атмосфералық түзету: Жер бетінің шағылыстыруына жақын шағылыстыруды алу үшін атмосфералық шашырауды және сіңіруді жояды.

2-кесте. Зерттеудегі әрбір деректер жиынтығы туралы ақпарат

PRISMA

PRISMA L1 сәулелену деректерін жасау процесіне сәулеленуді, спектрлік және геометриялық параметрлерді жасау және жаңарту үшін жазық өріс шегін түзету және қараңғы пиксель әдістері кіреді. Кейіннен, L2 процессоры атмосфералық түзетілген беттік шағылысу деректерін жасау үшін кіріс ретінде L1 жоғарғы деңгейлі атмосфералық сәулелену деректерін және панхроматикалық жолақтарды пайдаланады.

EnMAP

EnMAP пайдаланған L2 деректері Германия аэроғарыш орталығы (DLR) әзірлеген Python негізіндегі климатты түзету модулін (PACO) пайдалану арқылы алынды. PACO негізінен ATCOR-IDL кодына негізделгенімен, ол өзінің бірегей және қатаң калибрлеу және валидация процедураларымен танымал. Модель күн зенит бұрышы және бақылау осінен тыс бұрыш сияқты сенсор конфигурациясының параметрлерін пайдаланып, көрініске тән биом тығыздығын, озон деңгейін және маусымды автоматты түрде анықтайды. Бұл параметрлер содан кейін озон, циррус және тұманды түзету үшін қолданылады. Процесс нәтижесінде пайда болған шығыстарға кескін маскалары, аэрозоль оптикалық қалыңдығы, толқын ұзындығы карталары және төмен деңгейлі атмосфералық шағылысу кескіндері кіреді. Соңғы L2A шағылысу өнімі - осы шығыстардың тіркесімі. EnMAP сонымен қатар пайдаланушы таңдай алатын бірқатар алу параметрлерін, мысалы, бақылау бұрышын ұсынады, бұл топографиялық ауытқулары айтарлықтай аймақтарда әсіресе маңызды.

ЭМИТ

EMIT гиперспектрлік бейнелеудегі әлеуетті маңызды жетістік болып табылады, ол VNIR-SWIR спектрін бір сенсорда тұтастай түсіру үшін инновациялық детекторды пайдаланады. Бұл технология NASA-ның алдағы SBG (беттік биология және геология) миссиялары үшін жаңа мүмкіндіктер ашады, бұл VNIR және SWIR диапазондары арасындағы сәйкессіздіктерді азайтуға көмектеседі. EMIT соңғы шағылысу өнімін жасау үшін радиациялық трансферлік модельдеу құралдарын пайдаланады және болжамдардың сәйкестігін қамтамасыз ету және модель тудырған қателіктерді азайту үшін радиометриялық калибрлеуді жүзеге асырады. Сондай-ақ, ол қысқа толқынды (VNIR) калибрлеуді бақылау үшін көріністегі жарқын бұлт ерекшеліктерін пайдаланады. Сонымен қатар, EMIT алдын ала анықталған калибрлеу хаттамаларының абсолютті дәлдігін бағалау үшін орбиталық басқа құралдармен айқаспалы калибрлеуді пайдаланады. EMIT-тің жаңа алдын ала өңдеу жұмыс процесі оның өмірлік циклі бойы өнімнің тұрақты сапасын қамтамасыз етеді. Оның 60 метрлік кеңістіктік ажыратымдылығы минералдар мен шаң ағындарын картаға түсіру сияқты ауқымды ғылыми миссияларының қажеттіліктерін тиімді түрде қанағаттандырады. EMIT-тің Халықаралық ғарыш станциясындағы төмен Жер орбитасына орналастыруы жоғары жиілікті деректерді алу мүмкіндіктерін де ұсынады.

HyMap

Әуедегі гиперспектрлік деректер жиынтығы HyMap сенсорын пайдаланып, 2000 метр биіктікте, 5 метрлік кеңістіктік іріктеу арқылы алынды. Геометриялық және радиометриялық түзетулерді деректерді алған HyVista компаниясы жүргізді. Атмосфералық түзетулер беткі шағылысты бағалау үшін континентальды аэрозоль моделін және орта ендіктегі жазғы атмосфера моделін пайдаланды, озон концентрациясы 340 ppm және көріну қашықтығы 75 км деп есептеледі.

Эппембеден алынған HyMap көрінісінде өсімдіктер дақтары жасырылған. Дегенмен, бұл жасыру басқа көріністерде орындалмаған, себебі 30 метр және 60 метр ажыратымдылықта пикселдердің көпшілігінде өсімдіктер болады.

Тақырып бойынша: Чакраборти, Р.; Рачди, И.; Тиле, С.; Бойсен, Р.; Кирш, М.; Лоренц, С.; Глоген, Р.; Себари, И. Геологиялық картаға түсіруге арналған спутниктік гиперспектрлік деректердің спектрлік және кеңістіктік салыстыруы. Қашықтан зондтау журналы. 2024, 16, 2089. https://doi.org/ 10.3390/rs16122089