Geologik xaritalashda sun'iy yo'ldosh giperspektral ma'lumotlarini taqqoslash - Ma'lumotlar bo'limi

Keyingi avlod sun'iy yo'ldosh giperspektral (HS) sensorlari keng ko'lamli mintaqaviy mineral xaritalash uchun katta salohiyatga ega. Biroq, barcha sun'iy yo'ldosh sensorlari singari, ularning natijalari aks ettirish spektrlarini aniq olishdan oldin atmosfera, topografiya va geometriya ta'sirini olib tashlashni talab qiladigan murakkab tuzatish jarayonlariga tayanadi. Bu tuzatishlar ko'pincha qo'lda amalga oshiriladi va turli usullar turli natijalar berishi mumkin. Rupsa va boshqalar ushbu ma'lumotlar to'plamlari va ularning geologik xaritalashda qo'llanilishi o'rtasidagi moslikni o'rganish uchun PRISMA, EnMAP va EMIT dan olingan giperspektral sun'iy yo'ldosh ma'lumotlarini HyMap sensorlari tomonidan olingan havo tasvirlari ma'lumotlari bilan taqqosladilar. Geologik ahamiyati, nisbatan yaxshi ta'sir qilish, qurg'oqchil iqlim va ma'lumotlar mavjudligi asosida Rupsa va boshqalar Namibiyadagi Marinkas-Quellen va Epembe karbonat komplekslarini taqqoslash uchun tanladilar. Ushbu joylarning giperspektral ma'lumotlari bo'yicha sifatli va uch xil miqdoriy taqqoslashlar o'tkazildi, jumladan: (1) ko'rinadigan-yaqin infraqizil (VNIR) va qisqa to'lqinli infraqizil (SWIR) spektral diapazonidagi aks ettirish qiymatlarining korrelyatsion taqqoslashi; (2) har bir sahnadagi ma'lum minerallar uchun spektral indekslarni taqqoslash; va (3) chiziqli aralashmani yo'qotish yordamida hisoblangan spektral mo'llikni taqqoslash. Natijalar ko'rinadigan va qisqa to'lqinli infraqizil (VNIR dan SWIR gacha) spektral diapazondagi turli sensorlar o'rtasida izchillikda sezilarli farqlarni ko'rsatadi, VNIR diapazonida yaxshiroq izchillik va SWIR diapazonida yomonroq izchillik mavjud. Tadqiqot shuni ko'rsatdiki, EnMAP va EMIT sensorlaridan olingan SWIR spektral ma'lumotlari eng oqilona (eng aniq yutilish xususiyatlarini ko'rsatuvchi), HyMap va PRISMA sensorlarining oxirgi element spektral mo'lligi esa geologik o'zgarishlarga mos keladi. Ushbu tadqiqot geologik xaritalash uchun SWIR diapazonida aniq radiometrik va topografik tuzatish zarurligini ta'kidlaydi.

Rupsa va boshqalar uchta sun'iy yo'ldoshdan: EnMAP, EMIT va PRISMA dan yuqori sifatli (bulutsiz, tutunsiz va changsiz) giperspektral ma'lumotlardan foydalanganlar. Biroq, ma'lumotlar bir vaqtning o'zida olinmagan va turli ma'lumotlar to'plamlari orasida vaqt oralig'i mavjud. Barcha giperspektral ma'lumotlar, shu jumladan sun'iy yo'ldoshlar va havo platformalaridan olingan ma'lumotlar, o'lchangan raqamli signallarni sensorlardagi haqiqiy sirt aks ettirishga aylantirish uchun kalibrlash va atmosfera tuzatishini talab qilgan.

1-rasm. Har bir sensorning qamrov maydoni

1-jadval. Turli giperspektral sensorlar haqida batafsil ma'lumot

O'qish maydoni

Janubiy Afrika chegarasi yaqinida, Namibiyaning janubida joylashgan Marinkas-Quellen silikat va karbonat jinslarini, jumladan, ohakli, magniyli va temirli karbonat variantlarini o'z ichiga olgan karbonat kompleksidir. Bu karbonat kompleksi Kembriy davridan Kembriy davrining boshlarigacha bo'lgan davrga to'g'ri keladi va uning shakllanishi ichki rift faolligi bilan bog'liq.

Namibiyaning shimoliy qismida joylashgan Epembe karbonat kompleksi asosan kalkerli karbonatlardan (sovitlar) va juda tor magniy karbonat mintaqalaridan iborat. Mezozoy davrining boshlariga borib taqaladigan bu kompleks shimoldan janubga cho'zilgan shimoli-g'arbiy tomonga yo'naltirilgan ajralish zonasida joylashgan.

Ushbu ikkita tadqiqot yo'nalishini tanlash quyidagi mulohazalarga asoslangan edi:

Geologik ahamiyati: Namibiyaning karbonat komplekslari yashil energiyaga o'tish uchun muhim bo'lgan noyob yer elementlari bilan bog'liq.

Yaxshi ta'sir qilish: Tadqiqot hududining geologik tuzilishi yaxshi ta'sirlangan, bu esa masofaviy zondlash tadqiqotlari uchun qulaydir.

Qurg'oqchil iqlim: Qurg'oqchil iqlim o'simlik qoplamini kamaytiradi, bu esa tog' jinslarining xususiyatlarini sun'iy yo'ldosh sensorlari orqali aniqlashni osonlashtiradi.

Ma'lumotlar mavjudligi: Tadqiqot hududi uchun sun'iy yo'ldosh multispektral ma'lumotlari va yer osti jinslari namunalari ma'lumotlari mavjud.

2-rasm. Tadqiqot hududining geografik joylashuvi va geologik xususiyatlari

Tadqiqot usullari

1. Ma'lumotlarni oldindan qayta ishlash

Sun'iy yo'ldosh giperspektral ma'lumotlar provayderlari odatda turli darajadagi oldindan qayta ishlangan ma'lumotlarni taklif qilishadi, jumladan:

• Geometrik va sensor kalibrlash ma'lumotlari (L0 darajasi): Hech qanday kalibrlash ishlovisiz xom ma'lumotlar.
• Radiatsiya bilan tuzatilgan yuqori darajadagi atmosfera nurlanishi (L1 darajasi): Ushbu ma'lumotlar yaxshilangan radiatsiya ma'lumotlarini taqdim etish uchun radiatsiya bilan tuzatilgan, ammo baribir atmosfera va boshqa ta'sir qiluvchi omillarni o'z ichiga oladi.
• Atmosfera tuzatilgan sirt aks ettirish koeffitsienti (L2 darajasi): Atmosfera tuzatilgan ma'lumotlar haqiqiy sirt aks ettirish koeffitsientiga eng yaqin bo'lgan ko'rsatkichlarni taqdim etadi.

Ushbu tadqiqotda L2 ma'lumotlari ishlatilgan (2-jadvalga qarang). Sensorlarning ishlashi va sensorlar orasidagi mos keladigan dastlabki ishlov berish ish oqimlaridagi noaniqliklar tufayli yuzaga keladigan nomuvofiqliklar hisobga olingan. Ushbu turli xil dastlabki ishlov berish jarayonlari quyidagicha:

• Geometrik tuzatish: Tasvirlarning fazoviy aniqligini ta'minlaydi va sensor harakati yoki relyef o'zgarishi natijasida yuzaga keladigan har qanday buzilishlarni tuzatadi.
• Radiatsiya tuzatish: Yozib olingan raqamli signalni tahlil qilish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan haqiqiy nurlanish qiymatiga aylantiradi, bu esa sensor xususiyatlarining ta'sirini yo'q qiladi.
• Atmosfera tuzatishi: Yer yuzasiga yaqin aks ettirish qobiliyatini olish uchun atmosferaning sochilishi va yutilish effektlarini yo'q qiladi.

2-jadval. Tadqiqotdagi har bir ma'lumotlar to'plami bo'yicha ma'lumot

PRISMA

PRISMA L1 nurlanish ma'lumotlarini yaratish jarayoni radiatsiya, spektral va geometrik parametrlarni yaratish va yangilash uchun tekis maydon chegaralarini tuzatish va qorong'u piksel usullarini o'z ichiga oladi. Keyinchalik, L2 protsessori atmosferada tuzatilgan sirt aks ettirishning yakuniy ma'lumotlarini yaratish uchun L1 yuqori darajadagi atmosfera nurlanish ma'lumotlari va panxromatik polosalardan kirish sifatida foydalanadi.

EnMAP

Ushbu tadqiqotda EnMAP tomonidan ishlatilgan L2 ma'lumotlari Germaniya Aerokosmik Markazi (DLR) tomonidan ishlab chiqilgan Python asosidagi Iqlimni Tozalash Moduli (PACO) yordamida olingan. PACO asosan ATCOR-IDL kodiga asoslangan bo'lsa-da, u o'zining noyob va qat'iy kalibrlash va tasdiqlash protseduralari bilan mashhur. Model avtomatik ravishda quyosh zeniti burchagi va kuzatish o'qidan tashqari burchagi kabi sensor konfiguratsiya parametrlaridan foydalangan holda sahnaga xos biom zichligini, ozon darajasini va faslni aniqlaydi. Keyin bu parametrlar ozon, sirrus va tumanni to'g'rilash uchun ishlatiladi. Jarayon tomonidan yaratilgan natijalar tasvir niqoblari, aerozol optik qalinligi, to'lqin uzunligi xaritalari va past darajadagi atmosfera aks ettirish tasvirlarini o'z ichiga oladi. Yakuniy L2A aks ettirish mahsuloti ushbu natijalarning kombinatsiyasidir. EnMAP shuningdek, sezilarli topografik o'zgarishlarga ega hududlarda ayniqsa muhim bo'lgan kuzatuv burchagi kabi foydalanuvchi tomonidan tanlanadigan bir qator olish parametrlarini taqdim etadi.

EMIT

EMIT giperspektral tasvirlashda potentsial jihatdan sezilarli yutuqni ifodalaydi, bu esa butun VNIR-SWIR spektrini bitta sensorda suratga olish uchun innovatsion detektordan foydalanadi. Ushbu texnologiya NASAning yaqinlashib kelayotgan SBG (Sirt biologiyasi va geologiyasi) missiyalari uchun yangi imkoniyatlarni ochadi va VNIR va SWIR diapazonlari o'rtasidagi tafovutlarni kamaytirishga yordam beradi. EMIT yakuniy aks ettirish mahsulotini yaratish uchun radiatsion uzatish modellashtirish vositalaridan foydalanadi va taxminlarning izchilligini ta'minlash va model tomonidan keltirib chiqarilgan xatolarni kamaytirish uchun radiometrik kalibrlashni amalga oshiradi. Shuningdek, u qisqa to'lqinli (VNIR) kalibrlashni kuzatish uchun sahnadagi yorqin bulut xususiyatlaridan foydalanadi. Bundan tashqari, EMIT oldindan belgilangan kalibrlash protokollarining mutlaq aniqligini baholash uchun boshqa orbitadagi asboblar bilan o'zaro kalibrlashdan foydalanadi. EMITning yangi oldindan ishlov berish ish jarayoni butun hayot aylanishi davomida mahsulot sifatining izchilligini ta'minlaydi. Uning 60 metrlik fazoviy o'lchamlari minerallar va chang oqimlarini xaritalash kabi keng ko'lamli ilmiy missiyalarining ehtiyojlarini samarali qondiradi. EMITning Xalqaro kosmik stansiyada past Yer orbitasida joylashishi yuqori chastotali ma'lumotlarni olish uchun ham imkoniyatlar yaratadi.

HyMap

Havodagi giperspektral ma'lumotlar to'plami 2000 metr balandlikda HyMap sensori yordamida, 5 metrlik fazoviy namunalar olish orqali olindi. Geometrik va radiometrik tuzatishlar ma'lumotlarni olgan HyVista kompaniyasi tomonidan amalga oshirildi. Atmosfera tuzatishlari sirt aks ettirishini baholash uchun kontinental aerozol modeli va o'rta kenglikdagi yozgi atmosfera modelidan foydalanildi, ozon konsentratsiyasi 340 ppm va ko'rinish 75 km deb taxmin qilindi.

Eppembe'dan olingan HyMap sahnasida o'simliklar yamoqlari niqoblangan. Biroq, bu niqoblash boshqa sahnalarda amalga oshirilmagan, chunki 30 metr va 60 metr o'lchamlarda aksariyat piksellarda ba'zi o'simliklar mavjud.

Mualliflar: Chakraborty, R.; Rachdi, I.; Thiele, S.; Booysen, R.; Kirsch, M.; Lorenz, S.; Gloaguen, R.; Sebari, I. Geologik xaritalash uchun sun'iy yo'ldoshga asoslangan giperspektral ma'lumotlarning spektral va fazoviy taqqoslashi. Masofaviy sensorlar. 2024, 16, 2089. https://doi.org/ 10.3390/rs16122089