• شماره ركورد
    24746
  • شماره راهنما
    MAP3 18
  • عنوان

    بررسي و مدلسازي رطوبت خاك بدست آمده از سيگنال¬هاي بازتابي جي ان اس اس: مقايسه روش¬هاي تجربي و نيمه تجربي

  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • رشته تحصيلي
    مهندسي عمران نقشه برداري - ژئودزي
  • دانشكده
    مهندسي عمران و حمل و نقل
  • تاريخ دفاع
    1404/03/19
  • صفحه شمار
    85 ص .
  • استاد راهنما
    دكتر جمال عسگري , دكتر ميلاد عسگري مهر
  • استاد مشاور
    پروفسور ينس ويكرت
  • كليدواژه فارسي
    رطوبت خاك , بازتاب سنجي GNSS , ماموريت CYGNSS , ناهمواري سطح , عمق نوري پوشش گياهي
  • چكيده فارسي
    اخيراً، تكنيك نوآورانه سنجش از دور بازتاب سنجي GNSS (GNSS-R) به طور فزاينده‌اي در كاربردهاي مختلف هيدرولوژيكي مورد استفاده قرار گرفته است. اين تكنيك با استفاده از سيگنال‌هاي سيستم‌هاي ناوبري جهاني ماهواره‌اي (GNSS) كه از سطح زمين بازتاب مي‌شوند، عمل مي‌كند. ماموريت ماهواره‌اي Cyclone Global Navigation Satellite System (CYGNSS) يكي از ماموريت‌هاي فعال و در دسترس در زمينه‌ي استفاده از اين تكنيك به شمار مي‌رود. با وجود پتانسيل بالاي اين ماموريت در پايش رطوبت خاك و وضعيت پوشش گياهي، ناهمواري سطح زمين به طور قابل توجهي حساسيت اندازه‌گيري‌هايCYGNSS به تغييرات اين متغيرها را كاهش مي‌دهد. با اين حال، تاكنون هيچ مجموعه‌داده‌ي جهاني دقيقي براي پارامتر ناهمواري سطح خاك به منظور تصحيح اين اثر منفي در دسترس نبوده است. در اين پژوهش، براي نخستين بار مجموعه‌داده‌اي جهاني از تأثير ناهمواري سطح بر مشاهدات CYGNSS، با هدف بهبود دقت در برآورد رطوبت خاك و پوشش گياهي، توليد شد. براي اين منظور، از يك مدل نيمه‌تجربي به نامL-MEB، كه تأثير ناهمواري سطح و پوشش گياهي را بر سيگنال‌هاي CYGNSS مدل‌سازي مي‌كند، استفاده گرديد. از آنجا كه جداسازي اثر ناهمواري سطح و پوشش گياهي در عمل دشوار است، ابتدا تأثير اين دو عامل در يك متغير تركيبي به نام VR ادغام شد. سپس مقدار VR با استفاده از مشاهدات CYGNSS برآورد گرديد. در مرحله‌ي بعد، سهم ناهمواري سطح از VR با بهره‌گيري از شاخص برگ و با فرض رابطه‌اي خطي ميان آن و عمق نوري پوشش گياهي استخراج شد. ارزيابي نتايج نشان داد كه مقدار برآوردشده‌ي پارامتر ناهمواري سطح توسط CYGNSS به‌طور قابل توجهي از مقدار متناظر ارائه‌شده توسط مأموريت اسمپ بزرگ‌تر است. در بخش دوم اين پژوهش، مشاهدات CYGNSS با استفاده از اطلاعات برآوردشده از ناهمواري سطح تصحيح شدند و در ادامه براي برآورد هم‌زمان عمق نوري پوشش گياهي و رطوبت خاك به كار گرفته شدند. بدين منظور، مدل L-MEB و سه الگوريتم يادگيري ماشين با نظارت شامل شبكه عصبي مصنوعي ، جنگل تصادفي و XGBoost مورد استفاده قرار گرفتند و عملكرد آن‌ها مقايسه شد. نتايج حاصل نشان‌دهنده‌ي پتانسيل بالاي تركيب CYGNSS و پارامتر ناهمواري سطح در پايش تغييرات مكاني رطوبت خاك مأموريت اسمپ و عمق نوري پوشش گياهي مأموريت اسموس در منطقه CONUS است. در اين ميان، الگوريتم‌هاي يادگيري ماشين نسبت به مدل نيمه‌تجربي عملكرد بهتري از خود نشان دادند؛ به‌ويژه الگوريتم XGBoost كه داراي دقت بالاتري در برآورد هم‌زمان پارامترهاي مدنظر بود.
  • كليدواژه لاتين
    GNSS Reflectometry , Soil Moisture(SM) , Vegetation Optical Depth , Surface roughness , CYGNSS mission
  • عنوان لاتين
    Investigation an‎d modeling of soil moisture using GNSS reflected signals: comparison of empirical an‎d semi-empirical methods
  • گروه آموزشي
    مهندسي نقشه برداري
  • چكيده لاتين
    Recently, the innovative GNSS Reflectometry (GNSS-R) remote sensing technique has been increasingly used in various hydrological applications. This technique operates by utilizing signals from Global Navigation Satellite Systems (GNSS) that are reflected off the Earthʹs surface. The Cyclone Global Navigation Satellite System (CYGNSS) satellite mission is one of the operational GNSS-R missions. Despite its high potential for monitoring soil moisture an‎d vegetation status, rough surfaces significantly reduce the sensitivity of CYGNSS measurements to variations in these variables. Until now, no precise global dataset for soil surface roughness has been available to correct this negative effect. In this research, for the first time, a global dataset on the impact of surface roughness on CYGNSS observations was developed to improve the accuracy of soil moisture an‎d vegetation statue estimates derived from CYGNSS data. To achieve this, a semi-empirical method (L-MEB) was used to model the effects of surface roughness an‎d vegetation on CYGNSS observations. However, since separating the influence of surface roughness from vegetation in practice is challenging, these two factors were initially combined into a variable named VR. This new variable was then estimated using CYGNSS observations. Ultimately, the contribution of surface roughness to VR values was isolated using the Leaf Area Index (LAI) parameter an‎d assuming a linear relationship between this variable an‎d the vegetation optical depth. The eva‎luation showed that the CYGNSS mission’s surface roughness parameter was larger than the corresponding value provided by the SMAP mission. Additionally, in the second part of this dissertation, CYGNSS observations were corrected using the estimated effects of surface roughness an‎d applied to simultaneously estimate the vegetation optical depth an‎d soil moisture. For this purpose, the L-MEB model an‎d three supervised machine learning algorithms (ANN, RF, XGB) were used, an‎d their performances were compared. Our results indicate the potential of CYGNSS observations an‎d the estimated surface roughness parameter in monitoring spatial variations in SMAP soil moisture an‎d SMOS vegetation optical depth across the CONUS. Among the semi-empirical an‎d machine learning methods, the latter demonstrated superior performance, with the XGBoost (XGB) algorithm outperforming the others. Keywords: Soil Moisture(SM), GNSS Reflectometry, CYGNSS mission, Surface
  • تعداد فصل ها
    9
  • فهرست مطالب pdf
    135280
  • نويسنده

    رحماني، مينا