شماره ركورد
25328
شماره راهنما
MAP2 131
عنوان
تفكيك انواع گپ و ارائه چارچوبي براي انتخاب روش مناسب برخورد با گپها در داده MAIAC AOD
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي نقشه برداري
دانشكده
مهندسي عمران و حمل و نقل
تاريخ دفاع
1404/07/28
صفحه شمار
93 ص.
استاد راهنما
دكتر مهدي مومني شهركي
كليدواژه فارسي
عمق نوري آئروسل , گپ , كريجينگ , وزن دار جغرافيايي , رگرسيون بردار پشتيبان
چكيده فارسي
چكيده
آئروسلها نقش مهمي در سيستم اقليمي زمين و سلامت انسان دارند. عمق نوري آئروسل (AOD) كه ميزان آئروسلها در يك ستون از جو را نشان ميدهد، اهميت ويژهاي در مطالعات كيفيت هوا و ارزيابي اثرات آلودگي هوا بر سلامت انسان دارد. دادههاي ماهوارهاي، به ويژه محصول MAIAC، منبع ارزشمندي براي تحليل AOD هستند. با اين حال، اين دادهها با چالش وجود گپها مواجه هستند كه ناشي از محدوديتهاي سنجش از دور، شرايط سطح زمين، پوشش ابري و محدوديتهاي الگوريتمي است. هدف از انجام اين پژوهش ارائه چارچوب و توصيههايي براي پر كردن گپهاي AODالگوريتم MAIAC با توجه به نوع گپ است. در اين تحقيق گپها بر اساس پرچمهاي كيفيت (QA) محصول MAIAC به سه نوع تقسيم شدند: گپ نوع اول (پيكسلهاي فاقد داده)، گپ نوع دوم (پيكسلهاي با عدم قطعيت بالا) و گپ نوع سوم (لبههاي مصنوعي ناشي از تفاوت مدلهاي منطقهاي). براي براورد مقادير گپها، از روشهاي آماري كريجينگ ، رگرسيون وزني جغرافيايي و يادگيري ماشين XGBoost و SVR استفاده شد. روشهاي رويكرد زمينآماري، در تشخيص توزيع مكاني AOD به خوبي عمل كردند، در حالي كه مدلهاي يادگيري ماشين مانند XGBoost و SVR درك مستقيمي از بعد مكاني نداشته و همسايگيها را بهعنوان ويژگي ورودي لحاظ كردند. نتايج نشان داد XGBoost عملكرد پايداري ارائه ميدهد و كمتر تحت تأثير اندازه همسايگي قرار ميگيرد. SVR در شرايط دادههاي همگن و گپهاي كوچك دقيق است، اما در مواجهه با گپهاي بزرگ يا دادههاي پراكنده دچار افت عملكرد ميشود. روش GWR حساسيت بالايي به اندازه همسايگي دارد؛ در سناريوهاي با دادههمسايگي كمتر، پايداري و دقت آن كاهش مييابد. روش كريجينگ عملكردي پايدار و مقاوم ارائه كرده و حتي در گپهاي بزرگ و شرايط ناهمگن AOD، خطاي كنترلشدهاي دارد و درصد بالايي از پيشبينيها در محدوده خطاي مورد انتظار قرار گرفتند. در گپ نوع دوم، نتايج نشان داد كه تنها روش XGBoost قادر به پر كردن اين گپ است. شبيهسازيها و ارزيابيها بيان كردند كه براورد اين گپ نيز تحت تأثير شرايط مكاني و ميزان آلودگي منطقه است. يافتهها نشان ميدهد با توجه به ماهيت دادهها و نوسانات مكاني، پر كردن گپهاي AOD با دقت بالا امكانپذير است و انتخاب روش مناسب بايد بر اساس نوع گپ، پراكندگي دادهها و شرايط مكاني انجام شود. در نهايت، براي گپهاي كوچك تمام روشها دقت خوبي دارند، اما براورد گپهاي بزرگتر از 10 كيلومتر توصيه نميشود.
كليدواژهها: عمق نوري آئروسل ، گپ، كريجينگ، رگرسيون وزن دار جغرافيايي، رگرسيون بردار پشتيبان.
كليدواژه لاتين
AOD , Gap , XGBoost , SVR , GWR , Kriging
عنوان لاتين
Categorization of Gap Types and Development of a Framework for selecting Appropriate Gap-Filling Methods in MAIAC AOD Data
گروه آموزشي
مهندسي نقشه برداري
چكيده لاتين
Abstract
Aerosols play an important role in the Earthʹs climate system and human health. AOD, which represents the amount of aerosols in a column of the atmosphere, has special importance in air quality studies and in assessing the effects of air pollution on human health. Satellite data, especially the MAIAC product, are a valuable source for AOD analysis. However, these data face the challenge of gaps caused by remote sensing limitations, surface conditions, cloud cover, and algorithmic constraints. The aim of this study is to provide a framework and recommendations for filling the AOD gaps in the MAIAC algorithm considering the type of gap. The gaps were classified into three types based on the quality flags (QA) of the MAIAC product: type I gaps (pixels without data), type II gaps (pixels with high uncertainty), and type III gaps, corresponding to spurious edges caused by differences in regional models. In this research, simulations were conducted to evaluate AOD values for all three gap types.
To estimate the gap values, statistical methods such as Kriging and GWR and machine learning methods such as XGBoost and SVR were used. Geostatistical approaches captured the spatial distribution of AOD, while machine learning models such as XGBoost and SVR did not have a direct understanding of the spatial dimension and considered the neighborhoods as input features.
The results showed that XGBoost provided stable performance and was less affected by the size of the neighborhood. SVR was accurate in homogeneous data conditions and small gaps, but its performance declined when dealing with large gaps or sparse data. The GWR method was highly sensitive to neighborhood size; in scenarios with fewer neighboring data points, its stability and accuracy decreased. The Kriging method provided stable and robust performance and, even in large gaps and heterogeneous AOD conditions, maintained a controlled error and a high percentage of predictions within the expected error range.
In type II gaps, the results showed that only the XGBoost method was able to fill these gaps. Simulations and evaluations indicated that the estimation of these gaps was also influenced by spatial conditions and the level of regional pollution.
The findings indicate that given the nature of the data and spatial variability, filling AOD gaps with high accuracy is possible, and the choice of the appropriate method should be based on the type of gap, data distribution, and spatial conditions. Finally, for small gaps, all methods performed well, but estimating gaps larger than 10 km² is not recommended.
Keywords: AOD, Gap, XGBoost, SVR, GWR, Kriging
تعداد فصل ها
5 فصل
فهرست مطالب pdf
150049
نويسنده