• شماره ركورد
    25377
  • شماره راهنما
    MAP3 22
  • عنوان

    شناسايي نقطه تغيير در سري‌هاي زماني حاصل از تداخل‌سنجي راداري با استفاده از شبكه عصبي عميق، منطقه مطالعاتي: قاره اروپا

  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • رشته تحصيلي
    مهندسي نقشه برداري- فتوگرامتري
  • دانشكده
    مهندسي عمران و حمل و نقل
  • تاريخ دفاع
    1404/09/11
  • صفحه شمار
    185 ص .
  • استاد راهنما
    مهران ستاري آبروي
  • كليدواژه فارسي
    تداخل‌سنجي راداري , شناسايي نقطه تغيير , سري‌هاي زماني , يادگيري عميق , شبكه‌هاي عصبي
  • چكيده فارسي
    سطح زمين همواره تحت‌تأثير فرآيندهاي طبيعي و انساني دچار تغيير شكل مي‌شود و اين تغييرات مي‌توانند منشأ مخاطرات جدي زمين‌ساختي و محيطي باشند. در اين ميان، تكنيك تداخل‌سنجي راداري با دهانه مصنوعي به‌عنوان ابزاري كليدي براي پايش دقيق و مستمر جابه‌جايي‌هاي سطحي در مقياس‌هاي وسيع، به‌ويژه با بهره‌گيري از داده‌هاي ماهواره‌هايي نظير سنتينل-1، جايگاهي ويژه در علوم زمين يافته است. بااين‌حال، شناسايي خودكار و دقيق نقاط تغيير در سري‌هاي زماني جابه‌جايي تداخل¬سنجي راداري با چالش‌هاي متعددي نظير نويز بالا، رفتارهاي غيرخطي، وجود گپ‌هاي زماني و ناهمگني نمونه‌برداري روبه‌رو است؛ چالش‌هايي كه موجب محدوديت جدي در كارايي روش‌هاي كلاسيك شده‌اند. هدف اصلي اين رساله، توسعه چارچوبي جامع مبتني بر يادگيري عميق براي شناسايي خودكار نقاط تغيير در سري‌هاي زماني تداخل¬سنجي راداري است. در اين راستا، ابتدا مجموعه‌اي از داده‌هاي مصنوعي واقع‌گرايانه با مدل‌سازي مؤلفه‌هاي روند (خطي و موجي)، نويزهاي مختلف (گوسي، پواسون و سفيد) و رفتارهاي فصلي شش‌ماهه و دوازده‌ماهه توليد شد. سپس به‌منظور افزايش دقت، فرآيند فيلترينگ خودكار با استفاده از شبكه پرسپترون چندلايه، الگوريتم تطبيق زماني پويا و خوشه‌بندي مبتني بر چگالي طراحي و پياده‌سازي گرديد. بر پايه اين داده‌ها، چهار معماري يادگيري عميق توسعه يافت: MLPبراي سرعت و سادگي، MALkCNN با هسته‌هاي پيچشي بزرگ براي استخراج روندهاي كلان، ATGLSTM با مكانيزم Time-Gating و Attention براي مديريت نويز و گپ‌هاي داده‌اي و CNN-LSTM براي مدل‌سازي وابستگي‌هاي پيچيده مكاني–زماني. اعتبارسنجي چارچوب پيشنهادي بر روي داده‌هاي مصنوعي و واقعي از مناطق ژئوديناميكي فعال اروپا (آلمان، ايتاليا، ايسلند و كالدراي آتش‌فشاني كامپي فلگرئي) نشان داد كه مدل‌ها از دقت و پايداري بالايي برخوردارند. نتايج كمي بيانگر آن است كه: MLP باوجود ساختار ساده به‌دقت 97٪ و كاهش 9 برابري هزينه محاسباتي دست يافت؛ MALkCNN امتياز F1≈0.98 و سرعتي 7 برابر بيشتر از TG-LSTM را ثبت كرد؛ ATGLSTM پايداري قابل‌توجهي در برابر گپ‌ها و نويز نشان داد و در داده‌هاي واقعي ايسلند F1در حدود 72 ٪ به دست آورد؛ و CNN-LSTM با دقت بيش از 95٪ و همبستگي پيرسون 0٫88 و 0٫85 با داده‌هاي GNSS در كمپين فلگرئي عملكردي بسيار معتبر از خود نشان داد. اين دستاوردها نشان مي‌دهند كه چارچوب پيشنهادي نه‌تنها بر محدوديت‌هاي روش‌هاي كلاسيك غلبه كرده است، بلكه باقابليت تعميم‌پذيري به داده‌هاي متنوع و شرايط سخت مي‌تواند به‌عنوان پايه‌اي علمي و عملي براي توسعه سامانه‌هاي پايش خودكار تغيير شكل زمين و سامانه‌هاي هشدار زودهنگام در مناطق پرخطر به‌كار گرفته شود.
  • كليدواژه لاتين
    InSAR , Change Point Detection , Time Series , Deep Learning , Neural Networks
  • عنوان لاتين
    Change Point Detection (CPD) in InSAR Time Series using Deep Neural Networks, Case study: Europe Continent
  • گروه آموزشي
    مهندسي نقشه برداري
  • چكيده لاتين
    The Earth’s surface is continuously deformed by natural an‎d anthropogenic processes, an‎d such deformations can potentially evolve into severe geohazards. Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) has emerged as a key geodetic technique for precise an‎d frequent monitoring of ground displacements over large spatial scales, particularly with the advent of spaceborne constellations such as Sentinel-1. Nevertheless, the automatic an‎d robust detection of change points (CPs) in InSAR displacement time series remains highly challenging due to the presence of severe atmospheric noise, non-linear deformation patterns, data gaps, an‎d irregular sampling intervals. These limitations substantially constrain the performance of conventional statistical an‎d model-based approaches. The primary objective of this dissertation is to develop a comprehensive deep learning–based framework for automatic change point detection (CPD) in InSAR time series. To this end, a novel synthetic data generation pipeline was designed that realistically models’ displacement trends (linear an‎d Mogi-type), seasonal components (semi-annual an‎d annual sinusoidal signals), an‎d multiple types of noise (Gaussian, Poisson, an‎d white). To ensure realism an‎d avoid manual intervention, an automated filtering procedure was implemented using a Multi-Layer Perceptron (MLP), Dynamic Time Warping (DTW), an‎d DBSCAN clustering. Building upon this foundation, four advanced deep neural architectures were developed: MLP, providing computational simplicity an‎d efficiency; MALkCNN, a large-kernel convolutional neural network optimized for extracting long-term trends an‎d reducing local fluctuations; ATGLSTM, an Attention–Time-Gated LSTM designed to maintain robustness under noisy an‎d gap-filled conditions; an‎d CNN–LSTM, a hybrid architecture that leverages convolutional layers for spatial feature extraction an‎d LSTM units for temporal dependency modeling. The proposed models were validated on both synthetic datasets an‎d real-world InSAR time series acquired over geodynamically active regions in Europe, including Germany, Italy (Campi Flegrei caldera), an‎d Icelan‎d. Quantitative eva‎luations demonstrated outstan‎ding performance: MLP achieved ~97% accuracy while reducing computational cost by nearly an order of magnitude compared to deeper models. MALkCNN reached an F1-score of ≈0.98 on synthetic data an‎d ≈83% on real data, operating ~7× faster than the TG-LSTM baseline. ATGLSTM maintained high stability in gap-affected an‎d noisy datasets, yielding F1 ≈72% on Icelan‎dic time series. CNN–LSTM attained ‎>95% accuracy on synthetic benchmarks an‎d strong correlations with GNSS records at Campi Flegrei (Pearson’s ρ = 0.88 for ascending an‎d ρ = 0.85 for descending tracks). These results confirm that the proposed deep learning framework substantially outperforms classical approaches in terms of detection accuracy, robustness to data irregularities, an‎d computational scalability. Moreover, the models produced spatio-temporal change maps consistent with known geophysical processes such as magma migration, hydrothermal pressurization, an‎d isostatic adjustment, thereby bridging computational advances with geophysical interpretation. Overall, this dissertation demonstrates that advanced deep learning architectures, when trained on realistic synthetic datasets an‎d validated against independent geodetic observations, constitute a powerful an‎d scalable solution for automatic, reliable, an‎d near-real-time CPD in InSAR time series. The framework not only advances methodological research in radar remote sensing but also provides a practical foundation for the development of operational early-warning systems for volcanic unrest, subsidence, an‎d other geohazards.
  • تعداد فصل ها
    7
  • فهرست مطالب pdf
    150630
  • نويسنده

    فخري، سيداريا