تخمين محصول عمق نوري هواويز MODIS و بهبود قدرت تفكيك زماني آن‌‌، بر اساس داده‌هاي ماهواره زمين ثابت METEOSAT-9 با استفاده از يادگيري ماشين

كارشناسي ارشد

AOD يكي از پارامترهاي كليدي براي اندازه‌گيري ذرات معلق در هوا است. دو روش اصلي براي تخمين AOD شامل ايستگاه‌هاي زميني AERONET و مشاهدات ماهواره‌اي وجود دارد. ايستگاه‌هاي زميني دقت بالايي دارند اما به دليل توزيع محدود، قادر به تخمين AOD در پوشش وسيع مكاني نيستند. محصولات ماهواره‌اي با پوشش بيشتر و هزينه كمتر، مزاياي بيشتري ارائه مي‌دهند، اما تخمين AOD در اين محصولات وابسته به روش‌هاي فيزيكي است و به داده‌هاي فيزيك زيادي نياز دارد. بنابراين با وجود پيشرفت‌هاي ماهواره‌اي، توسعه روشي كه AOD را در زمان واقعي و با قدرت تفكيك زماني بالا ارائه دهد، همچنان ضروري است. هدف از اين تحقيق، به‌كارگيري يادگيري ماشين و داده‌هاي reflectance ماهواره زمين‌ثابت MSG-2 سنجنده SEVIRI براي بهبود قدرت تفكيك زماني محصول MAIAC-AODسنجنده Terra در دو منطقه مختلف است. در ابتدا به منظور آموزش الگوريتم‌هاي مورد نظر و ارزيابي آن‌ها با ايستگاه‌هاي AERONET، از داده‌هاي كشور ايتاليا استفاده شد. چهار روش يادگيري ماشين كه شامل ماشين بردار پشتيبان، جنگل تصادفي، XGBoost و پرسپترون چندلايه مي‌باشد، برروي ايستگاه‌هاي اين كشور آموزش ديدند. مقايسه نتايج با داده‌هايAERONET نشان داد، روش XGBoost نسبت به ساير روش‌ها عملكرد بهتري دارد. براي بهبود دقت مدل، از داده‌هاي هواشناسي همراه با داده‌هاي reflectance سنجنده SEVIRI استفاده شد كه منجر به بهبود چشم‌گيري در نتايج گرديد. XGBoost با RMSE معادل 0.04 و R² برابر با 0.70 بهترين عملكرد را ارائه داد، در حالي كه SVR با RMSE برابر 0.08 و R² معادل 0.48، ضعيف‌ترين نتايج را نشان داد. براي ارزيابي تعميم‌پذيري زماني، مدل‌هاي آموزش‌ديده با داده‌هاي ساعت 10:30 UTC بررسي شدند. مدل XGBoost در بازه زماني 9:30 (زمان آموزش مدل) داراي R² برابر با 0.8 و ضريب همبستگي 0.87 بود و در زمان 10:30 UTC(زمان ارزيابي مدل براي تعميم زماني)، R² برابر با 0.68 و ضريب همبستگي 0.75 بدست‌آمد. اين نتايج نشان‌دهنده عملكرد برتر XGBoost نسبت به ساير روش‌ها است. مدل‌ها براي استان اصفهان نيز آموزش داده شدند، كه در اين منطقه نيز XGBoost از ديگر روش‌ها برتر بود. در اين منطقه مدل‌هاي مورد نظر با داده‌هاي ساعت07:30 UTC ( زمان عبور ماهوارهTerra ) مورد آموزش قرار گرفتند. سپس به منظر تعميم زماني با داده‌هاي ساعت 10:30 UTC ( زمان عبور ماهوارهAqua ) مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج نشان‌دهنده R² برابر با 0.51 و ضريب همبستگي 0.75 بود.

231411

دانشگاه اصفهان

مهندسي عمران نقشه برداري - سنجش از دور

دكتر مهدي مومني