:: دوره 12، شماره 3 - ( 9-1403 ) ::
جلد 12 شماره 3 صفحات 24-1 برگشت به فهرست نسخه ها
باز‌تعقیب شکل موج‌های مغشوش مشاهدات ارتفاع‌سنجی ماهواره سنتینل- 3 آ در مناطق ساحلی با الگوریتمی بر پایه تابع لجستیک (مطالعه موردی: شمال شرقی سواحل استونی)
آرش امینی* ، بهزاد وثوقی ، مسعود فاطمی ، پریسا آگار ، محمود پیروزنیا
دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
چکیده:   (2145 مشاهده)
به‌کارگیری تکنیک ارتفاع­سنجی ماهواره­ای به­منظور پایش ارتفاعی آب­های ساحلی مستلزم بهره­گیری از روش­های باز تعقیب شکل موج است. این الزام به دلیل تفاوت شکل موج اقیانوسی ایده آل و شکل موج­ های ساحلی مغشوش ناشی از عواملی چون عمق کم، وجود عوارض غیر­آبی و ردپای بزرگ ارتفاع­سنج ایجاد می­شود. در این راستا، در پژوهش حاضر روش باز تعقیبی مبتنی بر تابع لجستیک به دلیل توافق هندسی و پارامتری این تابع با شکل موج­های ارتفاع­سنجی ماهواره­ای معرفی‌شده است. این تابع با دو رویکرد تحلیلی (معادل با یک باز تعقیب گر ریاضیاتی) بر اساس برازش ریاضیاتی تابع به اولین موجک معنادار شکل موج و رویکرد عددی (معادل با یک باز تعقیب گر تجربی)  بر­ اساس انتخاب گیت باز تعقیب بهینه که به ازای آن تابع بیشترین همبستگی را با اولین موجک معنادار داشته باشد، مورد ارزیابی قرارگرفته است. علاوه بر روش پیشنهادی، رویکرد­های باز تعقیب کل شکل موج اصلی، شکل موج میانگین، شکل موج با بیشترین همبستگی با استفاده از الگوریتم حد آستانه، تعقیب گر و باز تعقیب گر­های موجود در داده­های سطح دو نیز پیاده­سازی شده­اند. به­منظور بررسی کارایی روش پیشنهادی، پایش ارتفاعی شمال شرقی سواحل استونی درگذر عبوری شماره 72 مأموریت سنتینل3آ با برداشت در حالت رادار دهانه­مصنوعی از دوره 4 الی 45 معادل با بازه زمانی 08/05/2016 الی 20/05/2019، صورت گرفت. سری زمانی ارتفاع آب حاصل از رویکرد­های باز تعقیب مورد بررسی با استفاده از داده­های ارتفاع آب ایستگاه نوسان نگار محلی و پارامتر جذر خطای مربعی متوسط (RMSE) ارزیابی شدند. نتایج مقدار rmse را برای رویکرد کل شکل موج اصلی 13 سانتی­متر، شکل موج میانگین 30 سانتی­متر، شکل موج با بیشترین همبستگی 21 سانتی­متر به ازای حد آستانه بهینه و باز تعقیب گر بهینه سطح دو 18 سانتی­متر، رویکرد تحلیلی تابع لجستیک 11 سانتی­متر و رویکرد عددی تابع لجستیک 8 سانتی­متر را معرفی کردند. نتایج ضمن بیان کارایی بهینه رویکرد عددی نسبت به رویکرد تحلیلی تابع لجستیک، برتری این روش پیشنهادی را نسبت به سایر رویکرد­های باز تعقیب شکل موج مورد ­بررسی در این پژوهش نشان می­دهد. از­این­رو تابع لجستیک را می­توان به­عنوان یک باز تعقیب گر کارا در دو جنبه ریاضیاتی و تجربی شناخته و در پایش ارتفاعی نواحی ساحلی مورد­استفاده قرار­ داد.
 
واژه‌های کلیدی: واژه‌های کلیدی: ارتفاع­ سنجی ماهواره‌ای، مناطق ساحلی، رادار با دهانه­ مصنوعی، باز تعقیب شکل موج، تابع لجستیک
متن کامل [PDF 1710 kb]   (248 دریافت)    
نوع مطالعه: پژوهشي | موضوع مقاله: ژئودزی (عمومی)
دریافت: 1401/11/13 | پذیرش: 1402/4/20 | انتشار الکترونیک پیش از انتشار نهایی: 1403/5/16 | انتشار: 1403/11/14
فهرست منابع
1. [1] Y. Jia, K. Xiao, M. Lin, and X. Zhang, "Analysis of Global Sea Level Change Based on Multi-Source Data," Remote Sensing, vol. 14, no. 19, p. 4854, 2022. [Online]. Available: https://www.mdpi.com/2072-4292/14/19/4854.
2. [2] J. M. Magalhaes et al., "Using a Tandem Flight Configuration between Sentinel-6 and Jason-3 to Compare SAR and Conventional Altimeters in Sea Surface Signatures of Internal Solitary Waves," Remote Sensing, vol. 15, no. 2, p. 392, 2023. [Online]. Available: https://www.mdpi.com/2072-4292/15/2/392
3. [3] P. Cipollini, F. M. Calafat, S. Jevrejeva, A. Melet, and P. Prandi, "Monitoring Sea Level in the Coastal Zone with Satellite Altimetry and Tide Gauges," Surveys in Geophysics, vol. 38, no. 1, pp. 33-57, 2017/01/01 2017, doi :10.1007/s10712-016-9392-0.
4. [4] S. Roohi, A. Amini, B. Voosoghi, and D. Battles, "Lake monitoring from a combination of multi copernicus missions: sentinel-1 A and B and Sentinel3A," J Hydrogeol Hydrol Eng, vol. 8, no. 3, 2019.
5. [5] Z. Hong, J. Yang, S. Liu, Y. Jia, C. Fan, and W. Cui, "Coastal Waveform Retracking for HY-2B Altimeter Data by Determining the Effective Trailing Edge and the Low Noise Leading Edge," Remote Sensing, vol. 14, no. 19, p. 5026, 2022. [Online]. Available: https://www.mdpi.com/2072-4292/14/19/5026.
6. [6] S. Vignudelli et al., "Satellite Altimetry Measurements of Sea Level in the Coastal Zone," Surveys in Geophysics, vol. 40, no. 6, pp. 1319-1349, 2019/11/01 2019, doi: 10.1007/s10712-019-09569-1.
7. [7] H. Wang and Z. Huang, "Waveform Decontamination for Improving Satellite Radar Altimeter Data Over Nearshore Area: Upgraded Algorithm and Validation," (in English), Frontiers in Earth Science, Original Research vol. 9, 2021-September-21 2021, doi: 10.3389/feart.2021.748401.
8. [8] N. H. Idris, "Regional validation of the Coastal Altimetry Waveform Retracking Expert System (CAWRES) over the largest archipelago in Southeast Asian seas," International Journal of Remote Sensing, vol. 41, no. 15, pp. 5680-5694, 2020/08/02 2020, doi: 10.1080/01431161.2019.1681605.
9. [9] C. Gommenginger et al., "Retracking Altimeter Waveforms Near the Coasts," in Coastal Altimetry, S. Vignudelli, A. G. Kostianoy, P. Cipollini, and J. Benveniste Eds. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2011, pp. 61-101.
10. [10] T. V. Martin, H. J. Zwally, A. C. Brenner, and R. A. Bindschadler, "Analysis and retracking of continental ice sheet radar altimeter waveforms," Journal of Geophysical Research: Oceans, vol. 88, no. C3, pp. 1608-1616, 1983, doi: [DOI:10.1029/JC088iC03p01608]
11. [11] D. J. Wingham, C. Rapley, and H. D. Griffiths, "NEW TECHNIQUES IN SATELLITE ALTIMETER TRACKING SYSTEMS," 1986.
12. [12] C. H. Davis, "Growth of the Greenland ice sheet: a performance assessment of altimeter retracking algorithms," IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 33, no. 5, pp. 1108-1116, 1995, doi: 10.1109/36.469474.
13. [13] H. Lee et al., "Validation of Jason-2 Altimeter Data by Waveform Retracking over California Coastal Ocean," Marine Geodesy, vol. 33, no. sup1, pp. 304-316, 2010/08/16 2010, doi: 10.1080/01490419.2010.488982.
14. [14] K. H. Tseng et al., "The Improved Retrieval of Coastal Sea Surface Heights by Retracking Modified Radar Altimetry Waveforms," IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 52, no. 2, pp. 991-1001, 2014, doi: 10.1109/TGRS.2013.2246572..
15. [15] S. Roohi, N. Sneeuw, J. Benveniste, S. Dinardo, E. A. Issawy, and G. Zhang, "Evaluation of CryoSat-2 water level derived from different retracking scenarios over selected inland water bodies," Advances in Space Research, vol. 68, no. 2, pp. 947-962, 2021/07/15/ 2021, doi: [DOI:10.1016/j.asr.2019.06.024]
16. [16] A. Amini, P. Agar, M. Mostafavi, A. Sabilian, and S. Roohi, A New Approach of Waveform Re-Tracking for Monitoring Sea Surface Topography in the Strait of Hormuz, Modern Geomatics Technologies and Applications,Tabriz,Iran,2021
17. [17] R. Deakin, "The Logistic Function," 2018.
18. [18] R. A. Ramos, "LOGISTIC FUNCTION AS A FORECASTING MODEL: IT'S APPLICATION TO BUSINESS AND ECONOMICS," 2013.
19. [19] P. A. Mensah, W. Obeng-Denteh, K. B. Gyamfi, M.-A. M. Shior, and B. C. Agbata, "On the study of chaotic behavior using the logistic function," Science World Journal, vol. 16, no. 4, pp. 452-454, 2021.
20. [20] Y. Yamak, M. Kılıçaslan, and R. Demirci, "Image Filter With Logistic Functions," in 2020 4th International Symposium on Multidisciplinary Studies and Innovative Technologies (ISMSIT), 22-24 Oct. 2020 2020, pp. 1-5, doi: 10.1109/ISMSIT50672.2020.9255100.
21. [21] D. B. Chelton, J. C. Ries, B. J. Haines, L.-L. Fu, and P. S. Callahan, "Chapter 1 Satellite Altimetry," in International Geophysics, vol. 69, L.-L. Fu and A. Cazenave Eds.: Academic Press, 2001, pp. 1-ii.
22. [22] R. Arabsahebi, B. voosoghi, and M.-J. Tourian, "Sensitivity Analysis of Brown Model Waveform in Radar Altimetry," (in eng), Journal of Geospatial Information Technology, Research vol. 8, no. 2, pp. 21-38, 2020, doi: 10.29252/jgit.8.2.21.
23. [23] R. Arabsahebi, B. Voosoghi, and M. J. Tourian, "The Inflection-Point Retracking Algorithm: Improved Jason-2 Sea Surface Heights in the Strait of Hormuz," Marine Geodesy, vol. 41, no. 4, pp. 331-352, 2018/07/04 2018, doi: 10.1080/01490419.2018.1448029.
24. [24] C. Kuo, T. Yang, H. Kao, C. Wang, W. Lan, and H. Tseng, "Improvement of Envisat Altimetric Measurements in Taiwan Coastal Oceans by a Developed Waveform Retracking System," Journal of Environmental Informatics, vol. 31, no. 1, 2018.
25. [25] M. J. Fernandes and C. Lázaro, "Independent Assessment of Sentinel-3A Wet Tropospheric Correction over the Open and Coastal Ocean," Remote Sensing, vol. 10, no. 3, p. 484, 2018. [Online]. Available: https://www.mdpi.com/2072-4292/10/3/484.
26. [26] J. Yuan, J. Guo, Y. Niu, C. Zhu, Z. Li, and X. Liu, "Denoising Effect of Jason-1 Altimeter Waveforms with Singular Spectrum Analysis: A Case Study of Modelling Mean Sea Surface Height over South China Sea," Journal of Marine Science and Engineering, vol. 8, no. 6, p. 426, 2020. [Online]. Available: https://www.mdpi.com/2077-1312/8/6/426.
27. [27] S. Roohi, "Performance evaluation of different satellite radar altimetry missions for monitoring inland water bodies," Ph.D. Thesis, University of Stuttgart, 2017.
28. [28] C. Hwang, J. Guo, X. Deng, H.-Y. Hsu, and Y. Liu, "Coastal Gravity Anomalies from Retracked Geosat/GM Altimetry: Improvement, Limitation and the Role of Airborne Gravity Data," Journal of Geodesy, vol. 80, no. 4, pp. 204-216, 2006/07/01 2006, doi: 10.1007/s00190-006-0052- x
29. [29] G. Rządkowski and L. Sobczak, "A generalized logistic function and its applications," Foundations of Management, vol. 12, no. 1, pp. 85-92, 2020.
30. [30] EUMETSAT, "Sentinel-3 SRAL Marine User Handbook," 2017.
31. [31] N. H. Idris, S. Vignudelli, and X. Deng, "Assessment of retracked sea levels from Sentinel-3A Synthetic Aperture Radar (SAR) mode altimetry over the marginal seas at Southeast Asia," International Journal of Remote Sensing, vol. 42, no. 4, pp. 1535-1555, 2021/02/16 2021, doi: 10.1080/01431161.2020.1836427.
32. [32] G. D. Quartly et al., "The Roles of the S3MPC: Monitoring, Validation and Evolution of Sentinel-3 Altimetry Observations," Remote Sensing, vol. 12, no. 11, p. 1763, 2020. [Online]. Available: https://www.mdpi.com/2072-4292/12/11/1763.
33. [33] C. Donlon et al., "The Global Monitoring for Environment and Security (GMES) Sentinel-3 mission," Remote Sensing of Environment, vol. 120, pp. 37-57, 2012/05/15/ 2012, doi: [DOI:10.1016/j.rse.2011.07.024]
34. [34] M. Mostafavi, N. Delpeche-Ellmann, and A. Ellmann, "Accurate Sea Surface heights from Sentinel-3A and Jason-3 retrackers by incorporating High-Resolution Marine Geoid and Hydrodynamic Models," Journal of Geodetic Science, vol. 11, no. 1, pp. 58-74, 2021, doi: doi:10.1515/jogs-2020-0120.
35. [35] A. Liibusk, T. Kall, S. Rikka, R. Uiboupin, Ü. Suursaar, and K.-H. Tseng, "Validation of Copernicus Sea Level Altimetry Products in the Baltic Sea and Estonian Lakes," Remote Sensing, vol. 12, no. 24, p. 4062, 2020. [Online]. Available: https://www.mdpi.com/2072-4292/12/24/4062.
36. [36] F. Leberl, "Observations and Least Squares: Edward M. Mikhail, with contributions by F. Ackermann. Dun-Donelly, New York, NY, 1976, 497 pp., hard cover, US $25.00," ed: Elsevier, 1978.
37. [37] C. L. Satellites, "Surface Topography Mission (STM) SRAL/MWR L2 Algorithms Definition, Accuracy and Specification," Ramonville St-Agne, France, 2011.
38. [38] Roohi, S., "Capability of pulse-limited satellite radar altimetry to monitor inland water bodies" Master Thesis, University of Stuttgart, 2015.



XML   English Abstract   Print



بازنشر اطلاعات
Creative Commons License این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است.
دوره 12، شماره 3 - ( 9-1403 ) برگشت به فهرست نسخه ها