جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه "sentinel-5" در نشریات گروه "عمران"
تکرار جستجوی کلیدواژه «sentinel-5» در نشریات گروه «فنی و مهندسی»-
نشریه پژوهش های سنجش از دور و اطلاعات مکانی، سال دوم شماره 1 (پیاپی 3، زمستان 1402 و بهار 1403)، صص 127 -140پیشینه و اهداف
هر کشوری به خاک به عنوان یک منبع طبیعی حیاتی، متکی است که به طور قابل توجهی در حفظ محیط زیست و تولید مواد غذایی کمک می کند. تهیه نقشه توزیع عناصر غذایی خاک به عنوان یک ابزار ارزشمند برای تصمیم گیری مدیران عمل می کند. با توجه به ماهیت زمان بر و پرهزینه آنالیز آزمایشگاهی برای این متغیرها در مقیاس بزرگ، تلاش هایی برای کاوش نیتروژن خاک از طریق سنجش از دور انجام شده است. پژوهش حاضر، به کاربرد روش های سنجش از دور همراه با مدل های رگرسیون و تصادفی جنگل برای پیش بینی نیتروژن کل خاک در استان گیلان می پردازد. این مطالعه، با هدف پاسخ به دو سوال اصلی انجام شد: (1) آیا می توان از داده های SAR برای تعیین مقدار نیتروژن کل خاک استفاده کرد؟ (ب) الگوریتم های ماشین بردار پشتیبانی (SVM)، درخت رگرسیون تقویت شده (BRT) و جنگل تصادفی (RF) در پیش بینی محتوای نیتروژن خاک چگونه عمل می کنند؟
روش هااین مطالعه بر ارزیابی قابلیت های داده ای ماهواره های Landsat-9 و Sentinel-1 به صورت جداگانه و ترکیبی، با استفاده از الگوریتم های پیشرفته مانند SVM، RF و BRT متمرکز شد.. نمونه برداری هدفمند به صورت استراتژیک انجام شد تا شرایط متنوع منطقه مورد مطالعه را بر اساس پوشش زمین/ کاربری زمین، پارامترهای اقلیمی و توپوگرافیکی نشان دهد. متغیرهای مختلف، از جمله پارامترهای آب وهوایی، اجزای توپوگرافی، و شاخص های زیرگروه سنجش از دور، در ارتباط با داده های SAR و تصاویر نوری مورد بررسی قرار گرفتند. الگوریتم های یادگیری ماشین غیرخطی، به ویژه SVM، RF و BRT برای پیش بینی وضعیت نیتروژن کل خاک با مدل سازی روابط پیچیده بین خواص خاک و متغیرهای محیطی مورد استفاده قرار گرفتند. نرم افزار R، با استفاده از بسته CARET برای ورودی پارامتر، برای پیاده سازی الگوریتم استفاده شد.
یافته هانتایج، حاکی از موارد زیر بود: عملکرد الگوریتم های RF و BRT از SVM پیشی گرفت و در پایش مقادیر نیتروژن کل خاک موثر بود، تصاویر SAR چند زمانی دقت بالاتری را در نظارت بر محتوای نیتروژن کل خاک در مقایسه با داده های سنجش از دور نوری نشان دادند و پیش بینی های واقعی تر را در خاک های شالیزاری تسهیل کردند، ادغام متغیرهای محیطی منجر به افزایش دقت الگوریتم ها شد. متغیرهای سنجش از دور، نقش مهمی را در این پژوهش ایفا کردند و به ترتیب، تاثیر 61 و 51 درصدی در الگوریتم های RF و BRT گزارش شد. مقایسه الگوریتم های SVM و RF نشان داد که RF پس از اجرای الگوریتم BRT در رتبه دوم قرار دارد و دقت برآورد نیتروژن کل خاک با الگوریتم SVM به دست نیامد. با این حال، الگوریتم های BRT و RF قادر به نظارت بر تغییرات نیتروژن کل خاک بودند و BRT با ثبت دقیق 58٪ تغییرات به دلیل مقدار R2 بالاتر (58/0) و مقادیر RMSE (25/0 میلی گرم بر کیلوگرم) و MAE (19/0 میلی گرم بر کیلوگرم) کمتر، عملکرد بهتری داشت.
نتیجه گیریدر انتها، موارد کلیدی زیر به عنوان نتیجه گیری کلی از این پژوهش استخراج شد: 1) الگوریتم های RF و BRT در نظارت بر سطوح نیتروژن کل خاک به طور موثر بهتر از SVM عمل کردند، 2) تصاویر SAR چند زمانی دقت بالایی در ردیابی نیتروژن کل خاک در مقایسه با سنجش از دور نوری ارائه می دهند و پیش بینی دقیق را در خاک های شالیزاری تسهیل می کنند، 3) ترکیب متغیرهای محیطی باعث افزایش دقت الگوریتمی شد و 4) متغیرهای سنجش از دور به ترتیب 61 و 51 درصد به الگوریتم های RF و BRT کمک کردند.
کلید واژگان: درختان رگرسیون تقویت شده, لندست-9, جنگل تصادفی, سنتینل-1, ماشین بردار پشتیبانی, نیتروژن کل خاکBackground and ObjectivesEvery country relies on soil as a vital natural resource that significantly contributes to environmental conservation and food production. Preparation of soil nutrient distribution map serves as a valuable tool for managers to make decisions. Due to the time-consuming and expensive nature of laboratory analysis for these variables on a large scale, efforts have been made to explore soil nitrogen through remote sensing. The current research deals with the application of remote sensing methods along with regression and random forest models to predict total soil nitrogen in Gilan province. This study aimed to answer two main questions: (1) Can SAR data be used to quantify total soil nitrogen (TSN) (2) How do SVM, BRT and RF algorithms perform in predicting soil nitrogen content?
MethodsThis study focused on evaluating the data capabilities of Landsat-9 and Sentinel-1 satellites individually and in combination, using advanced algorithms such as Support Vector Machine (SVM), Boosted Regression Tree (BRT), and Random Forest (RF). The purpose of this evaluation was strategic, aiming to showcase the diverse conditions of the study area based on land cover/land use, climatic, and topographical parameters. Various variables, including climate parameters, topographic components, and remote sensing subscale indices, were investigated in conjunction with SAR data and optical images. Nonlinear machine learning algorithms, specifically SVM, RF, and BRT, were employed to predict total soil nitrogen status by modeling complex relationships between soil properties and environmental variables. R software, utilizing the CARET package for parameter input, was employed to implement the algorithm.
FindingsThe results indicated the following: RF and BRT algorithms outperformed SVM and were effective in monitoring total soil nitrogen values. Multi-temporal SAR images showed higher accuracy in monitoring total soil nitrogen content compared to optical remote sensing data, facilitating more realistic predictions in paddy soils. The integration of environmental variables led to an increase in the accuracy of algorithms, where remote sensing variables played a crucial role, contributing to 61% and 51% effects in RF and BRT algorithms, respectively. The comparison of SVM and RF algorithms revealed that RF ranked second after the BRT algorithm, and the accuracy of total soil nitrogen estimation was not achieved with the SVM algorithm. However, both BRT and RF algorithms were able to monitor changes in total soil nitrogen. BRT performed better, accurately recording 58% of changes, as evidenced by a higher R2 value (0.58) and lower RMSE (0.25 mg/kg) and MAE (0.19 mg/kg) values.
ConclusionIn conclusion, the following key points were extracted from this research: 1) RF and BRT algorithms outperformed SVM in effectively monitoring total soil nitrogen levels; 2) multi-temporal SAR images demonstrated higher accuracy in tracking total soil nitrogen compared to optical remote sensing, enabling precise predictions in paddy soils; 3) the incorporation of environmental variables enhanced algorithmic accuracy; and 4) remote sensing variables contributed 61% and 51% to RF and BRT algorithms, respectively.
Keywords: Boosted Regression Trees Landsat-9, Random Forest, Sentinel-1, Support Vector Machine, Total Soil Nitrogen -
پدیده های طبیعی در جهان مانند زلزله و بارندگی شدید که گاهی اوقات با طوفان های باد ترکیب می شوند، می توانند سبب بروز رویداد زمین لغزش گردند. این زمین لغزش ها در یک ناحیه می توانند باعث خرابی چندین بخش یا منطقه گردیده و خسارات قابل توجهی به زیرساخت های طبیعی و انسانی وارد کنند. زمین لغزش تقریبا در همه کشورهای جهان اتفاق می افتد و نقش مهمی در تحول سیمای زمین دارد. برای اندازه گیری تغییرات بوجود آمده ناشی از این پدیده در سطح زمین و تولید نقشه آسیب ناشی از آن، روش های مختلف ژیودتیکی و غیرژیودتیکی وجود دارد. روش های ژیودتیکی به دلیل محدودیت هایی همچون صرف زمان و هزینه بالا برای تهیه نقشه آسیب ناشی از زمین لغزش مناسب به نظر نمی رسند. بنابراین بایستی به سراغ روش های غیرژیودتیکی برویم. امروزه کاربرد تکنیک های سنجش از دور در مطالعات ناپایداری دامنه ها و بررسی تغییرات سطح زمین بسیار مورد توجه قرار گرفته است. تصاویر راداری به دلیل قدرت تفکیک مکانی بالا، دید وسیع، امکان برداشت در هر نوع شرایط آب و هوایی، امکان برداشت در طول شب، فرکانس بالای مشاهدات مکانی و زمانی و دقت قابل قبول به عنوان یک ابزار مناسب برای این منظور مطرح گردیده اند. علاوه بر این، روش های مختلفی برای استخراج اطلاعات از این نوع داده ها وجود دارد که اغلب آن ها نیاز به داده های اولیه حجیم، انجام پردازش های سنگین و بسیار زمان بر دارند، اما ما در این تحقیق سعی بر آن داریم که با استفاده از کمترین داده های ورودی و در کمترین زمان ممکن، به تولید نقشه آسیب ناشی از زمین لغزش بپردازیم؛ بنابراین روش مورد استفاده در این تحقیق استفاده از تصاویر راداری سنجنده Sentinel-1A و پردازش این تصاویر در بستر پردازشی GEE می باشد. در این تحقیق، با استفاده از بررسی تغییرات بوجود آمده در تصویر سیگمانات داده های راداری قبل و بعد از زمین لغزش و با ترکیب تصاویر در دو حالت بالا و پاببن گذر به شناسایی مناطق آسیب دیده ناشی از زمین لغزش در منطقه تخت استان گلستان خواهیم پرداخت. نتایج حاصل از این تحقیق نشان دهنده دقت 81 درصدی روش پیشنهادی می باشد.
کلید واژگان: شناسایی زمین لغزش, تصاویر سیگمانات, بالاگذر, پایین گذر, Sentinel-1A, Google Earth EngineNatural phenomena in the world, such as earthquakes and heavy rains, which are sometimes combined with wind storms, can cause landslides. These landslides in one area can damage several parts and cause significant damage to natural and human infrastructure. Landslides occur in almost all countries of the world and play an important role in the changing of the earth's surface. There are different geodetic and non-geodetic methods to measure the changes caused by this phenomenon. Geodetic methods are not suitable for preparing a landslide damage map due to their limitations such as high cost and time consuming. Therefore, we have to use non-geodetic methods. Nowadays, the use of remote sensing techniques has received much attention. Radar images have been proposed as a suitable tool for monitoring landslides due to their high spatial resolution, wide view, the possibility of capturing in any kind of weather conditions and during the night, the high frequency of spatial and temporal observations, and acceptable accuracy. In addition, there are various methods for extracting information from this type of data, most of which require large initial data, and time-consuming processing. But in this research, we are trying to produce a landslide damage map by using the least input data and in the shortest possible time (no need to spend time for downloading all the required data). Therefore, the method used in this research is the use of Sentinel-1A RADAR images and processing these images in the Google Earth Engine (GEE) processing platform. In this article, we will prepare landslide damage map by examining the changes in the backscattering coefficient image (σ° ) between before and after landslide RADAR images. In this research, by having two sets of images related to before and after the occurrence of the landslide in ASC and DSC pass mode, we can produce the Iratio image between the image before and after the landslide for ASC and DSC mode. After that, we can average between IratioASC and IratioDSC to produce the IratioAverage. After producing this image and removing areas that cause errors and ambiguity, such as seas and lakes, agricultural areas, deforested areas, etc. finally, by determining a suitable threshold, it is possible to detect landslide areas. In order to evaluate the accuracy, since the lack of ground data in the study area, the generated landslide map was compared with Sentinel-2 optical sensor images and the results showed a high agreement between these two data sets, and this shows the high accuracy of the proposed method.
Keywords: Landslide detection, σ° image, Ascending, Descending, Sentinel-1A, Google Earth Engine -
پیشینه و اهداف
زمین دارای یک اکوسیستم پیچیده است که تحت تاثیر فرآیندهای طبیعی و فعالیت های انسانی قرار دارد و درک این فرآیندها یک ضرورت واقعی است. تغییرات محیطی از تغییرات اقلیمی تا کاهش منابع طبیعی، بر زندگی بشر، اقتصادها و رفاه نسل های آینده تاثیر می گذارد. بنابراین، نیاز به رصد جامع زمین هرگز تا این اندازه حیاتی نبوده است. برای توجه به این ضرورت، برنامه کوپرنیکوس در اوایل دهه 2000 توسط سازمان فضایی اروپا ایجاد شد. هدف این برنامه، ایجاد یک سامانه عملیاتی برای نظارت بر زمین با دسترسی رایگان و آزاد به داده های ماهواره ای با کیفیت بالا بود. ماهواره ای سنتینل، بعنوان هسته اصلی برنامه کوپرنیکوس، یکی از نمادهای پیشرفت بشریت در رصد زمین و پایش محیط زیست است. این مقاله به بررسی ماهواره ای سنتینل می پردازد و اهمیت، اصول اولیه و ویژگی های منحصر به فرد هر یک از ماهواره های سنتینل را نشان می دهد. ماهواره های سنتینل نسبت به ماهواره های نسل قبل از خود، به عنوان پلتفرم های عملیاتی منحصر به فرد محسوب می شوند.
روش هادر این مقاله چارچوب اصلی برنامه کوپرنیکوس، مانند دسترسی آزاد به داده های ماهواره ای، پوشش جهانی، پایداری عملیاتی، حسگرهای متنوع و چارچوب همکاری جهانی که کمک شایانی به پژوهشگران، سیاست گذاران و سایر بهره برداران داده های ماهواره ای کرده، مورد ارزیابی قرار گرفته است. مجموعه ماهواره ای سنتینل شامل ماهواره های متعددی است که تصاویری در محدوده های طیفی مختلف، با پوشش جهانی و زمان دید مجددهای مختلف از زمین اخذ می کنند. این ماهواره ها پایداری عملیاتی دارند و نسل های جدیدی از ماهواره ها برای جایگزینی ماهواره های قدیمی تر توسعه می یابند و به فضا پرتاب می شوند. هر ماهواره با حسگرهای خاص منطبق بر اهداف ماموریتی خود تجهیز شده است و این امکان را فراهم می کند که پایش خشکی ها، اقیانوس ها و جو کره زمین با بهترین ابزارهای ممکن از فضا صورت پذیرد.
یافته هاماهواره سنتینل-1 که به حسگر راداری مجهز شده است می تواند در باند فرکانسی C و توان های مکانی مختلف از 5 تا 40 متر تصویربرداری کند. همچنین، این ماهواره قادر است در هر شرایط آب و هوایی و در هر ساعت از شبانه و روز تصویربرداری می کند که برای بسیاری از کاربردها ارزشمند است. دقت داده های سنتینل-1 در پایش تغییرات شکل سطح زمین، مدیریت بحران، مشاهدات یخ های قطبی و پایش اقیانوس ها بسیار بالاست. این نقش حیاتی در آشکارسازی و پایش فرونشست زمین در مناطق شهری موجب می شود که در برنامه ریزی شهری و کمک به پیشگیری از بحران تاثیرگذار باشد. از سوی دیگر، ماهواره سنتینل-2 با حسگر چندطیفی، ابزار قدرتمندی برای مشاهدات زمین ارایه می دهد. با ثبت داده ها در یک محدوده طیفی گسترده در 13 باند طیفی از مریی تا مادون قرمز موج کوتاه، این ماهواره توانسته است درک ما از ویژگی های سطح زمین را عمیق تر کند. زمان دید مجدد این ماهواره امکان پایش محصولات زراعی و ارزیابی سلامت پوشش های گیاهی را فراهم کرده است. همچنین، توان تفکیک مکانی تصاویر ماهواره سنتینل-2 در برنامه ریزی شهری، پایش سلامت درختان و پایش سوانح طبیعی از جمله مانند آتش سوزی و سیل عامل موثری است. علاوه بر این، عرض گذر بالای این ماهواره به پوشش کارآمد مناطق وسیع کمک می کند و بهره وری آن در پایش محیط زیست را افزایش می دهد .
نتیجه گیریبرنامه کوپرنیکوس به چندین اصل کلیدی مشخص شناخته می شود که موفقیت آن ها را تضمین کرده است. این اصول شامل دسترسی آزاد به داده ها، پوشش جهانی، پیوستگی عملیاتی، حسگرهای متنوع و چارچوب همکاری جهانی است. اصل دسترسی آزاد این اطمینان را به عموم کاربران اعم از پژوهشگران، سیاست گذاران و شرکت های تجاری داده است که یک جریان پیوسته از تصاویر ماهواره ای پشتیبان فعالیت های آنها خواهد بود. برنامه کوپرنیکوس با منظومه ای از ماهواره ها پوشش جهانی با زمان دید مجدد مطلوب را تضمین می کند. پیوستگی عملیاتی این برنامه موجب شده است تا نسل های جدید از ماهواره ها برای جایگزینی نسل های قدیمی توسعه داده و پرتاب شوند، تا جریان مستمر داده ها به طور مداوم تضمین شود. هر ماهواره سنتینل با حسگرهای خاصی که به منظور اهداف ماموریتی خود طراحی شده، تجهیز شده است و این امکان را فراهم می کند که زمین، اقیانوس ها، جو و موارد دیگر را نظارت کند. باتوجه به ویژگی های برنامه کوپرنیکوس، ماهواره های سنتینل دوره ای جدید از مشاهدات زمین را آغاز کرده اند و یک ابزار قدرتمند و چندمنظوره برای پایش و درک اکوسیستم کره زمین فراهم آورده اند.
کلید واژگان: برنامه کوپرنیکوس, پایش محیطی, سنجش از دور, ماهواره های سنتینل, مشاهدات زمینBackground and ObjectivesEarth has a complex ecosystem that is affected by natural processes and human activities, and understanding these processes is a real necessity. Environmental changes, from climate change to the reduction of natural resources, affect human life, economies, and the well-being of future generations. Therefore, the need for comprehensive Earth observation has never been more critical. To address this need, the Copernicus program was created by the European Space Agency in the early 2000s. The goal of this program was to create an operational system for earth monitoring with open access to high quality satellite data. The Sentinel satellites, as the core of the Copernicus program, is one of the symbols of humanity's progress in earth observation and environmental monitoring. This research examines the Sentinel satellites and shows the importance, basic principles and unique features of each of them. Sentinel satellites are unique operational platforms compared to the satellites of the previous generation.
MethodsIn this paper, the main framework of the Copernicus program, such as open access to satellite data, global coverage, operational stability, diverse sensors, and the framework of global cooperation, which is of great help to researchers, policymakers, and other users of satellite data, has been evaluated. The Sentinel satellites includes several satellites that acquire images from the earth in different spectral ranges, with global coverage and different viewing times. These satellites have operational stability and new generations of satellites are developed and launched to replace older satellites. Each satellite is equipped with special sensors according to its mission goals and makes it possible to monitor the land, oceans and atmosphere with the best possible tools from space.
FindingsThe Sentinel-1 satellite, which is equipped with a radar sensor, can image in the C frequency band and different spatial powers from 5 to 40 meters. Also, this satellite is able to take images in any weather conditions and at any hour of the day and night, which is valuable for many applications. The accuracy of Sentinel-1 data is very high in monitoring changes in the shape of the earth's surface, crisis management, polar ice observations and ocean monitoring. This vital role in detecting and monitoring land subsidence in urban areas makes it effective in urban planning and helping to prevent crises. On the other hand, the Sentinel-2 satellite with a multispectral sensor provides a powerful tool for Earth observation. By recording data in a wide spectral range in 13 spectral bands from visible to short-wave infrared, this satellite has been able to deepen our understanding of the features of the Earth's surface. The re-viewing time of this satellite has made it possible to monitor crops and evaluate the health of vegetation. Also, the spatial resolution of Sentinel-2 satellite images is an effective factor in urban planning, tree health monitoring, and natural disaster monitoring, such as fire and flood. In addition, the high bandwidth of this satellite helps to efficiently cover large areas and increases its efficiency in environmental monitoring.
ConclusionThe Copernicus program is known for several key principles that have underpinned their success. These principles include open access data, global coverage, operational interoperability, diverse sensors, and a global cooperation framework. The principle of open access has given the assurance to the general users, including researchers, policymakers and commercial companies, that a continuous flow of satellite images will support their activities. The Copernicus program with a system of satellites ensures global coverage with optimal revisit time. The operational continuity of the program has resulted in new generations of satellites being developed and launched to replace older generations, to ensure a continuous flow of data. Each Sentinel satellite is equipped with specific sensors designed for its mission objectives, enabling it to monitor the Earth, oceans, atmosphere, and more. According to the characteristics of the Copernicus program, Sentinel satellites have started a new era of Earth observation and have provided a powerful and versatile tool for monitoring and understanding the Earth's ecosystem.
Keywords: Sentinel Satellites, Earth Observation, Copernicus Program, Environmental Monitoring, Remote Sensing, Aeroscope sensors -
در مناطق شهری، تغییرشکل زیرساخت های حمل و نقلی و شبکه های جاده ای ممکن است منجر به حوادث ایمنی جدی شود. بنابراین مدیریت و نظارت برای جلوگیری از حوادث حمل و نقل و اطمینان از کیفیت ساخت و سازها، به ویژه در مناطقی با فرونشست زمین مانند استان قم، حیاتی است. آمار پایین بارندگی سالانه، خشک سالی های پیاپی و نیز جنس خاک منطقه سبب شده تا این استان به ویژه شهر قم در زمره مناطق مستعد فرونشست زمین قرار گیرند. نبود ایستگاه دایمی ژیودینامیک در محدوده شهری قم و همچنین پرهزینه و زمان بر بودن انجام عملیات ترازیابی سبب شد تا فناوری تداخل سنجی راداری به عنوان یکی از روش های برتر جهت پایش تغییرشکل زمین انتخاب شود. در این مطالعه، از روش تداخل سنجی راداری با دریچه مصنوعی مبتنی بر پراکنشگرهای دایمی (PS-InSAR) به منظور پایش و بازرسی زیرساخت ها استفاده شده است، زیرا امکان دستیابی به نتایج قابل اعتماد در شناسایی و پیشگیری از ناپایداری های زیرساختی را در طول زمان فراهم می کند. برای برآورد نرخ فرونشست زمین در شهر قم از 29 تصویر راداری پایین رو سنجنده سنتینل-1 طی بازه زمانی ژانویه 2019 تا نوامبر 2020 استفاده شده است. جهت پردازش تصاویر راداری و تحلیل سری زمانی از نرم افزار GMTSAR2StaMPS (G2S) استفاده شده است. نتایج نشان داد که محدوده جنوب شرقی شهر قم دارای فرونشستی به میزان 5/54- میلی متر بر سال در راستای خط دید ماهواره است. موضوع نگران کننده کشیده شدن فرونشست زمین به محدوده مرکزی شهر و آسیب در زیرساخت های مهم شهری می باشد که جهت پیشگیری از این مسیله باید تدابیر کارآمدی در نظر گرفته شود. بررسی پیزومترهای منطقه و هیدروگراف قم-کهک نشان دهنده افت 8/1 متری تراز سطح آب در بازه زمانی مهر 1396 تا مهر 1400 است که این امر موجب فرونشستی در حدود 5/7- سانتی متر بر سال در راستای قایم در جنوب شرقی قم شده است. همچنین با توجه به تطابق خوب نتایج حاصل از تداخل سنجی راداری و افت سطح آب های زیرزمینی در منطقه می توان بهره برداری بی رویه از منابع آب زیرزمینی جهت مصارف کشاورزی دلیل اصلی فرونشست در این محدوده دانست.
کلید واژگان: فرونشست, قم, تداخل سنجی راداری, سنتینل-1, آب زیرزمینی, چاه های پیزومترIn urban areas, deformation of transport and road infrastructure may lead to serious safety incidents. Therefore, management and monitoring are vital to ensure the quality of constructions and prevent transportation accidents, especially in areas with land subsidence such as Qom province. Low annual rainfall statistics, successive droughts and the type of soil in the region have caused this province, especially Qom city, to be among areas prone to land subsidence. The absence of a permanent geodynamic station in Qom's urban area, as well as the costly and time-consuming leveling operation, made radar interferometric technology to be chosen as one of the best methods for monitoring land deformation. In this study, the permanent scatterer interferometric synthetic aperture radar (PS-InSAR) technique has been used for infrastructure monitoring and inspection because it allows obtaining reliable results in the detection and prevention of infrastructure instabilities during time provides. For estimating land subsidence rate in the city of Qom, 29 descending radar images of the Sentinel-1 sensor were used during the period of January 2019 to November 2020. GMTSAR2StaMPS (G2S) software was used to process radar images and time series analysis. The results showed that southeastern area of Qom city has a subsidence rate of -54.5 mm/yr along the line of sight (LOS) of the satellite. The worrisome issue is the extension of land subsidence to the central area of the city and damage to important urban infrastructures, which should be taken into account in order to prevent this problem. The investigation of regional piezometers and Qom-Kahak hydrograph shows a drop of 1.8 meters in the water level between October 2017 and October 2021, which has caused subsidence of about -7.5 cm per year in the vertical direction in the southeast of Qom. Also, due to the good agreement of the results of radar interferometry and the drop of the underground level in the region, the excessive exploitation of underground water resources for agricultural purposes can be considered as the main reason for the subsidence in this area.
Keywords: Subsidence, Qom, Interferometric radar, Sentinel-1, Underground water, Piezometers -
پیشینه و اهداف
مطالعه انتشار گاز متان، به عنوان دومین گاز گلخانه ای مهم، به دلیل ایجاد تغییرات آب و هوایی، حایز اهمیت است. این مطالعه، با هدف بررسی درستی خبر منتشرشده توسط ناسا، در خصوص وجود یک ابر متان در جنوب تهران، انجام شده است. با توجه به اهمیت موضوع، تاکنون ماهواره های سنجش از دور زیادی نظیر sentinel-5، MethanSAT، SCIAMACHY و GOSAT برای پایش آلاینده ها به خصوص گاز متان، ارایه شده است. همچنین، تحقیقات بسیاری در زمینه ارزیابی این سنجنده و پایش مناطق آلوده، صورت گرفته است. به عنوان نمونه، چرپانوا و همکاران به تجزیه و تحلیل مکانی- زمانی غلظت متان و ارتباط آن با مناطق سوخته، پرداختند. آن ها، با استفاده از داده های روزانه سنجنده TROPOMI به این نتیجه رسیدند که غلظت متان در مناطق تازه سوخته شده نسبت به سوختگی های سال گذشته، بیشتر است. نیراج مایریا و همکاران، به بررسی غلظت آلاینده های SO2، CO، SOX و CH4 با استفاده از داده های Sentinel-5P TROPOMI در دوره های پس از برداشت گندم و برنج و سوزاندن زمین ها پرداختند. نتایج، نشان داد که غلظت CH4، SO2، SOX، CO و آیروسل، در طی دوره سوزاندن زمین های کشاورزی پس از برداشت برنج و گندم، هرسال افزایش معنی داری داشت.
روش هادر این تحقیق، سری های زمانی داده های روزانه سنجنده TROPOMI در ماهواره سنتینل-5 در پلتفرم گوگل ارث انجین، مورد استفاده قرار گرفت. ابتدا، به تجزیه و تحلیل مکانی-زمانی دینامیک غلظت متان در تهران پرداخته شده است. بدین منظور، نمودارهای تغییرات زمانی از مرداد تا آبان 1401 و همچنین، به جهت تحلیل مکانی غلظت آلاینده ها، نقشه میانگین ماهیانه، تولید شده است. سپس، با توجه به تاریخ به دست آمده به بررسی درستی یا نادرستی نقشه ارایه شده، پرداخته شده است. در نهایت، به منظور ارزیابی نتایج طول ابر متان مشاهده شده توسط ناسا با ابر متان استخراج شده توسط سنجنده TROPOMI مقایسه شد.
یافته هانتایج به دست آمده، نشان داد که در تاریخ 10 شهریور 1401 غلظت متان بالا و در حدود 1970 ppm بوده است و گازهای دیگر در این تاریخ، مقدار بالایی نداشته اند که این، نشان دهنده عدم تاثیر دیگر گازها، بر افزایش غلظت متان و عدم تشخیص نادرست می باشد و طبق نقشه، میانگین در جنوب تهران این گاز بیشتر بوده است.همچنین، ابر متان مشاهده شده توسط ناسا در جاده قدیم تهران - قم، در نزدیکی محله قاسم آباد - شورآباد با استفاده از داده های ماهواره سنتینل-5 در پلت فرم گوگل ارث انجین، به رنگ قرمز به معنای غلظت بالا تایید شد که باعث انتشار و میزان غلظت گاز متان بیشتر، در جنوب تهران شده و منشا اصلی آن، دفن زباله در این منطقه بوده است. علاوه بر این، طول گزارش شده توسط ناسا با طول ابر متان استخراج شده از سنجنده TROPOMI با یکدیگر مقایسه شد که به ترتیب، برابر با 4.8 کیلومتر و 4.41 کیلومتر بوده اند.
نتیجه گیریامروزه، آلودگی هوا به علت مشکلات زیست محیطی و اثرات نامطلوب بر سلامت انسان ها، به خصوص در شهرهای پرجمعیت، به یک مشکل اساسی تبدیل شده است. بر اساس نتایج به دست آمده و تصویر گاز متان در تاریخ 10 شهریور در جنوب تهران، مشخص شد خبر منتشرشده توسط ناسا، صحت داشته و عامل اصلی آن، این بوده است که این منطقه، محل دفن زباله می باشد. بدین ترتیب، پلت فرم گوگل ارث انجین می تواند به عنوان یک ابزار مناسب برای پایش روزانه، ماهانه و تغییرات سالانه، مورداستفاده قرار بگیرد.
کلید واژگان: تغییرات زمانی- مکانی, گاز متان, سنتینل-5, گوگل ارث انجینBackground and ObjectivesStudying the emission of methane gas as the second most important greenhouse gas is vital due to climate change. This study was conducted to check the correctness of the news published by NASA regarding the existence of a methane cloud in the south of Tehran. Due to the importance of the subject, so far many remote sensing satellites such as sentinel-5, MethanSAT, SCIAMACHY, and GOSAT have been provided to monitor pollutants, especially methane gas. Also, much research has been done in evaluating this sensor and monitoring polluted areas. For example, Cherepanova, et al analyzed the spatial-temporal analysis of methane concentration and its relationship with burned areas. Using daily data from the TROPOMI sensor, they concluded that methane concentrations were higher in newly burned areas than in the previous year's burns. Maurya, N.K., et al investigated the concentration of SO2, CO, SOX, and CH4 pollutants using Sentinel-5P TROPOMI data in the periods after wheat and rice harvesting and land burning. The results showed that the concentration of CH4, SO2, SOX, CO, and aerosol increased significantly during the burning period of agricultural land after harvesting rice and wheat every year.
MethodsIn this research, the daily data series of the TROPOMI sensor on the Santi-5 satellite were used on the Google Earth Engine platform. First, the spatio-temporal analysis of methane dynamics in Tehran has been discussed. In this way, time changes are made from July to October 2022 and also for the spatial analysis of pollutants, a monthly map has been made. Then according to the obtained date, the correctness or incorrectness of the presented map has been checked. Finally, in order to evaluate the results, the length of the methane cloud observed by NASA was compared with the methane cloud extracted by TROPOMI.
FindingsThe obtained results showed that on September 1st, 2022 methane concentration was high and around 1970 ppm, and other gases did not have a high value on this date, which indicates the lack of effect of other gases on the increase of methane concentration and lack of misdiagnosis and according to the average map in the south of Tehran This gas has been more. Also, the methane cloud observed by NASA on the old Tehran-Qom road near the Qasemabad-Shorabad neighborhood was confirmed by the use of Sentinel-5 satellite data on the Google Earth Engine platform in red, meaning high concentration, which caused the release and concentration of methane gas. It is located in the south of Tehran and its main source was the landfill in this area. In addition, the length reported by NASA was compared with the length of the methane cloud extracted from the TROPOMI instrument, which was 4.8 km and 4.41 km, respectively.
ConclusionNowadays, air pollution has become a major problem due to environmental problems and adverse effects on human health, especially in densely populated cities. Based on the obtained results and the image of methane gas on September 1st in the south of Tehran, it was found that the news published by NASA was true and the main factor was that this area is a garbage dump. In this way, the Google Earth Engine platform can be used as a suitable tool for monitoring daily, monthly and annual changes.
Keywords: temporal-spatial changes, Methane gas, Sentinel-5, Google Earth Engine -
فضای سبز یکی از کاربری های حیاتی شهر برای تداوم زندگی در شهرها به حساب می آید و بدون آن فعالیت سایر موجودات زنده از جمله انسان کاملا و یا حتی غیر ممکن می گردد. بنابراین کمبود و کاستی در امر مدیریت این کاربری می تواند تاثیرات مخربی بر روح و روان شهروندان بگذارد. در دهه های اخیر، با توجه به رشد مهاجرت به سمت استان تهران و تقاضای هرچه بیشتر به مسکن و مناطق صنعتی در این استان کمبود فضای سبز بیش از پیش در این استان نمایان شده و باعث بروز مسایل عدیده ای همچون مسایل زیست محیطی، تشدید آلودگی هوا و افزایش ساخت و سازهای بی رویه شده است. از این رو هدف از مقاله حاضر ارزیابی فضای سبز شهر تهران و مقایسه روند تغییرات فضای سبز با استفاده از تصاویر راداری سنتینل-1 و لندست-8 در سال های 1393 و 1399 می باشد. به منظور آشکارسازی تغییرات، پس از پیش پردازش ماهواره ای برای پایش تغییرات به طبقه بندی با استفاده از روش جنگل تصادفی پرداخته شده. بر این اساس دقت کلی طبقه بندی 47 درصد و شاخص کاپا 39/0 استخراج گردید که با توجه به نوع داده های مورد استفاده دقت کلی نشان دهنده تطابق خوب واقعیت و تصاویر ماهواره ای داشته و با استفاده از ویژگی های بافت ماهواره ای راداری، نشان داده شد که طی سال های 1393 و 1399 تغییری در وسعت فضای سبز وجود نداشته و در برخی از مناطق شهر تهران سرانه ی فضای سبز رو به کاهش می باشد.
کلید واژگان: سنجش از دور, فضای سبز, سنتینل-1, لندست-8, آشکارسازی, جنگل تصادفیIn recent decades, due to the various facilities in big cities that have caused the expansion of cities and urbanization and the increasing desire of citizens to live with a machine, this change in life pattern has also caused an increase in environmental pollution, difficult conditions for the livability of human life space, such as (The destruction of urban and suburban vegetation and the loss of ecological balance. The expansion of the population of cities and excessive population density in cities has caused the destruction of the natural environment and the construction of artificial structures that require physical and It has made the human spirit more visible to the environment. Considering that Iran is one of the countries located in the dry belt of the world, the cities to deal with noise and air pollution, as well as reduce environmental stress more than any other point to the space They need green. Considering the many problems that we see in changing the urban structure today, the heterogeneous quantification of the environment has been considered as a goal in landscape ecology, so that recently there have been efforts to develop methods In order to quantify the spatial heterogeneity (complexity and variability of the system characteristics, including the mosaic spatial layout of the land surface) (time and space) the features of the land have been done. Terrain metrics are a useful tool for expressing the mosaic pattern of urban green spaces and its changes in connection with urban development processes, which, in addition to interpreting the effect of the aforementioned processes on the ecological characteristics of the environment, can be used in decision making related to the growth of the city, distribution of uses and urban green space development planning. Therefore, according to the existing problems in defining and determining the urban green space, the application of remote sensing science, which is considered a powerful tool in the management of urban resources, and by providing the facilities of this science in order to provide up-to-date information, digital processing of images and the possibility of comparison Sometimes the data has helped experts to monitor the changes of the green space over time. Also, by using remote sensing in combination with terrain measurements, it can improve the understanding of urban spatial structure and change processes. Today, the high speed and extent of changes, both structural and process, in the face of the land, which are caused by destructive human activities, have made planners face many issues and problems. The present study was conducted in order to evaluate map production using Sentinel-1 and Landsat-8 radar images using local climate method and vector machine in Tehran metropolis. Using the proposed method, it was determined that the central and southern parts of Tehran have a very concentrated residential structure, so that urban green spaces are rarely seen in the urban context, while the green spaces in the north of Tehran are scattered among the contexts. It is residential, which indicates the existence of private green spaces in this part of the city. Also, in the south of the city, due to the presence of fine-grained texture in this area, due to the presence of residential centers in these areas, compared to the residential texture of the northern parts of the city, in the central and southern areas, private green spaces do not exist or rarely exist, and this warning increases. Heat islands and higher temperature are in the south of the city. Maps produced using remote sensing can be an alarm for municipal managers who can prevent future problems with planning and management. Also, considering the important role of green space in the morale of citizens and crime reduction, it is necessary for city managers to pay enough attention to the issue of reducing green space and the lack of proper distribution of use in Tehran, because neglecting this issue can lead to other problems. It created compensable for the citizens.
Keywords: Remote Sensing, Green Space, Sentinel-1, Landsat-8, Detection, Random Forest -
The Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar (DInSAR) can be considered an efficient and cost-effective method for monitoring ground subsidence because of its extensive spatial coverage and high precision. Because of orderly observations from a broad-range product, the new commissioning of the first Sentinel-1 satellite offers better support to operational scrutinies via DInSAR. In the present paper, the results of a Small Baseline Subset Interferometric Synthetic Aperture Radar (SBAS-InSAR) time-series analysis of 42 Interferometric Wide swath (IW) products of Urmia Lake Bridge in northwestern Iran acquired between November 2014 to April 2021 for both descending and ascending pass using the Sentinel-1A observation with Progressive Scans in azimuth (TOPS) imaging mode is studied. The SBAS processing was based upon the analysis of 111 small-baseline differential interferograms. The results demonstrate that the majority of regional ground subsidence rates in the research area ranged from 10 to 210 mm during the study period. Also, the maximum subsidence rate exceeded 210 mm/year. The Line of Sight (LOS) direction for descending pass is 91 mm/year for ascending the pass. The board view displays that ground subsidence is intense on the bridge. The largest subsidence center is located at the central points of the bridge. GPS data verified the SBAS-InSAR-derived result. The results include displacement in the horizontal and vertical directions for ascending and descending passes.
Keywords: InSAR, Sentinel 1, Subsidence, SBAS, SARscape, Interferogram -
در سال های اخیر آشکارسازی و استخراج عارضه راه از تصاویر ماهواره ای با پیشرفت و توسعه ی الگوریتم های یادگیری عمیق در بخش تقسیم بندی معنایی بیش ازپیش موردتوجه پژوهشگران قرارگرفته است. در این راستا بیشتر مطالعات انجام شده درزمینه آشکارسازی و شناسایی عارضه راه با استفاده از تصاویر اپتیک بوده و در این میان مطالعات معدودی با استفاده از تصاویر راداری در سطح جهان انجام شده است. لذا هدف این مقاله بهره گیری از یک شبکه عصبی پیچشی باقیمانده عمیق پالایش شده (RDRCNN) به منظور ارزیابی و مقایسه دقت آشکارسازی عارضه راه حاصل از تصاویر راداری سنتینل 1 در کلان شهرهای تهران و شیراز در شرایط برابر ازنظر تعداد نمونه های آموزشی، اعتبارسنجی و معماری یکسان می باشد. در این تحقیق جهت آشکارسازی عارضه راه با استفاده از شبکه های عصبی عمیق (DNN)، از ترکیب رنگی VV-VH تصاویر راداری سنتینل 1 از 8 شهر مختلف (تهران، مشهد، اصفهان، شیراز، تبریز،، ارومیه، بغداد و پکن) بهره گرفته شد. درنهایت برای آموزش و آشکارسازی عارضه راه از مدل RDRCNN با داشتن یک واحد متصل باقی مانده (RCU) و یک واحد ادراک متسع شده (DPU) استفاده شد. یافته های پژوهش حاکی از آن است که مدل RDRCNN در فرایند شناسایی و آشکارسازی راه در دو شهر تهران و شیراز تقریبا یکسان عمل کرده و به طورکلی مدل فوق در شهر شیراز اندکی بهتر عمل نموده است؛ به صورتی که ازنظر متریک های ارزیابی صحت برای تصاویر شهر تهران معیارهای کامل بودن 57.66%، صحت 51.29%، امتیاز F1 54.43% و دقت کلی 92.78% و برای تصاویر شهر شیراز معیارهای کامل بودن 60.77%، صحت 54.71%، امتیاز F1 57.40% و دقت کلی 95.63% به دست آمد. یافته های این پژوهش دقت پایین آموزش و آشکارسازی عارضه راه از تصاویر راداری سنتینل 1 برای دو مورد از کلان شهرهای ایران را نشان می دهد. به طورکلی با مقایسه نتایج حاصل از این پژوهش و مطالعات قبلی می توان به این مورد پی برد که یکی از مهم ترین علل دقت پایین نتایج، کم عرض بودن راه ها در شهرهای ایران می باشد؛ اما به علت فقدان مطالعات لازم در زمینه ی آشکارسازی عارضه راه با تصاویر راداری سنتینل 1، نمی توان با قاطعیت در مورد نتایج آن اظهارنظر کرد و پیشنهاد می شود مطالعات بیشتری در این زمینه انجام گیرد.
کلید واژگان: یادگیری عمیق, RDRCNN, سنتینل 1, آشکارسازی راه, تهران, شیرازIn recent years, Road detection and road extraction from satellite images with the advancement and development of deep learning algorithms in the field of semantic segmentation has received more and more attention of researchers. In this regard, most of the studies have been done in the field of Road detection and road extraction using optical images and in these studies, few studies have been performed using radar images worldwide. Therefore, the aim of this study was to use a deeply Refined Deep Residual Convolutional Neural Network (RDRCNN) to evaluate and compare the accuracy of road extraction from Sentinel 1 radar images in Tehran and Shiraz metropolitan areas in equal conditions in terms of number of educational samples, validation and architecture. It is the same. In this study, to extract the road using DNN, the VV-VH color combination of Sentinel 1 radar images from 8 different cities (Tehran, Mashhad, Isfahan, Shiraz, Tabriz, Urmia, Baghdad and Beijing) was used. Finally, the RDRCNN model with a residual connected unit (RCU) and a dilated perception unit (DPU) was used for road training and extraction. The research findings indicate that the RDRCNN model has performed almost the same in the process of identifying and extracting roads in the two cities of Tehran and Shiraz, and in general, the above model has performed slightly better in the city of Shiraz. In terms of accuracy evaluation metrics, for Tehran images, the criteria were Recall 57.66%, accuracy 51.29%, F1 score 54.43% and overall accuracy 92.78%, and for Shiraz images Recall criteria 60.77%, accuracy 54.71%, F1 score 57.40% and overall accuracy of 95.63% were obtained. The findings of this study show the low accuracy of road training and extraction from Sentinel 1 radar images for two metropolitan areas of Iran. In general, by comparing the results of this study with previous studies, it can be seen that one of the most important reasons for the low accuracy of the results is the low width of roads in Iranian cities; However, due to the lack of necessary studies in the field of road extraction with Sentinel 1 radar images, it is not possible to comment definitively on the results and it is suggested that more studies be done in this field.
Keywords: Deep Learning, RDRCNN, Sentinel 1, Road Extraction, Tehran, Shiraz -
آلودگی محیط زیست و بلایا با رشد جمعیت به تدریج افزایش یافته است . وجود منابع نفتی در دریاها و حوادث مربوط کشف ، استخراج و حمل و نقل آن ها باعث به وجود آمدن لکه های نفتی در سطح دریاها می شود که نشت این مواد نفتی به دریاها عوارض محیط زیستی جبران ناپذیری دارد . به همین دلیل نظارت بر اثرات این حوادث برای بهداشت عمومی بسیار مهم است . ماموریت های ماهواره ای ابزاری بسیار کارآمد برای شناسایی آلاینده هایی مانند نشت نفت است. سنسور رادار با دیافراگم مصنوعی (SAR) یک سیستم سنجش ماکروویو فعال است که می تواند برای تشخیص نشت نفت با سنسورهای نوری نصب شده روی سیستم های ماهواره ی لندست-8، سنتینل-2و استر با در نظر گرفتن پوشش ابر و زمان بازدید مجدد ماهواره در مکان مشابه استفاده شود. در این مطالعه منطقه نشت نفت ناشی از نشت لوله در جزیره خارک با تصاویر ماهواره ای لندست-8 و سنتینل-1 مورد مطالعه قرار گرفت. تکنیک های مختلف پردازش تصویر به منظور برجسته سازی نشت نفت در رابطه با حادثه رخ داده ، مانند فیلتر مورفولوژی و کانولوشن بر روی باندهای لندست-8 اعمال شد. ما از تصاویر لندست-8 به منظور پشتیبانی از نتایج به دست آمده از سنتینل-1 استفاده کردیم . لکه های نفتی با تجزیه و تحلیل داده SAR و نتایج لندست-8 با موفقیت تشخیص داده شدند و با تفسیر بصری نتایج ، روش های انتخاب شده از نظر نمایش مناطق نشت نفت با یکدیگر تطابق دارند.
کلید واژگان: لکه نفتی, سنتینل-1, لندست-8, پردازش تصویرEnvironmental pollution and disasters have gradually increased with population growth. The presence of oil resources in the seas and the incidents related to their discovery, extraction and transportation cause the formation of oil slicks on the sea surface, and the leakage of these petroleum products into the seas has irreparable environmental consequences. That is why monitoring the effects of these accidents is very important for public health. Satellite missions are a very effective tool for detecting pollutants such as oil spills. Artificial Aperture Radar Sensor (SAR) is an active microwave detection system that can be used to detect oil leaks with optical sensors installed on Landsat-8, Sentinel-2 and Ester satellite systems, taking into account cloud cover and satellite re-visit time at the same location. Be. In this study, the oil spill area due to pipe leakage in Khark Island was studied with Landsat-8 and Sentinel-1 satellite images. Various image processing techniques were applied to Landsat-8 bands to highlight oil spills in connection with the accident, such as morphology and convolution filters. We used Landsat-8 images to support the Sentinel-1 results. Oil spills were successfully detected by analyzing SAR data and Landsat-8 results, and by visually interpreting the results, the selected methods are consistent in terms of displaying oil spill areas.
Keywords: Oil spill, Sentinel-1, Landsat-8, image processing -
تهیه نقشه پوشش اراضی شهری یکی از پیش شرط های اساسی بسیاری از برنامه های شهری محسوب می شود. صرف کمترین زمان و هزینه برای تهیه این نقشه ها از جمله چالش های مدیران شهری محسوب می شود. امروزه تصاویر ماهواره ای و طبقه بندی آن ها کاربرد گسترده ای در تهیه نقشه های پوشش اراضی شهری پیدا کرده اند. بر این اساس هدف از این تحقیق، تهیه نقشه پوشش اراضی شهری در شهر تبریز با استفاده از تصویر ماهواره ای سنتینل-2 می باشد. برای طبقه بندی تصویر ماهواره ای، از دو الگوریتم جنگل تصادفی و یادگیری عمیق مبتنی بر شبکه عصبی (شبکه عصبی عمیق) استفاده شد. کلاس های کاربری مورد نظر شامل پنج پوشش سطحی: اراضی بایر، مناطق ساخته شده، راه، پوشش گیاهی و آب بودند. تمام مراحل پردازش تصاویر ماهواره ای به صورت خودکار و در سامانه های پردازش ابری Google Earth Engine و Google Colab انجام شد. با توجه به نتایج به دست آمده، الگوریتم شبکه عصبی عمیق با صحت کلی 95/2 درصد عملکرد بهتری را نسبت به الگوریتم جنگل تصادفی با صحت کلی 93/1 درصد ارایه کرد. بررسی عملکرد این دو الگوریتم در استخراج هر یک از کلاس ها نشان داد که روش شبکه عصبی عمیق در استخراج کلاس های اراضی بایر و مناطق ساخته شده عملکرد بهتری داشته است، به طوری که مقادیر صحت کاربر و تولید کننده آن در کلاس اراضی بایر به ترتیب 9/6 و 1 درصد بیش تر از الگوریتم جنگل تصادفی بودند. این میزان در کلاس مناطق ساخته شده نیز به ترتیب 0/3 و 4/3 درصد بیش تر از الگوریتم جنگل تصادفی بودند. از طرفی الگوریتم جنگل تصادفی در استخراج کلاس راه عملکرد بهتری داشت و مقادیر صحت کاربر و تولید کننده آن به ترتیب 3/65 و 4/1 درصد بیش از روش شبکه عصبی عمیق بودند. بنابراین می توان گفت هر دو الگوریتم عملکرد مناسبی در تهیه نقشه پوشش شهری ارایه دادند، اما عملکرد کلی الگوریتم شبکه عصبی عمیق، مناسب تر بود.
کلید واژگان: پوشش اراضی شهری, شبکه عصبی عمیق, جنگل تصادفی, سنتینل-2Rapid urban growth, especially in developing countries, is causing a large number of urban planning problems. Although only three percent of the global land surface is covered by urban areas, approximately 54% of the world’s population lives in urban centers; according the latest estimates, by 2050 it will increase to nearly 65%. Accurate information on Urban Land Cover (ULC) types and their spatial distribution are of paramount importance for urban planning and management. To date, many studies have been conducted in the context of ULC mapping, and several methodologies and datasets have been used (e.g. land surveying and satellite data) in this regard. Under this background, generating ULC maps using land surveying method is considered as the most accurate technique, however, it is a costly and time-consuming task. Spending the least time and cost to produce these maps is one of the main challenges for city managers. To address this issue, the integration of satellite images and state-of-art classification methods has been received considerable attention in recent years. This study seeks to produce a 10 m resolution ULC map for Tabriz city, locating North East of Iran, using Sentinel-2 satellite data. The present study also aims to compare the potential of two advanced classifiers including Random Forest (RF) and Deep Neural Network (DNN) in ULC mapping. Five ULC classes including bare land, built-up areas, road, vegetation, and water were considered in this regard. As the number of trees (ntree) and the number of variables (mtry) are two main criteria applying the RF algorithm. In this study, ntree was set to 100 and the mtry was set to the square root of the total number of input features. In the case of DNN, a DNN model with six layers, including one input layer with 10 neurons (bands 2-8A and 11-13 of sentinel-2), four hidden layers with 200 neurons per layer, and one output layer (five ULC classes). In this study, the ReLU activation function was used for the hidden layers, softmax activation function was used for classifying information in the output layer. Our findings illustrated that the DNN algorithm by providing 95.2% overall accuracy outperformed RF (overall accuracy = 93.1%). Analyzing the performance of two algorithms regarding ULC classes showed that the DNN algorithm provided better results in bare land and built-up classes; the user’s accuracy and producer’s accuracy of bare land class were respectively 9.6% and 1% higher than those of RF. Regarding the built-up class, these metrics were also higher than RF (user’s accuracy = + 0.3% and producer’s accuracy = + 4.3%). In contrast, the RF algorithm performed better in extracting the road class; the user’s accuracy and producer’s accuracy of road class were 3.65% and 4.1% more than those of DNN, respectively. RF and DNN showed the same performances in classifying vegetation and water classes. In general, both algorithms provided good performances in ULC classification, however, the overall performance obtained by the DNN algorithm was substantially higher than RF. Because the performance of the DNN algorithm is better than the RF algorithm, we concluded that DNN is a valid alternative tool that should be considered for ULC mapping.
Keywords: Urban Land Cover, DNN, Random Forest, Sentinel-2 -
کشت سیب زمینی به عنوان یکی از محصولات کشاورزی جایگاه ویژه ای در سبد غذایی انسان ها دارد و پس از ذرت و گندم، سومین منبع غذایی در جهان است. مدل های سنتی کشت سیب زمینی محدودیت هایی از قبیل هزینه زیاد، به دست آوردن داده ورودی مورد نیاز و کمبود اطلاعات مکانی در برخی موارد باعث شد که این مدل ها به فراموشی سپرده شوند. با تکیه بر علوم نوین و فناوری های جدید، پیشرفت های چشمگیری درزمینه تولید و کیفیت محصولات زراعی رخ داده است. هدف از انجام این پژوهش مشخص نمودن بهترین بازه زمانی باهدف تولید مدل های تخمین برای محصول سیب زمینی و همچنین تعیین بهترین الگوریتم برای مدل سازی و درنهایت دستیابی به بهترین دقت برای پیش بینی میزان محصول تولیدی و کیفیت آن هست. در کنار این موارد تاثیر عوامل زمینی مانند آبیاری، سم پاشی، کود دهی و میزان بارش نیز به عنوان فاکتورهای موثر مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از این تحقیق ادغام داده های ماهواره ای و داده های زمینی بر روی 40 سایت کشت سیب زمینی در شهرستان سراب استان آذربایجان شرقی جهت تخمین محصول قابل برداشت است. از تصاویر ماهواره ای سنتینل-2 که برای استخراج شاخص NDVI اراضی مورد مطالعه استخراج شد و میزان همبستگی آن ها با داده های زمینی به دست آمد. بیشترین همبستگی در تاریخ 28 خرداد به میزان 0.48 بود. دلیل پایین بودن این همبستگی غده بودن سیب زمینی و تاثیر کم سبزینگی روی محصول تولیدی می باشد. برای مدل سازی از چهار الگوریتم یادگیری ماشین استفاده شد که روش فرآیند گوسی بهترین نتایج را بهمراه داشت (0.61R2=). نتایج نشان داد که برای افزایش دقت مدل سازی و تولید مدل های تخمین می توان از داده های ماهواره ای با رزولوشن بهتر استفاده کرد تا نتایج بهتری تولید شود و همچنین می توان تعداد اراضی که به عنوان داده آموزشی برای مدل سازی استفاده می شدند را بالا برد تا مدلی دقیق تولید گردد.
کلید واژگان: تخمین محصول سیب زمینی, سنجش از دور, سنتینل-2, شاخص طیفی, رگرسیونIn recent years, the worldchr('39')s population has been growing, reaching about 7.7 billion in 2018. In the next five years, the worldchr('39')s population will increase to about ten billion, thus increasing the demand for food, water resources and fertile land for food production. Therefore, precision agriculture is trying to improve the quantity and quality of agricultural products by using new technologies. Precision farming is a new concept in modern agriculture and is based on the existence of heterogeneity at the farm level. One of the reasons for the growth of precision agriculture among scientists and farmers is the advancement of technology in various fields such as global coordinate system, imaging sensors and spatial information management tools. The use of remote sensing allows us to control a very large space in a very short time, which will reduce heavy costs. Along with rice and wheat, potatoes are the third most important food crop in the world, fed by more than one billion people, and the demand for this crop has increased as the population has grown; Therefore, better methods of product protection and management need to be used to improve production. In order to build the whole model, the images of the region were considered during the months of March to October in a period of two years, and pre-processing such as removing the cloud and other errors were done in order to have images with the least error. The NDVI index was then calculated using red and infrared bands (Figure 3). By calculating the NDVI index, useful information about the plant such as health, plant vigor, presence or absence of fall, and proper irrigation were obtained. On the other hand, land information, agricultural lands have been collected through questionnaires. For modeling, we deal with two sets of terrestrial and satellite data. Separate use of each of them will be associated with shortcomings and shortcomings; Therefore, for modeling, a combination of terrestrial and satellite information was used to build a model with minimal deficiencies and defects. It is common for modeling to work repetitively to obtain the best algorithm, so linear regression is the best choice for modeling. Univariate method was used for modeling and the date of 28 June was selected as the modeling interval. Because using multivariate methods, due to the fact that there was a high correlation in the information of different time periods, a lot of duplicate information was generated, and for this reason, we used the univariate method. Four machine learning algorithms were used for modeling, which Gaussian methods and support vector showed the best results. According to the production estimation model, it is possible to predict the amount of potatoes produced in each agricultural land and its health status with 50% accuracy three months before the harvest. The results of this study showed that estimation models will provide very valuable information for better management of crops to be used by agricultural planners to avoid wasting resources and prevent imports.
Keywords: Sentinel-2, Yield Estimation, Potato, Machine Learning Regression -
فرونشست ناشی از ازدیاد بهره برداری از منابع آب زیرزمینی نسبت به توان ترمیمی آن در برخی نواحی داخلی ایران، سابقه طولانی دارد. در سال های اخیر، فرونشست زمین باعث بروز مخاطره جدی محیطی در دشت ها و مناطق مختلف ایران شده است. فرونشینی سطح زمین از جمله مخاطرات محیطی است که بشر در دهه های اخیر به دلیل برداشت بی رویه از منابع آب زیرزمینی با آن مواجه شده است. این پدیده همانند سایر مخاطرات مانند زلزله، خشک سالی، سیل، طوفان، لغزش و غیره... از جمله موانع توسعه اقتصادی-اجتماعی و عمرانی به شمار می رود. پدیده فرونشست به طور معمول با مخاطرات فراوانی همراه است. این پدیده می تواند سبب آسیب های زیربنایی، طبیعی و در نهایت منجر به افزایش خطرپذیری جامعه و اقتصاد گردد. در سال های اخیر با افزایش میزان فرونشست به پی ساختمان ها، باند فرودگاه ها، پل ها، تونل ها، خیابان ها، خطوط حمل و نقل ریلی و جاده ای آسیب زیادی وارد شده است. بدین منظور در این پژوهش، میزان فرونشست زمین در منطقه صنعتی غرب شهر کرمان با استفاده از تصاویر راداری ماهواره Sentinel-1 از سال 2014 تا 2020 در نرم افزار Snap با استفاده از تکنیک تداخل سنجی راداری مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت که نتایج نشان داد میزان فرونشست این محدوده از سال 2014 تا 2017 حداقل 3/3 سانتی متر و حداکثر 6 سانتی متر، از سال 2017 تا 2020 حداقل 6/3 سانتی متر و حداکثر 13/2 سانتی متر و از ژانویه سال 2020 تا آوریل سال 2020 حداقل 1/03 سانتی متر و حداکثر 2/13 سانتی متر بوده است که افزایش قابل توجهی را نشان می دهد. ازدیاد بهره برداری از منابع آب زیرزمینی، فشردگی به علت زهکشی زمین و فشردگی به علت تحمیل بارهای سنگین (بار گذاری سازه ها و غیره...) را می توان از عوامل فرونشست در این محدوده نام برد. که می تواند منجر به ایجاد خسارات هنگفتی در این محدوده گردد.
کلید واژگان: تکنیک تداخل سنجی راداری, فرونشست زمین, فرودگاه شهر کرمان, Sentinel-1, SNAPThe subsidence caused by the increase in the exploitation of groundwater resources has a long history compared to its restoration potential in some internal regions of Iran. In recent years, land subsidence has caused serious environmental hazards in various plains and regions of Iran. Land subsidence is one of the environmental hazards that humans have faced in recent decades due to uncontrolled extraction of groundwater resources. This phenomenon, like other hazards such as earthquakes, droughts, floods, storms, landslides, etc., is one of the obstacles to socio-economic and development. The subsidence phenomenon is usually associated with many risks. This phenomenon can cause infrastructural, natural and ultimately damage to society and the economy. In recent years in Iran, with the increase in subsidence, buildings, airports, bridges, tunnels, streets, rail and road lines have been severely damaged. For this purpose, in this study, the amount of land subsidence in Kerman airport was analyzed using Sentinel-1 satellite radar images from 2014 to 2020 in Snap software using radar interference measurement technique. The subsidence rate of this range from 2014 to 2017 is at least 3.3 cm and maximum 6 cm, from 2017 to 2020 at least 3.6 cm and maximum 2.13 cm and from January 2020 to April was a minimum of 0.03 cm and a maximum of 13.2 cm, which shows a significant increase. Increased utilization of groundwater resources, compaction due to land drainage and compression due to the imposition of heavy loads (aircraft, structural loads, etc.) can be mentioned as main factors of subsidence in this area.
Keywords: Radar interferometry technique, Land subsidence, Kerman airport, Sentinel-1, SNAP -
This study characterizes land subsidence in Feyzabad plain, central Iran, using Sentinel-1A SAR data. These techniques are based on the analysis of pairs of synthetic aperture radar (SAR) images that are able to identify sub-centimeter changes in the line of sight (LOS) position of targets. Excessive groundwater withdrawal has caused several land subsidence in the studied area in the past few years. Using remote sensing techniques and SAR data, we analyzed the rate of land subsidence and its associated landforms in the area in a short time span. Feyzabad plain is located in an arid region with 154 mm annual precipitation. The most famous fault in the region is the Darouneh left-lateral fault with an east-west trend. To investigate land subsidence and the related effects, we first monitored ground motions between 2017 and 2018 in a 45-day period (for each pair of images) using SAR data and SNAP software. Then, we extracted linear landforms for each year to analyze subsidence in more details. We also mapped NDVI for both years so that we could compare the displacement and the vegetation cover in the studied area. Results showed that the maximum rate of subsidence was 3.9 cm in 2017 while the maximum rate in 2018 was 1.3 cm. NDVI maps revealed that decreasing pistachio cultivation has direct effects on the rate and magnitude of land subsidence. Results also showed that intensive subsides were centered in 2018 while in 2017, subsidence was scattered across the region.
Keywords: land subsidence, Sentinel-1A, Interferometry, Feyzabad plain (Iran), NDVI -
یکی از چالش های اقتصادی که کشورهای در حال توسعه با آن روبرو هستند، هزینه های صرف شده برای مقابله با آلودگی هوا و بهبود کیفیت آن است. از طرف دیگر علاوه بر هزینه، سلامتی افراد جامعه و بیماری های موجود نیز ارتباط مستقیمی با کیفیت هوا دارند. از این رو بررسی و تحلیل تغییرات آلاینده های هوا شامل دی اکسید نیتروژن، مونوکسید کربن و ازن می تواند اطلاعات ارزشمندی برای تحلیل کیفیت هوا در اختیار متخصصین قرار دهد. وجود سنجنده های با قدرت تفکیک مکانی بالا به منظور مطالعه کاربردهای متنوع، متخصصین این حوزه را قادر به مطالعه اغلب پدیده های محیطی کرده است. در پژوهش حاضر تغییرات زمانی و مکانی میزان آلاینده های جوی با استفاده از داده های ماهواره سنتینل-5 در فروردین ماه 1399 همزمان با انتشار ویروس کووید-19 برای کشور ایران تعیین شده و با مقادیر دوره مشابه در سال 98 مقایسه شده است. انتشار ویروس کووید-19 در این بازه، پیامدهای متنوعی داشت که منجر به کاهش فعالیت کارخانه ها و همچنین کاهش تردد وسایل نقلیه گردید. در این پژوهش، به منظور بررسی تاثیر عوامل مذکور، تغییرات زمانی و توزیع مکانی آلاینده هایی نظیر هواویزها، دی اکسید نیتروژن، مونوکسید کربن و ازن در فاصله بین این دو زمان تجزیه و تحلیل شدند. نتایج کمی و کیفی، نشان دهنده بهبود کیفیت هوا در فروردین 1399 نسبت به ماه مشابه سال قبل می باشد. بر اساس نتایج بدست آمده، میزان غلظت دی اکسید نیتروژن کل ستون جو و دی اکسید نیتروژن موجود در وردسپهر که ارتباط مستقیمی با حمل و نقل و فعالیت های انسانی دارد، کاهش یافته است.
کلید واژگان: کووید-19, کیفیت هوا, آلاینده های هوا, ماهواره سنتینل 5One of the economic challenges facing developing countries is the cost of tackling air pollution and improving its quality. On the other hand, in addition to cost, the health of people in the community and existing diseases are also directly related to air quality. Therefore, the study and analysis of changes in air pollutants, including nitrogen dioxide, carbon monoxide, and ozone can provide valuable information for experts to analyze air quality. The presence of high-resolution spatial sensors to study a variety of applications has enabled experts in this field to study most environmental phenomena. In the present study, temporal and spatial changes of air pollutants were determined using Sentinel-5 satellite data in April 2016, simultaneously with the release of Covid-19 virus for Iran, and compared with the values of the same period in 1998. The spread of Covid-19 virus during this period had a variety of consequences that led to a reduction in factory activity as well as a decrease in vehicle traffic. Therefore, the present study seeks to investigate the effect of these factors by analyzing the temporal changes and spatial distribution of pollutants in the interval between these two times. The results confirm the improvement of air quality in this period compared to the previous year, April 1998. According to the results, the concentration of nitrogen dioxide in the entire barley column and tropospheric nitrogen dioxide , which is directly related to transportation and human activities, has decreased.
Keywords: Covid-19, Air Quality, Air Pollutants, Sentinel-5 -
روش های تداخل سنجی راداری پلاریمتریک مبتنی بر پراکنش گرهای دائمی یک تکنیک موثر در افزایش تراکم و کیفیت فاز پیکسل های پراکنش گر دائمی می باشند. این روش ها با ترکیب خطی کانال های پلاریمتریک بر اساس بهینه سازی پلاریمتریک کانال بهینه ای را جستجو می کنند که در آن تراکم و کیفیت فاز پیکسل های پراکنش گر دائمی نسبت به کانال های خطی افزایش پیدا کند. در همین راستا، هدف اصلی این مقاله توسعه الگوریتم تداخل سنجی PSInSAR، که تاکنون تنها بر روی داده های تک قطبی بکار گرفته شده است، جهت بکارگیری داده های چندزمانه پلاریمتریک دوگانه با هدف بهبود این الگوریتم در شناسایی پیکسل های پراکنش گر دائمی قابل اطمینان می باشد. این بهبود بر اساس بهینه سازی پلاریمتریک با تابع هدف شاخص پراکندگی دامنه (ADI) بر روی 17 تصویر پلاریمتریک دوگانه (VV/VH) سنجنده Sentinel1-A انجام گرفت. روش بهینه سازی مورد استفاده در این تحقیق روش ESPO می باشد. نتایج نشان می دهد که تعداد پیکسل های پراکنش گر کاندید و نهایی کانال بهینه در مقایسه با کانال VV به ترتیب حدود 2.6 و 2 برابر افزایش پیدا کرد. همچنین در این مقاله مکانیزم های پراکنشی که در بهینه سازی پلاریمتریک با داده های پلاریمتریک دوگانه قابل استخراج هستند، مورد بررسی و تفسیر فیزیکی قرار گرفتند. در نهایت نقشه فرونشست جنوب غربی تهران با پردازش سری زمانی هر دو الگوریتم PSInSAR معمولی و الگوریتم PSInSAR بهبودیافته، بدست آمد.کلید واژگان: تداخل سنجی راداری پلاریمتریک, پیکسل های پراکنش گر دائمی, شاخص پراکندگی دامنه, الگوریتم تداخل سنجی PSInSAR, نقشه فرونشستIntroduction Persistent Scatterer Interferometry (PSI) is a technique to detect and analysis of a network of coherent pixels referred as Permanent/Persistent scatterer (PS) which are stable throughout time-series of SAR images. This technique has been applied to monitor and measure phenomena such as earth subsidence fault movements and earthquake volcanic activity and other geological and environmental studies. In all PSI techniques, the processing is carried out only on the PS pixels. Therefore, high density and phase quality of these pixels are the most effective factors on the results of these techniques. The main challenge of this technique is to detect the coherent pixels over non-urban areas which suffer from the temporal decorrelation. Nowdays and with the development of polarimetric SAR sensors, polarimetric radar data are available. Polarimetric data consist of several conventional SAR acquisitions, usually addressed as channels. Each channel in a PolSAR acquisition is sensitive to different geometric characteristics of the scene. This additional redundancy over the scene may allow to increase both quality and density of the PS pixels. Therefore, the combination of polarimetry and interferometry enables to improve the effectiveness of PSI techniques, especially in non-urban areas. In this paper, we employ a method to improve the conventional PSInSAR algorithm for detecting PSC by using polarimetric optimization method on dual-pol SAR data. The improvement of this research is based on minimizing ADI criterion by means of an Exhaustive Search Polarimetric Optimization method to increase the number of PSCs. Materials & Methods 2.1 Dataset Description The proposed method is tested using a dataset of 17 dual-pol SAR data (VV/VH) acquired by Sentinel1-A satellite March 2017 and October 2017. 2.2 Polarimetric SAR Interferometry A general formulation for polarimetric SAR interferometry was proposed in (Cloude & Papathanassiou, 1997). The scattering matrix S represents the polarimetric information associated to each pixel of the scene. Considering a monostatic configuration, the scattering matrix S is defined as follows: (1) where , are copolar terms, is the cross polar term. This can be represented with the target scattering vector using the Pauli basis as: (2) where is the transpose operator. In Sentinel-1configuration (VV/VH), where there is no knowledge of , scattering vector can be written as: (3) In order to generate an interferogram, each target vector can be projected onto a unitary complex vector . Result of this step obtains the scattering coefficient μ defined as: (4) where i corresponds to two images, and * represents the conjugate operator. The scattering coefficient μ is a new channel or polarization state which is a linear combination of the Pauli vector elements. In this regard, all interferometry techniques can be extended from single-pol configuration to a desired polarization state by using (4) and (5). The projection vector for dual-pol data defined as: (5) where and are two real parameters whose ranges are finite and known and are related to the geometrical and electromagnetic properties of the targets. The parameter represents the type of scattering mechanism and corresponds to orientation of scattering. In our research, the main purpose of polarimetric optimization is to search in a two-dimensional space, and , to find an optimum projection vector, . 2.3 Amplitude Dispersion Index Optimization In order to generate a polarimetric form of , it is sufficient to replace scattering coefficient, , in (6) by as define in (4): (6) (7) The main issue in the ADI optimization is finding a projection vector for each pixel, which leads to minimize the value. Results & Discussion Our results confirm that the algorithm substantially improves the PSInSAR performance, increasing the number of PS pixels with respect to standard PSI, and increasing the phase quality of selected pixels. The results reveal that using the optimum scattering mechanism increases the number of PSC about 2.6 times and PS density about 2 times than using single channel datasets. Also, the effectiveness of the method is evaluated in urban and non-urban regions. The experimental results showed that the method was successful to increase the final set of PS pixels in both regions significantly. Conclusion In summary, it can be inferred that the polarimetric optimization method is successful to increase the number of the final set of PS pixels in different regions, significantly.Keywords: Interferometry, PSInSAR, Subsidence, Sentinel-1A, TerraSAR-X, Optimization
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.