Μελέτη και ανάπτυξη μεθόδων εκτίμησης της εδαφικής υγρασίας από τηλεπισκοπικά δεδομένα

Χλωροκώστας, Σταύρος; Chlorokostas, Stavros

dc.contributor.author	Χλωροκώστας, Σταύρος	el
dc.contributor.author	Chlorokostas, Stavros	en
dc.date.accessioned	2015-01-28T13:06:32Z
dc.date.available	2015-01-28T13:06:32Z
dc.date.issued	2015-01-28
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/40154
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.5759
dc.rights	Default License
dc.subject	SAR	en
dc.subject	Soil moisture	en
dc.subject	Remote sensing	en
dc.subject	Hyperspectral	en
dc.subject	PLSR	en
dc.subject	Εδαφική υγρασία	el
dc.subject	Φασματοσκοπία εδάφους	el
dc.subject	Μικροκυμματική τηλεπισκόπιση	el
dc.subject	Γραμμικές συσχετίσεις	el
dc.subject	Υπερφασματικά δεδομένα	el
dc.title	Μελέτη και ανάπτυξη μεθόδων εκτίμησης της εδαφικής υγρασίας από τηλεπισκοπικά δεδομένα	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Remote sensing	el
heal.classificationURI	http://skos.um.es/unescothes/C03347
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2014-10-14
heal.abstract	Η εκπόνηση εργασιών μεγάλης κλίμακας με δειγματοληψίες επί του πεδίου έχει αποδειχτεί υπερβολικά δαπανηρή, γεγονός που έχει οδηγήσει την επιστημονική κοινότητα στην αναζήτηση μεθόδων μέσω της επιστήμης της Τηλεπισκόπησης. Η επιστήμη της Τηλεπισκόπησης προσφέρει μεθόδους παρακολούθησης εδαφικών χαρακτηριστικών για εργασίες μεγάλης κλίμακας. Μέσω της φασματοσκοπίας εδάφους, δηλαδή της μελέτης της αλληλεπίδρασης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με το έδαφος, είναι δυνατή η εκτίμηση της φυσικής και χημικής σύστασης του εδάφους. Ωστόσο, η εκτίμηση της εδαφικής υγρασίας έχει αποδειχτεί δύσκολη υπόθεση, και αποτελεί αντικείμενο μελέτης μέχρι και σήμερα. Εξελίξεις στην χρήση μικροκυματικών δεδομένων, και ιδιαίτερα δεκτών Ρανταρ Συνθετικού Ανοίγματος (Synthetic Aperture Radar - SAR), έχουν αποφέρει αρκετά καλά αποτελέσματα υψηλής ακρίβειας και χωρικής ανάλυσης, μέσω της χρήσης μοντέλων οπισθοσκέδασης. Όμως η προσβασιμότητα των υπερφασματικών και πολυφασματικών δεδομένων, έχει οδηγήσει την επιστημονική κοινότητα στην αναζήτηση μεθόδων εκτίμησης της υγρασίας, που χρησιμοποιούν ακτινοβολίες του εγγύς και μέσου υπέρυθρου. Οι μέθοδοι που έχουν μέχρι τώρα αναπτυχθεί δεν φέρουν ικανοποιητικά αποτελέσματα κυρίως λόγω της επίδρασης της ατμόσφαιρας στις ακτινοβολίες αυτού του τμήματος του φάσματος. Τα σφάλματα που προκαλώνται από την σκέδαση και την απορρόφηση της ατμόσφαιρας στα υπερφασματικά δεδομένα, καθιστούν την εκτίμηση της υγρασίας δύσκολη έως και αδύνατη. Στο πλαίσιο αυτής της εργασίας μελετήθηκε η δυνατότητα εκτίμησης της υγρασίας ακάλυπτων εδαφών, με χρήση α) μικροκυματικών, και β) υπερφασματικών/πολυφασματικών δεδομένων. Η έλλειψη μετρήσεων εδαφικής τραχύτητας δεν επέτρεψε την εφαρμογή μοντέλων οπισθοσκέδασης, κάτι που μας περιόρισε στην απευθείας συσχέτιση της υγρασίας με τις τιμές οπισθοσκέδασης της μικροκυματικής απεικόνισης. Όσον αφορά τις υπερφασματικές μεθόδους, αναπτύχθηκαν εμπειρικά μοντέλα συσχέτισης υγρασίας με υπερφασματικά δεδομένα ανακλαστικότητας πεδίου, με τη μέθοδο παλινδρόμησης ελαχίστων τετραγώνων. Επίσης έγινε η εφαρμογή των μοντέλων αυτών σε υπερφασματικές απεικονίσεις αερομεταφερόμενου δέκτη CASI-550, οι οποίες έχουν διορθωθεί από τις ατμοσφαιρικές επιπτώσεις. Τέλος, μελετήθηκε το επίπεδο συσχέτισης της υγρασίας εδαφικών δειγμάτων με την τιμή του δείκτη SMI (Soil Moisture Index), όπως αυτός υπολογίστηκε από δεδομένα LandSAT 7.0. Η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων στο πλαίσιο της εργασίας αυτής πρώτον αναδεικνύει την σημαντικότητα των μετρήσεων εδαφικής τραχύτητας για την εκτίμηση εδαφικής υγρασίας από δεδομένα SAR. Δεύτερον αναδεικνύεται η καταλληλότητα των επίγειων φασματικών δεδομένων στην εκτίμηση της υγρασίας. Τρίτον αναδεικνύεται η αδυναμία της μεταφερσιμότητας των μοντέλων εκτίμησης υγρασίας με χρήση επίγειων φασματικών δεδομένων σε υπερφασματικές απεικονίσεις λόγω της επίδρασης της ατμόσφαιρας. Τέλος αναδεικνύεται η ικανότητα του δείκτη υγρασία SMI στην εκτίμησηεδαφικής υγρασίας με χρήση πολυφασματικών δεδομένων Landsat. Από τη μελέτη αυτή, δεν μπόρεσαν να εξαχθούν συμπεράσματα για τη συμβολή των υπερφασματικών δεδομένων στην εκτίμηση της υγρασίας, λόγω έλλειψης κατάλληλων επίγειων μετρήσεων για την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων.	el
heal.abstract	Large scale operations entirely constituted by in situ soil sampling are proving to be extremely costly, something that had lead towards the pursuit of alternative methods in the field of Soil Remote Sensing. Remote Sensing offers new methods for monitoring soil characteristics, especially for large scale operations. Through soil spectroscopy - the study of interactions between electromagnetic radiation and the soil - it's been made possible to assess the physical and chemical structure of the soil. However, estimating soil moisture through remote sensing has proved to be a challenging task and is still a matter of continuous research. Latest developments in the use of microwaves, and the development of the Synthetic Aperture Radar (SAR) sensors, have yielded high accuracy, high resolution results in soil moisture estimation, through the use of backscattering modeling. However, the superior accesibility of multispectral and hyperspectral data has lead towards the research of soil moisture estimation methods that make use of Near Infrared and Mid Infrared radiation. Until today, most of the hyperspectral methods of assessing soil moisture have been proven unreliable, due to the effect of the atmosphere in those areas of the spectrum. The atmospheric absorbance and scattering causes significant moisture retrieval errors, rendering the use of hyperspectral data difficult or impossible. This thesis studied the level of correlation between in situ soil moisture measurements and a) SAR, and b) hyperspectral and multispectral data. The lack of in situ soil roughness measurements prevented the use of backscattering models, only leaving room for the study of direct correlation of backscatter values and moisture. Regarding the use of hyperspectral data, empeirical correlation models were calculated through the use of the Partial Least Square Regression. These models consisted of a linear correlation between in situ soil moisture measurements and their reflectance values. The models were validated and tested on airborne atmospherically corrected hyperspectral images aquired by the CASI-550 sensor. Lastly, the correlation between the value of the multispectral Soil Moisture Index (SMI) derived from LandSat 7.0 data, and soil moisture values has been studied. The evaluation of the results highlighted the importance of soil surface roughness measurements in the estimation of soil moisture using SAR data. Moreover, the ability to estimate soil moisture through in situ spectro-radiometer data is confirmed. However, transferabilitry of models based on in situ data spectro-radiometer present weakness when applied on hyperspectral images. Atmospheric effects increase the error of these models. Models based on hyperspectral data could not be applied due to lack of in-situ soil moisture data during the time of hyperspectral image acquisition.	en
heal.advisorName	Καραθανάση, Βασιλεία	el
heal.committeeMemberName	Καραθανάση, Βασιλεία	el
heal.committeeMemberName	Αργιαλάς, Δημήτρης	el
heal.committeeMemberName	Καράτζαλος, Κωσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών. Τομέας Τοπογραφίας.	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	198 σ.
heal.fullTextAvailability	true