• شماره ركورد
    27999
  • پديد آورنده

    محمد مقدس

  • عنوان
    بازيابي رطوبت خاك با استفاده از سنجش از دور راداري و روش‌هاي پلاريمتريكي در مقياس مزرعه
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي عمران
  • سال تحصيل
    1399
  • تاريخ دفاع
    1401/12/01
  • استاد راهنما
    دكتر حسين عليزاده - دكتر برات مجردي
  • دانشكده
    مهندسي عمران
  • چكيده
    رطوبت خاك پارامتر مهمي است كه بر‌روي فرآيند‌هاي محيطي و چرخه‌ي هيدرولوژيكي تأثير دارد. همچنين اين پارامتر نقش كليدي در زمينه‌هايي همچون كشاورزي، هواشناسي، سيلاب، خشكسالي دارد. در اين تحقيق چارچوبي مبتني بر تجزيه مبناي تصاوير رادار در تعامل با تصاوير اپتيك-حرارتي براي بازيابي رطوبت خاك، پيشنهاد شده‌است. اين مطالعه شامل دو فاز است: 1-تقريب رطوبت خاك در سطح مزرعه با استفاده از تصاوير اپتيك-حرارتي ماهواره Landsat-8 2-بازيابي رطوبت خاك توسط مدل تجزيه مبناي دوقطبي با كمك رطوبت خاك تقريبي به دست آمده توسط تصاوير ماهواره Landsat-8. در روش تجزيه مبناي پيشنهادي، ماتريس كوهرانسي 3×3 به ماتريس 2×2 تبديل شده‌است. در اين تحقيق دو مكانيزم پراكنش حجمي و پراكنش سطحي در نظر گرفته شده‌است. همچنين به منظور مدلسازي پراكنش سطحي از ماتريس Bragg استفاده شده‌است. ماتريس 2×2 به دست آمده توانايي استفاده از تصاوير دو قطبي (VV-VH) ماهواره Sentinel-1 را دارد. براي تقريب رطوبت خاك با استفاده از تصاوير اپتيك-حرارتي، از مدل مثلثي Carlson استفاده شده‌است. همچنين، در مدل اپتيك-حرارتي سه شاخص NDVI، NDMI و MSI به‌كارگرفته شده‌است. دو مجموعه داده‌ي رطوبت خاك زميني در اين مطالعه به‌كار گرفته شده است: 1-داده‌ي رطوبت خاك مزرعه CAF واقع در ايالات متحده آمريكا 2- داده‌ي رطوبت خاك RISMA واقع در كانادا. در اين مطالعه ابتدا مدل اپتيك-حرارتي در سايت مطالعاتي CAF كاليبره شده، سپس اين مدل در مزرعه CAF و سايت مطالعاتي كانادا اعمال مي‌شود؛ با اعمال مدل اپتيك-حرارتي بر روي اين دو سايت، ماكزيمم و مينيمم رطوبت خاك در سطح مزرعه به دست آمده است كه با استفاده از مدل Topp تبديل به ضريب دي الكتريك مي‌شوند؛ ماكزيمم و مينيمم ضريب دي‌الكتريك وارد مدل تجزيه مبنا مي‌شوند. همچنين، كاليبره كردن مدل اپتيك-حرارتي در دو تاريخ انجام شده‌است. كمترين مقدار RMSE به دست آمده براي مدل رادار (مدل تجزيه مبنا)، 3.33% است. همچنين بيشترين مقدار RMSE مدل رادار 11.21% برآورد شده‌است. كمترين مقدار RMSE به دست آمده براي مدل اپتيك-حرارتي، 4.04% است. همچنين بيشترين مقدار RMSE مدل اپتيك-حرارتي 9.68% برآورد شده‌است. اگر ميانگين رطوبت خاك به دست آمده از سه شاخص NDVI، NDMI و MSI را به مدل رادار وارد كنيم، بيشترين و كمترين مقدار RMSE مدل اپتيك-حرارتي 7.43% و 4.07% است. همچنين، در اين حالت بيشترين و كمترين مقدار RMSE براي مدل رادار، 10.04% و 4.11% است. در اين مطالعه علاوه بر دو مجموعه داده‌ي CAF و RISMA، از داده‌هاي زميني مربوط به ايران استفاده شده‌است. در اين مزرعه رطوبت خاك و زبري سطح اندازه‌گيري شده‌اند. روش اندازه‌گيري رطوبت خاك در اين مزرعه به‌صورت وزني است. تعداد كل نقاط اندازه‌گيري رطوبت خاك 21 نقطه است،كه در اين مزرعه سه مرتبه رطوبت خاك اندازه‌گيري شده‌است. مدل اپتيك-حرارتي در تاريخ دوم كاليره شده‌است. مقادير ماكزيمم و مينيمم RMSE مربوط به مدل اپتيك-حرارتي براي اين مزرعه، 4.32% و 3.06% است. همچنين، مقادير ماكزيمم و مينيمم RMSE مربوط به مدل رادار براي اين مزرعه 5.54% و 2.93% است.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1401/12/14
  • عنوان به انگليسي
    Soil moisture retrieva‎l using radar remote sensing and polarimetric methods at the farm scale
  • تاريخ بهره برداري
    2/20/2024 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    محمد مقدس

  • چكيده به لاتين
    Soil moisture is an important parameter that affects environmental processes and the hydrological cycle. Furthermore, this parameter plays a key role in fields such as agriculture, meteorology, floods, drought. In this research, a framework based on the polarimetric decomposition of radar images in interaction with optical-thermal images is proposed for soil moisture retrieva‎l. This study includes two phases: 1- Approximation of soil moisture at the farm level based on optical-thermal images of Landsat-8 satellite 2- Retrieva‎l of soil moisture by the dual polarized basis decomposition model with the help of approximate soil moisture that is obtained by optical-thermal model. In the proposed basis decomposition method, the 3x3 coherence matrix is converted into a 2x2 matrix. In this research, two mechanisms: volume scattering and surface scattering are considered. Furthermore, in order to model surface scattering, Bragg matrix has been used. The obtained 2x2 matrix is able to use the dual images (VV-VH) of the Sentinel-1 satellite. Carlson triangular model has been used to approximate soil moisture using optical-thermal images. Three indices NDVI, NDMI and MSI have been used in the optical-thermal model. Two ground soil moisture data sets are used in this study: 1- CAF farm soil moisture data located in the United States of America 2- RISMA soil moisture data located in Canada. In this study, the optical-thermal model is first calibrated in the CAF study site, then this model is applied in the CAF farm and the Canadian study site; By applying the optical-thermal model on these two sites, the maximum and minimum soil moisture at the farm level has been obtained, which are converted into the dielectric coefficient using the Topp model; The maximum and minimum of the dielectric coefficient are entered into the base decomposition model. Additionally, calibrating the optical-thermal model has been done on two dates.The lowest RMSE value obtained for the radar model (base decomposition model) is 3.33%. Also, the highest RMSE value of the radar model is estimated at 11.21%. The lowest RMSE value obtained for the optical-thermal model is 4.04%. Also, the highest RMSE value of the optical-thermal model is estimated to be 9.68%. If we enter the average soil moisture obtained from the three indices NDVI, NDMI and MSI into the radar model, the highest and lowest RMSE values of the optical-thermal model are 7.43% and 4.07%. Furthermore, in this case, the highest and lowest RMSE values for the radar model are 10.04% and 4.11%. In this study, in addition to CAF and RISMA data sets, ground data related to Iran have been used. This farm is located in the Kurdistan province. Soil moisture and surface roughness have been measured in this farm. The method of measuring soil moisture in this farm is weight method. The total number of soil moisture measurement points is 21 points. Soil moisture has been measured three times in this farm. The optical-thermal model is calibrated on the second date. The maximum and minimum RMSE values of the optical-thermal model for this farm are 4.32% and 3.06%. Furthermore, the maximum and minimum RMSE values of the radar model for this farm are 5.54% and 2.93%.
  • كليدواژه هاي فارسي
    رطوبت خاك , سنجش از دور , لندست-8 , سنتينل-1
  • كليدواژه هاي لاتين
    soil moisture , remote sensing , landsat-8 , sentinel-1
  • Author
    Mohammad Moghaddas
  • SuperVisor
    Dr. Barat Mojaradi - Dr. Hosein Alizadeh