مقايسه مدل‌هاي باز پراكنش سطح خاك به منظور اعتبار سنجي و معكوس‌سازي برخي پارامترهاي فيزيكي سطح خاك

Comparison of backscattering soil surface models to validate and inversion physical parameters

استفاده از داده‌هاي رادار با روزنه مجازي بهترين و پرطرفدارترين روش بازيابي پارامترهاي سطح خاك است. در اين تحقيق سعي بر انتخاب بهترين مدل براي تخمين پارامترهاي سطح خاك با استفاده از داده‌هاي آزمايشات رطوبت خاك03 در منطقه اوكلاهوماي جنوبي است. با استفاده از مدل‌هاي بازپراكنشي اُه، دوبوآ و رابطه تجمعي در سه باند L، C و P ابتدا به مقايسه ضرايب بازپراكنشي حاصل از مدل و تصوير در پلاريزاسيون‌هاي افقي افقي و عمودي عمودي پرداخته شده است؛ سپس با استفاده از معكوس همان مدل‌ها و روش‌هاي رياضي، پارامترهاي زبري سطح، ضريب ثابت دي الكتريك و طول همبستگي محاسبه شده و نتايج با مقادير اندازه‌گيري‌شده زميني مقايسه شده است. در بخش مقايسه ضرايب بازپراكنش، مدل اُه در باند C بهترين دقت را دارد. در اين بخش مدل‌هاي دوبوآ و رابطه تجمعي در باند L دقت‌هاي مناسبي دارند، اما نسبت به بهترين حالت نتايج ضعيف‌تري ارايه داده‌اند. در بخش بازيابي پارامترهاي سطح خاك به عنوان اصلي‌ترين هدف تحقيق، روش حل معادلات با استفاده از سرشكني كه روي مدل رابطه تجمعي صورت گرفت، در تخمين تمامي پارامترها نتايج با دقت بهتري به دست آمدند، هرچند كه مدل اُه در باند C براي تخمين زبري سطح و همين مدل در باند L براي تخمين ضريب ثابت دي الكتريك نتايج مناسبي ارايه داده است. از جمله نتايج اين تحقيق مي‌توان به نتايج نامناسب باند P اشاره كرد، كه نتايج بسيار نامناسبي نسبت به ساير باندها دارد، هم چنين نتايج ضعيف‌تر مدل‌هاي تجربي در تخمين پارامترهاي سطح خاك نسبت به مدل تيوري رابطه تجمعي اشاره كرد. هم‌چنين پيشنهاد مي‌شود در صورت امكان از داده‌هاي زميني با دقت مكاني بيشتر استفاده كرد.

Using SAR data is the best and the most popular method for retrieving soil surface parameters. This research is trying to choose the best model to estimate soil surface parameters from SMEX03 data over southern Oklahoma. First, backscattering coefficients obtained from the Oh, Dubois, and IEM backscattering models in L, C, and P bands were compared with backscattering coefficients of the images in HH and VV polarization and the best model was chosen. Then soil roughness, dielectric constant and correlation length estimated from inversion backscattering models based on the mathematical algorithms and compared with corresponding result measured by ground truth. In backscatter coefficients comparison section, the Oh model in band C presented the most accurate results. In this section, Dubois and IEM models in band L had appropriate accuracies. However, their results were weaker than the best result. In retrieving soil surface parameters section, the main purpose of the research, variables solution with adjustment on IEM provided better accuracy for estimating all parameters; however, the Oh model in band C for estimating surface roughness and in band L for estimation of dielectric constant presented the appropriate results. Inaccurate results of band P was another result calculated in this research. The results of band P presented the least satisfactory results in this work. In conclusion, the results of empirical models are weaker than of the results obtained from the theoretical model (IEM). In addition, using more accurate ground truth data might result in obtaining more accurate validation part.