Библиотека института физики им. Л.В. Киренского СО РАН

Главная

Базы данных

Труды сотрудников ИФ СО РАН - результаты поиска

Вид поиска

Каталог книг и брошюр библиотеки ИФ СО РАН

Каталог журналов библиотеки ИФ СО РАН

Труды сотрудников ИФ СО РАН

Область поиска

в найденном

Найдено в других БД:

Каталог книг и брошюр библиотеки ИФ СО РАН (1)

Формат представления найденных документов:
полный	информационный	краткий

Отсортировать найденные документы по:
автору	заглавию	году издания	типу документа

Поисковый запрос: (<.>K=Radar<.>)

Общее количество найденных документов : 21
Показаны документы с 1 по 10

1-10 11-21 21-21

    Метод мониторинга влажности почвы, покрытой растительным покровом, с использованием нейронной сети, радарных и мультиспектральных оптических данных Sentinel-1,2 / А. М. Зейлигер, К. В. Музалевский, Е. В. Зинченко, О. С. Ермолаева // Журн. радиоэлектрон. - 2023. - № 1. - Ст. 7 ; J. Radio Electron., DOI 10.30898/1684-1719.2023.1.8. - Библиогр.: 24. - Грант РФФИ №19-29-05261 «Картографическое моделирование влагозапасов почвенного покрова на основе комплексной геофизической влагометрии для целей цифрового орошаемого земледелия» . - ISSN 1684-1719
   Перевод заглавия: Using a neural network, radar and multispectral optical data of Sentinel-1,2 for the moisture monitoring of vegetation covered soil
Кл.слова (ненормированные):
радиолокация -- влажность почв -- нейронные сети -- диэлектрическая проницаемость -- radiolocation -- soil moisture -- neural networks -- permittivity
Аннотация: В данной работе проведен мониторинг пространственного распределения влажности поверхностного слоя агропочв тестового участка поля, покрытого растительностью, в Волгоградской области на основе данных радарной съемки спутника Sentinel-1 и мультиспектральной оптической съемки спутника Sentinel-2. Алгоритм восстановления влажности основан на применении нейронной сети для прогноза коэффициента отражения электромагнитной волны от почвенного покрова, с последующей инверсией во влажность почвы с использованием диэлектрической модели, учитывающей гранулометрический состав агропочвы. Входным параметром нейронной сети является отношение микроволнового радарного растительного индекса (рассчитанного на основе данных спутника Sentinel-1) к мультиспектральному оптическому индексу (рассчитанного на 8-11 каналах спутника Sentinel-2). Это отношение индексов обнаруживает существенно большую зависимость с влажностью почвы, чем с высотой растительности. Восстановленные значения влажности почвы сопоставлялись с влажностью отобранных образцов почвы, измеренных в лабораторных условиях термостатно-весовым методом. Предложенный метод позволяет с коэффициентом детерминации 0,435 и среднеквадратическим отклонением 2,4 % прогнозировать влажность почвы тестового участка, покрытого растительным покровом, относительно влажности почвы, измеренной контактным методом. Проведенное исследование создает научные основы новой всепогодной технологии мониторинга влажности агропочв как элемента системы точного земледелия.
In this article, a method for the moisture monitoring of vegetation covered soil was proposed using neural network, radar and optical multispectral data of Sentinel-1,2. Test site was chosen in the Volgograd region at an agriculture field. The moisture retrieval algorithm is based on the use of a neural network to predict reflection coefficient of an electromagnetic wave from the soil, followed by inversion into soil moisture using a dielectric model that takes into account the soil texture. The input parameter of the neural network is the ratio of the microwave radar vegetation index (calculated on the basis of Sentinel-1 data) to the multispectral optical index (calculated on 8-11 channels of the Sentinel-2). Such way calculated index reveals a significantly greater dependence on soil moisture than on vegetation height. The retrieved values of soil moisture were compared with the moisture content of in-situ selected soil samples, which were measured under laboratory conditions by the thermostatic-weight method. The proposed method with a determination coefficient of 0.435 and a standard deviation of 2.4 % allows predicting the soil moisture content of a test area covered with vegetation, relative to soil moisture measured in-situ. The conducted research creates the scientific basis for a new all-weather technology for remote sensing the moisture content of agricultural soils as an element of the precision farming system.

Смотреть статью,
РИНЦ,
Читать в сети ИФ
Держатели документа:
Саратовский государственный университет генетики, биотехнологий и инженерии им. Н.И. Вавилова, 410012, Саратов, пр-кт им. Петра Столыпина, 4, стр. 3
Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН, 660036, Красноярск, Академгородок, 50, стр. No 38
Всероссийский научно-исследовательский институт орошаемого земледелия, 400002, Волгоград, ул. им. Тимирязева, 9
Российский государственный аграрный университет МСХА им. К.А. Тимирязева, 127434, Москва, ул. Тимирязевская, 49

Доп.точки доступа:
Зейлигер, А. М.; Музалевский, Константин Викторович; Muzalevskiy, K. V.; Зинченко, Е. В.; Ермолаева, О. С.

}
Найти похожие

Muzalevskiy, K. V.
Calibration of UWB UAV radar for the remote measurement of reflection coefficient / K. Muzalevskiy, M. Mikhaylov, Z. Ruzicka // IEEE Ural-Siberian Conference on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT). - 2023. - P. 105-108, DOI 10.1109/USBEREIT58508.2023.10158870. - Cited References: 16. - The investigation supported by the Russian Science Foundation and the Krasnoyarsk Regional Science Foundation, project № 22-17-20042
Кл.слова (ненормированные):
Microwave remote sensing -- ultra-wide band remote sensing -- unmanned aerial vehicle -- log-periodic dipole antenna -- reflection coefficient
Аннотация: In this work, the possibility of the remote measurement of reflection coefficient in the ultra-wide frequency range from 425 MHz to 1010 MHz from the board of unmanned aerial vehicle (UAV) using ultra-wide band (UWB) radar was investigated. With this in mind, the antenna-feeder path of UAV UWB radar is calibrated. The calibration process consisted in measuring the reflection coefficient from the brass mesh sheet at various UAV hovering heights. Printed log-periodic dipole antenna was used as transmitter-receiver antenna. As a result, the antenna return loss in an empty-room and the complex antenna response function of the antenna-feeder path of the UAV UWB radar were found. It is shown that the amplitude of the reflected wave from a brass mesh sheet can be measured with root-mean square error (RMSE), RMSE=0.017 1/m and a determination coefficient (R 2 ) of R 2 = 0.967. Therewith the UAV hovering heights measured by the pulse method and the on-board laser rangefinder correlates with each other with R2=0.999 and with RMSE=3.5cm (distance measurement error of the laser rangefinder is ±1cm, surface irregularities of the brass mesh sheet were no more than 1.5cm). Measured in the frequency range from 500 MHz to 900 MHz, the reflection coefficient from fresh lake water by UAV UWB radar with a relative error of no more than 7.5% (practically does not depend on the height of the UAV hovering, approximately from 2.2 m to 5.2 m) coincides with the calculated one by the Stogryn's formulas.

Смотреть статью,
Читать в сети ИФ
Держатели документа:
Laboratory of Radiophysics of the Earth Remote Sensing, Kirensky Institute of Physics Federal Research Center KSC Siberian Branch Russian Academy of Science, Krasnoyarsk, The Russian Federation

Доп.точки доступа:
Mikhaylov, M. I.; Михайлов, Михаил Иванович; Ruzicka, Z.; Ружичка, Зденек; Музалевский, Константин Викторович; IEEE Ural-Siberian Conference on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology(15-17 May 2023 ; Yekaterinburg, Russia)
}
Найти похожие

Field test of the surface soil moisture mapping using Sentinel-1 radar data / A. M. Zeyliger, K. V. Muzalevskiy, E. V. Zinchenko, O. S. Ermolaeva // Sci. Total Environ. - 2022. - Vol. 807, Part 2. - Ст. 151121, DOI 10.1016/j.scitotenv.2021.151121. - Cited References: 43. - The research was performed within the framework of the Russian Foundation for Basic Research project 19-29-05261 mk “Cartographic modelling of soil moisture reserves based on complex geophysical water content measurements for digital irrigated agriculture” . - ISSN 0048-9697
Кл.слова (ненормированные):
Sentinel-1 -- UAV -- Digital elevation model -- Radar backscattering -- Artificial neural network -- Soil moisture
Аннотация: Soil surface moisture is one of the key parameters for describing the hydrological state and assessing the potential availability of water for irrigated plants. Because the radar backscattering coefficient is sensitive to soil moisture, the application of Sentinel-1 data may support soil surface moisture mapping at high spatial resolution by detecting spatial and temporal changes at the field scale for precision irrigation management. This mapping is required to control soil water erosion and preferential water flow to improve irrigation water efficiency and minimise negative impacts on surface and ground water bodies. Direct observations of soil surface moisture (5-cm thickness) were performed at an experimental plot in the study site of the All-Russian Scientific Research Institute of Irrigated Agriculture, near the village Vodnyy, Volgograd region. Soil surface moisture retrieval from Sentinel-1 was performed at the same location. A second set of soil surface moisture was calculated for the soil sampling sites using the permittivity model, based on the estimates of soil surface characteristics: a) reflectivity, obtained by the neural network method from Sentinel-1 observations; b) roughness, obtained from the geodata of the stereoscopic survey with unmanned aerial vehicle Phantom 4 Pro. The raster set of soil surface moisture geodata was obtained based on the reflectivity geodata raster set to solve the inverse problem using a permittivity model that considers the soil texture of the experimental plot. The determination coefficient (0.948) and standard deviation (2.04%) were obtained by comparing both sets of soil moisture point geodata taken from the same soil sampling sites. The values confirmed a satisfactory linear correlation between the directly measured and indirectly modelled sets. A comparison of the two sets of geodata indicated a satisfactory reproduction of the first set by the second set. As a result, the developed method can be considered as the scientific and methodological basis of the new technology of soil surface moisture monitoring by radar, which is one of the basic characteristics used in precision irrigation management.

Смотреть статью,
Scopus,
WOS,
Читать в сети ИФ
Держатели документа:
Russian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Academy, Moscow, Russian Federation
Kirensky Institute of Physics of the Siberian Branch of the RAS – Division of Federal Research Center, Krasnoyarsk Scientific Center of the Siberian Branch of the RAS, Krasnoyarsk, Russian Federation
Siberian Federal University, Krasnoyarsk, Russian Federation
All-Russian Scientific Research Institute of Irrigated Agriculture, Volgograd, Russian Federation

Доп.точки доступа:
Zeyliger, A. M.; Muzalevskiy, K. V.; Музалевский, Константин Викторович; Zinchenko, E. V.; Ermolaeva, O. S.
}
Найти похожие

Savin, I. V.
A dielectric model of thawed and frozen Arctic organic soils at 435 MHz / I. V. Savin, K. V. Muzalevskiy, V. L. Mironov // Remote Sens. Lett. - 2022. - Vol. 13, Is. 5. - P. 452-459, DOI 10.1080/2150704X.2022.2041761. - Cited References: 15. - This work was supported by the SB RAS project No. 0287-2021-0034 . - ISSN 2150-704X. - ISSN 2150-7058

РУБ Remote Sensing + Imaging Science & Photographic Technology
Рубрики:
P-BAND RADAR
Аннотация: A refractive-mixing dielectric model for frozen and thawed organic-rich soils at a frequency of 435 MHz was developed in this letter. The model was developed based on the dielectric measurements of five soil samples in which organic matter content was variated from 35% to 80% (by weight). Dielectric measurements were conducted in the range of volumetric soil moisture from ~2% to 60%, and the range of temperature from −30°C to 25°C. Coefficient of determination (R2) and root mean square error (RMSE) between predicted by the model and measured values for real (ε ') and imaginary (ε '') part of complex relative permittivity are R2ε '= 0.989 (RMSEε '=0.602) and R2ε ''= 0.906 (RMSEε ''=0.404), respectively. The developed dielectric model can be used for creating remote sensing algorithms (soil moisture retrieval in the root zone, active layer thickness and ice content measuring in permafrost area, etc.) in P-band.

Смотреть статью,
Scopus,
WOS
Держатели документа:
Russian Acad Sci Ip Sb Ras, Lab Radiophys Earth Remote Sensing, Kirensky Inst,Phys Fed Res Ctr, Ksc Siberian Branch, Krasnoyarsk, Russia.
Siberian Fed Univ, Sch Engn Phys & Radio Elect, Krasnoyarsk, Russia.

Доп.точки доступа:
Muzalevskiy, K. V.; Музалевский, Константин Викторович; Mironov, V. L.; Миронов, Валерий Леонидович; Савин, Игорь Викторович; SB RAS project [0287-2021-0034]
}
Найти похожие

Muzalevskiy, K. V.
Synthesizing of ultra-wide band impulse by means of a log-periodic dipole antenna. Case study for a radar stand experiment / K. Muzalevskiy, M. Mikhaylov, Z. Ruzicka // 2022 IEEE International Multi-Conference on Engineering, Computer and Information Sciences, SIBIRCON 2022 : IEEE, 2022. - P. 1140-1143, DOI 10.1109/SIBIRCON56155.2022.10017008. - Cited References: 20. - The investigation supported by the Russian Science Foundation and the Krasnoyarsk Regional Science Foundation, project № 22-17-20042
Кл.слова (ненормированные):
Microwave remote sensing -- log-periodic dipole antenna -- calibration antenna -- complex antenna transfer function -- ultra-wide band impulse -- radiation and receiving impulse
Аннотация: In this work, the approach of ultra-wide band pulses synthesizing is proposed using a broadband low-cost log-periodic dipole antenna and a vector network analyzer. Synthesis of UWB pulse (duration of 2.2ns) became possible due to minimization of antenna dispersion by compensation of amplitude and phase-frequency distortions introduced by the antenna into radiated and received pulse. The method had been developed for a down-looking antenna in a monostatic radar configuration. The antenna return loss was calculated using the model of two-port linear network with S-parameters. To calibrate the model, an original amplitude-phase method was proposed that requires measuring the antenna's return loss when the antenna is located only at several heights above the reflecting surface (metal sheet). In this case, the antenna return loss in an empty room does not need to be measured. The proposed method for synthesizing UWB pulses does not require changes in the design of the antenna and can be implemented as an additional software calibration of the antenna-feeder path. The proposed method of UWB pulses synthesizing can be implemented using miniature, low-cost vector network analyzers for environment remote sensing from unmanned aerial vehicle using the UWB impulses.

Смотреть статью,
Scopus,
Читать в сети ИФ
Держатели документа:
Kirensky Institute of Physics Federal Research Center, Laboratory of Radiophysics of the Earth Remote Sensing, KSC Siberian Branch, Russian Academy of Science, Krasnoyarsk, Russian Federation

Доп.точки доступа:
Mikhaylov, M. I.; Михайлов, Михаил Иванович; Ruzicka, Z.; Ружичка, Зденек; Музалевский, Константин Викторович; IEEE International Multi-Conference on Engineering, Computer and Information Sciences 2022(1-13 November 2022 ; Yekaterinburg, Russian Federation)
}
Найти похожие

    Muzalevskiy, K. V.
    Retrieving soil moisture profiles based on multifrequency polarimetric radar backscattering observations. Theoretical case study / K. Muzalevskiy // Int. J. Remote Sens. - 2021. - Vol. 42, Is. 2. - P. 506-519, DOI 10.1080/01431161.2020.1809743. - Cited References: 46. - This work was supported by the Russian Foundation for Basic Research (grant No. 18-05-00405) in part of the sensing depth investigation and retrieving soil moisture in the L-band, a technique for measuring moisture profiles at two frequencies of 435 MHz and 5.4 GHz was created in part of SB RAS project No. 0356-2019-0004 . - ISSN 0143-1161
   Перевод заглавия: Восстановление профилей влажности почвы на основе многочастотных поляриметрических наблюдений обратного радарного рассеяния
Кл.слова (ненормированные):
Antennas -- Backscattering -- Cost functions -- Exponential functions -- Inverse problems -- Perturbation techniques -- Polarimeters -- Radar -- Remote sensing -- Soil moisture
Аннотация: In this theoretical work, a dual-frequency polarimetric method is proposed for measuring moisture profiles in the topsoil up to 0.30 m thick. A case of measuring soil moisture profiles, which monotonically changes with depth, during 37 days after irrigation is considered. Original values of backscattering coefficients are calculated by the Oh model and by the small perturbation method at frequencies of 5.4 GHz and 435 MHz, respectively. In these calculations, we used measured moisture profiles and spectroscopic refractive mixing dielectric model of non-saline mineral soil with a clay fraction of 9.1%. Soil moisture profiles are retrieved by solving the inverse problem, the cost function of which is constructed based on the co- and cross-polarized ratios, calculated at two frequencies for the measured and modelled soil moisture profiles. An exponential function is used as a modelled soil moisture profile. It is shown that the standard deviation between the retrieved and measured soil moisture values in the surface layer 0.30 m thick appears to be ≤0.02 m3 m−3 (theoretical limit), and the determination coefficient is 0.881. The study shows a promising path towards developing multi-frequency radar systems for remote sensing of soil moisture profiles using satellites-based and unmanned aerial vehicles air-based platforms.

Смотреть статью,
Scopus,
WOS,
Читать в сети ИФ
Держатели документа:
Laboratory of Radiophysics of the Earth Remote Sensing, Kirensky Institute of Physics Federal Research Center KSC Siberian Branch Russian Academy of Sciences, Krasnoyarsk, Russian Federation

Доп.точки доступа:
Музалевский, Константин Викторович
}
Найти похожие

    Muzalevskiy, K. V.
    A new method for remote sensing of moisture profiles in the arable layer at three frequencies; experimental case study / K. Muzalevskiy // Int. J. Remote Sens. - 2021. - Vol. 42, Is. 7. - P. 2377-2390, DOI 10.1080/01431161.2020.1851795. - Cited References: 35. - This work was supported by the Russian Foundation for Basic Research (grant No. 18-05-00405) in part of the sensing depth investigation and retrieving soil moisture. The method of the formation of radio impulses was created in part of SB RAS project No. 0356-2019-0004 . - ISSN 0143-1161
   Перевод заглавия: Новый способ дистанционного зондирования профилей влажности пахотного слоя почвы на трёх частотах. Экспериментальное исследование
Кл.слова (ненормированные):
microwave remote sensing -- radar -- UAV -- soil moisture profile -- soil permittivity
Аннотация: In this paper, the possibilities of remote sensing of moisture profiles in the arable layer were theoretically and experimentally studied based on the nadir measurements of reflection coefficients at three frequencies of 1.26 GHz, 796 MHz and 641 MHz. The reflection coefficients were measured by the impulse method during natural cycles of evaporation and moistening of an arable layer at the agricultural field being under steam, located at 56°05ʹN, 92°40ʹ E in the area of the Minino village, Krasnoyarsk region, the Russian Federation. The soil moisture profiles were retrieved in the course of solving the inverse problem, in which the reflection coefficients at different frequencies acted as an informative sign. The root-mean-square error and the determination coefficient (R 2) between retrieved and measured moisture values in the topsoil thickness of 0.15 m were 3.3% and 0.79, respectively. In the course of theoretical calculations, it was shown that in practice, it is impossible to predict the sensing depth of the arable layer without preliminary information on the form of moisture profile. Moreover, the sensing depth depends not only on the form of soil moisture profile but also on frequency. In this regard, it is impossible to correlate the effective soil moisture, retrieved from single-frequency measurements of the reflection coefficient in the approximation of homogeneous topsoil, with the specific thickness of topsoil. The study shows the promise of developing multi-frequency radar systems for remote sensing of soil moisture profiles in the arable layer, the potential of which can be realized on lightweight unmanned area vehicle (UAV) platforms.

Смотреть статью,
Scopus,
WOS,
Читать в сети ИФ
Держатели документа:
Laboratory of Radiophysics of the Earth Remote Sensing, Kirensky Institute of Physics Federal Research Center KSC Siberian Branch Russian Academy of Sciences, Krasnoyarsk, Russian Federation

Доп.точки доступа:
Музалевский, Константин Викторович
}
Найти похожие

    Музалевский, Константин Викторович.
    Дистанционное измерение профилей влажности в пахотном слое почвы на основе поляриметрических наблюдений коэффициента отражения в P- и C-диапазонах частот. Эксперимент / К. В. Музалевский // Соврем. проблемы дистанц. зондир. Земли из космоса. - 2020. - Т. 17, № 3. - С. 145-148, DOI 10.21046/2070-7401-2020-17-3-145-148. - Библиогр.: 5. - Работа выполнена в рамках проекта Российского фонда фундаментальных исследований № 18-05-00405, методика измерения коэффициентов отражения была развита при поддержке проекта государственного задания № 0356-2019-0004 . - ISSN 2070-7401. - ISSN 2411-0280
   Перевод заглавия: Remote sensing of moisture profiles in the arable soil layer based on polarimetric observations of the reflection coefficient in the P- and C-bands. Experiment
Кл.слова (ненормированные):
радиолокация -- беспилотный летательный аппарат -- агропочвы -- влажность почвы -- пахотный слой -- диэлектрическая проницаемость -- Radar -- Unmanned aerial vehicle -- Agricultural soils -- Soil moisture -- Arable layer -- Dielectric constant
Аннотация: В данном сообщении экспериментально подтверждена принципиальная возможность дистанционного измерения профилей влажности в пахотном слое почвы с пригодной для практического применения точностью на основе поляриметрических измерений коэффициента отражения на двух частотах 630 МГц и 5,4 ГГц. Коэффициенты отражения измерялись под углом 35° импульсным методом в ходе естественных циклов испарения и увлажнения пахотного слоя почвы на участке сельскохозяйственного поля, находящегося под паром в районе пос. Минино, Красноярский край. Профили влажности почвы восстанавливались в ходе решения обратной задачи, информативным признаком в которой выступало отношение коэффициентов обратного радарного рассеяния на согласованных линейных поляризациях. Отношение коэффициентов обратного радарного рассеяния было оценено в скалярном приближении метода Кирхгофа в виде отношения коэффициентов отражения по мощности, измеренных на горизонтальной и вертикальной поляризациях. Среднеквадратическое отклонение и коэффициент детерминации между восстановленными и измеренными значениями объёмной влажности в поверхностном слое почвы толщиной 10 см оказались равны 2,2 % и 0,91 соответственно. Исследование показывает перспективность разработки поляриметрических многочастотных радиолокационных систем комбинированного сверхвысокочастотного и дециметрового диапазонов для дистанционного зондирования профилей влажности пахотного слоя почв.
This report experimentally confirmed the fundamental possibility of remote sensing of moisture profiles in the arable soil layer with practical acceptable accuracy based on polarimetric measurements of the reflection coefficient at two frequencies of 630 MHz and 5.4 GHz. Reflection coefficients were measured at an angle of 35° by the impulse method, during natural cycles of the evaporation and moistening of soil arable layer in a plot of an agricultural field under steam in the area of Minino village, Krasnoyarsk region. Soil moisture profiles were retrieved in the course of solving the inverse problem, in which cost function was the ratio of the backscattering coefficients taken on coincident linear polarizations. The ratio of the backscattering coefficients was estimated by the scalar Kirchhoff approximation in the form of a ratio of power reflection coefficients, which were measured on horizontal and vertical polarizations. The standard deviation and the determination coefficient between the retrieved and measured soil moisture in the 10 cm topsoil were 2.2 % and 0.91, respectively. The study shows the prospects of developing polarimetric multi-frequency radar systems of combined UHF and SHF bands for remote sensing of moisture profiles in the arable layer of soils.

Смотреть статью,
РИНЦ,
Scopus,
Читать в сети ИФ
Держатели документа:
Kirensky Institute of Physics SB RAS, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation

Доп.точки доступа:
Muzalevskiy, K. V.
}
Найти похожие

    Полевое тестирование метода картографического моделирования влагозапасов поверхностного слоя почвенного покрова, основанного на данных радарной съёмки Sentinel-1 и цифровой модели рельефа / А. М. Зейлигер, K. V. Muzalevskiy, Е. В. Зинченко [и др.] // Соврем. проблемы дистанц. зондир. Земли из космоса. - 2020. - Т. 17, № 4. - С. 113-128, DOI 10.21046/2070-7401-2020-17-4-113-128. - Библиогр.: 32 . - ISSN 2070-7401. - ISSN 2411-0280
   Перевод заглавия: Field testing of the cartographic modeling of soil water content of the surface layer of soil cover based on Sentinel-1 radar survey and digital elevation model
Кл.слова (ненормированные):
почвенный покров -- влажность почвы -- точечные данные -- растровые данные -- гранулометрический состав -- шероховатость земной поверхности -- цифровая модель местности -- БПЛА -- радарная съёмка -- Sentinel-1 -- обратное радарное рассеяние -- нейронные сети -- диэлектрическая модель почвы -- Soil cover -- Soil moisture -- Raster data -- Particle size distribution -- Surface roughness -- Digital terrain model -- UAV -- Radar imaging -- Sentinel-1 -- Radar backscatter -- Neural networks -- Dielectric soil model
Аннотация: Влагосодержание поверхностного слоя почвенного покрова (ВПС ПП) является одним из ключевых параметров, используемых для количественного описания гидрологического состояния поверхности почвы, а также при оценке доступности почвенной влаги растительному покрову. Поскольку коэффициент обратного радарного рассеяния чувствителен к влажности почвы, в настоящей работе применялись данные Sentinel-1 для картирования влажности почвы с высоким пространственным разрешением с целью отображения пространственных и временных закономерностей распределения почвенной влаги на уровне поля в практике управления почвенными и водными ресурсами. Прямые измерения ВПС ПП толщиной 5 см были реализованы в результате проведённого полевого мониторинга на экспериментальном участке, расположенном на территории Всероссийского научно-исследовательского института орошаемого земледелия (пос. Водный, Волгоградская обл.). В заданных координатах на тестовом участке были отобраны соответствующие почвенные образцы, влагосодержание которых было определено с использованием термостатно-весового метода. В результате создан первый точечный слой геоданных ВПС ПП. По данным радарной съёмки Sentinel-1 была выполнена оценка ВПС ПП для того же пространственного экстента экспериментального участка. Значения растрового набора значений влажности почвы по данным дистанционного зондирования (ВПС ПП-ДЗЗ) в пределах границ экспериментального участка были рассчитаны по данным радарной съёмки Sentinel-1. Эти расчёты основаны на оценке отражательной способности почвы, полученной методом нейронной сети, и дальнейшего решения обратной задачи с использованием диэлектрической модели, учитывающей содержание глинистой фракции почвы тестового участка. В ходе тренировки нейронной сети использовались входные данные коэффициентов обратного радарного рассеяния, измеренные Sentinel-1 на согласованной вертикальной и перекрёстной поляризации, и выходное значение отражательной способности почвы, оценённое на основе точечного слоя геоданных ВПС ПП и диэлектрической модели. Ортотрансформация снимка Sentinel-1 осуществлялась с использованием цифровой модели рельефа (ЦМР), созданной в результате стереосъёмки, выполненной с использованием беспилотного летательного аппарата Phantom 4 Pro. В результате сравнения наборов геоданных ВПС ПП и ВПС ПП-ДЗЗ, полученных в ходе полевого мониторинга и дистанционного зондирования соответственно, были оценены значения коэффициента детерминации (0,948) и стандартного отклонения (2,04 %). Этот результат подтверждает удовлетворительную линейную корреляцию между наборами ВПС ПП и ВПС ПП-ДЗЗ. Сравнение двух полученных точечных слоёв геоданных ВПС ПП указывает на удовлетворительное воспроизведение первого набора вторым. Такой вывод получен в результате наземного мониторинга и картографического моделирования, выполненного с помощью разработанного метода с использованием данных радарной съёмки Sentinel-1 и характеристик ЦМР. Результаты исследования позволяют сделать вывод, что разработанный метод может рассматриваться в качестве научной и методологической основы новой технологии картографического мониторинга ВПС ПП, которая рассматривается в настоящее время в качестве одной из основных базовых характеристик для использования в точном орошаемом земледелии.
The surface moisture content (SMC) is one of the key parameters, which is used for the quantitative description of soil hydrological state as well as the estimation of soil water availability to vegetation canopy. Since the radar backscattering coefficient is sensitive to SMC, in this investigation Sentinel-1 data was used for soil moisture mapping with a high spatial resolution, based on which the spatial and temporal patterns of soil moisture distribution at field level was mapped for implementing in the management of soil and water resources. Direct measurements of SMC in a layer thickness of 5 cm were carried out during field monitoring at an experimental test site, located on the territory of the All-Russian Scientific Research Institute of Irrigated Agriculture (Vodny village, Volgograd region). In the given coordinates on the test site, soil samples were taken, the moisture content of which was determined using the thermostat-weight method. As a result, the first point georeferenced layer of SMC was created. At the same time, the estimation of SMC based on Sentinel-1 radar observations was performed for the same spatial extent of the test site. The raster set of SMC within the boundaries of the test site was calculated from the Sentinel-1 remote sensing (RS) observations. This layer will be named SMC-RS. These calculations were based on the assessment of soil reflectivity obtained by neural network (NN) method and the further solution of the inverse problem using a dielectric model, which takes into account the soil clay content at the test site. During the training of the NN, backscatter coefficients measured by Sentinel-1 at co- and cross-polarization were used as input data. As the output data of the NN, the value of soil reflectivity, which was estimated based on point georeferenced layer of SMC and a dielectric model were used. Terrain correction of Sentinel-1 image was carried out using a digital elevation model (DEM), created by Phantom 4 Pro unmanned aerial vehicle as the result of stereo photography. As a result of comparing the georeferenced data sets SMC and SMC-RS obtained during field monitoring and remote sensing, respectively, the following values of determination coefficient (0.948) and standard deviation (2.04 %) were estimated. This result confirms a satisfactory linear correlation between both data sets. The comparison of the two layers of point georeferenced data sets indicates that the first set is well correlated by the second. This conclusion was obtained as the result of ground monitoring and cartographic modelling carried out using the developed method, Sentinel-1 observation and DEM. The developed method can be considered as the scientific and methodological basis of the new technology for the cartographic monitoring of SMC, which is currently treated as one of the main basic characteristics to be used in precision irrigated agriculture. © 2020 Space Research Institute of the Russian Academy of Sciences. All rights reserved.

Смотреть статью,
РИНЦ,
Scopus,
Читать в сети ИФ
Держатели документа:
Российский государственный аграрный университет ― МСХА имени К. А. Тимирязева, Москва, Россия
Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН, Красноярск, Россия
Всероссийский научно-исследовательский институт орошаемого земледелия, Волгоград, Россия

Доп.точки доступа:
Зейлигер, А. М.; Muzalevskiy, K. V.; Музалевский, Константин Викторович; Зинченко, Е. В.; Ермолаева, О. С.; Мелихов, В. В.
}
Найти похожие

10.

    Численно-аналитическая модель коэффициента обратного рассеяния электромагнитных волн озёрным льдом в С-диапазоне частот / К. В. Музалевский [и др.] // Журн. радиоэлектрон. - 2019. - № 12, DOI 10.30898/1684-1719.2019.12.8. - Библиогр.: 49. - Работа выполнена в рамках проекта СО РАН No 0356-2018-0060. . - ISSN 1684-1719
   Перевод заглавия: Numerical-analytical model of backscattering coefficient of pure lake ice in C-band
Кл.слова (ненормированные):
радиолокация -- пресный озёрный лёд -- модель радарного рассеяния -- толщина льда -- температура воздуха -- radio-location -- fresh lake ice -- radar scattering model -- ice thickness -- air temperature
Аннотация: В данной работе предложена численно-аналитическая модель диффузного рассеяния волн C-диапазона частот случайной слоисто-неоднородной средой ледового покрова пресноводного озера, учитывающая отражение волны от границы лёд-вода. Созданная модель позволяет рассчитать коэффициент рассеяния от ледового покрова в зависимости от длины корреляции и среднего объемного содержания пузырьков воздуха в ледовой толще. При этом полагалось, что среднее объемное содержания пузырьков воздуха не зависит от толщины льда. Тестирование предложенной модели было выполнено для одного из озёр, расположенных в дельте реки Лена, с использованием радарных данных спутника Sentinel-1 и данных о температуре приземного воздуха в период с сентября 2017 по июнь 2018 гг. Данные о температуре приземного воздуха использовались для оценки толщины ледового покрова на основе эмпирической модели Лебедева, описывающей связь толщины льда и суммы абсолютных значений отрицательных температур приземного воздуха, с учетом толщины снежного покрова. Предложенная модель со среднеквадратическим отклонением RMSE=0,2дБ и квадратом коэффициента корреляции R2=0,960 описывает измеренные Sentinel-1 временные зависимости сечения рассеяния в зависимости от толщины льда на тестовом участке озера. Кроме того, созданная модель позволяет с погрешностью RMSE=17,6см и R2=0,811 прогнозировать толщину льда, определять как суммарную величину, так и абсолютные значения температуры приземного воздуха с момента становления льда на озере из радарных данных Sentinel-1 с погрешностью RMSE=158,9°С×день (R2=0,984) и RMSE=6,0°С (R2=0,59), соответственно. Предлагаемая методика не учитывает неоднородность вертикального распределения пористости и строения льда, шероховатость границ раздела воздух-лёд, лёд-вода, а также межслойных границ во льду. Существенным является априорное знание величины средней пористости зондируемой толщи льда с погрешностью порядка 1%. Данную информацию можно получать из статистического обобщения данных наземных измерений. Предложенная методика нуждается в дальнейшей проверке на большем числе тестовых тундровых озёр.
In this paper, we propose a numerical-analytical model for diffuse scattering waves in C-band by a random layered-inhomogeneous medium of the pure lake ice cover, taking into account the reflection of the wave from the plane ice-water boundary. The created model allows calculating the scattering coefficient from the ice cover depending on the correlation length and the average volumetric value of air bubbles in ice. It was assumed that the average volumetric content of air bubbles does not depend on the thickness of the ice. Testing of the proposed model was performed for one of the lakes located in the Lena River Delta, using Sentinel-1 satellite backscattering data on HH-pol and surface air temperature data from September 2017 to June 2018. Surface air temperature data were used to estimate the ice thickness based on the Lebedev's empirical model describing the relationship between the ice thickness and the sum of the absolute values of the negative air temperatures, taking into account the thickness of the snow cover. The proposed model with RMSE = 0.2dB and the R2 = 0.960 describes the Sentinel-1 measured temporal dependences of the backscattering coefficient during of increasing of the ice thickness (0-2m) in the test site of the lake. In addition, the created model allows predicting the ice thickness with the error of RMSE = 17.6 cm and R2 = 0.811, determining both the total value and the absolute values of the surface air temperature from the moment of ice formation on the lake from Sentinel-1 radar data with an error of RMSE = 158,9°C days (R2 = 0.984) and RMSE = 6.0°C (R2 = 0.59), respectively. The proposed method does not take into account the effect of vertical heterogeneity of the porosity and ice structure, roughness of the air-ice, ice-water, and interlayer boundaries in ice. An a priori knowledge of the value of mean porosity of the sensing ice with an error of about 1% is essential. This information can be obtained from a statistical analysis of ground-based measurements. The proposed methodology needs further verification on a larger number of test tundra lake sites.

Смотреть статью,
РИНЦ,
Читать в сети ИФ
Держатели документа:
Институт физики им. Л.В. Киренского – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН, 660036, г. Красноярск, ул. Академгородок, д.50, стр.38
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН, 630090, г. Новосибирск, пр-т. Академика Коптюга, д.3

Доп.точки доступа:
Музалевский, Константин Викторович; Muzalevskiy, K. V.; Ельцов, Игорь Николаевич; Фаге, А. Н.; Цибизов, Л. В.; Аюнов, Д. Е.
}
Найти похожие