Kriging-alapú gyors számítási modell kifejlesztése erdős területek jellemzőinek radarmérések alapján történő meghatározására

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Gyimóthy Szabolcs
Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék

Az erdős területek radarral történő vizsgálatának egyik célja, hogy a földfelszín feletti biomassza állagáról, eloszlásáról és minőségéről informáljon. A mérési eredmények alapján meghatározhatjuk a fatörzsek átlagos átmérőjét, a fák átlagos magasságát és egyéb olyan paramétereket, amelyek segítségével meghatározhatóak a biomassza jellemzői. A mérések során a kibocsájtott és a visszavert hullámok viszonyát vizsgálják különboző polarizációkban.

A radarmérések eredményeinek pontos kiértékeléséhez nagyszámú olyan megfigyelést kell végezni, amelyeknél mind a radar válaszjele, mint pedig a vizsgált erdő paraméterei ismertek, azonban e megfigyelések száma a magas költségek miatt limitált. A megfigyelések helyett lehetőség van numerikus szimulátorok alkalmazására, melyek egy virtuális erdő válaszjelét képesek kiszámolni. Gondot jelent, hogy a számítógépes szimuláció rendkívül időigényes, továbbá hogy éppen a meghatározni kívánt paraméterek (pl. fák mérete, nedvességtartalma, stb.) előzetes ismeretét feltételezi. A szimulátor ily módon csak közvetve, például valamilyen optimalizációs eljárás keretében alkalmazható az un. inverz feladat megoldására, vagyis a fák paramétereinek meghatározására a mért elektromágneses tér alapján. Általában ez a szimulációk nagyszámú futtatását igényli.

A számításigény csökkenthető, ha a szimulátor helyett egy „viselkedésalapú”, gyors matematikai modellt (un. meta-modellt) használunk. Ez a helyettesítő modell általában olyan interpolációs eljárást takar, amely a néhány, célszerűen megválasztott paraméterkombinációra - előre elvégzett szimulációk felhasználásával - tetszőleges és korábben nem vizsgált parametéretértékek esetében is becslést tud adni az eredményre.

Dolgozatomban bemutatom a COSMO szimulátorhoz készült meta-modellezési eljárást. A COSMO szimulátort Franciaországban, a Sup\'elec SONDRA nevű laboratóriumában fejlesztették ki az erdős területek radarvizsgálatának szimlációjához. Az alkalmazott konfigurációban a fák kizárólag a törzsükkel modellezettek. Az erdőt a fák életkora (amely arányos a törzsek átmérőjével) és a föld nedvességtartalma alapján, míg a radarkonfigurációt a radar frekvenciája és beesési szöge jellemzi. A fák életkora és a föld nedvességtartalma az inverz feladatban meghatározandó két változó.

Az meta-modellezési eljárás során egy kétszintű adaptív mintavételezési eljárást alkalmazok, hogy a generált modell a lehető legjobban illeszkedjen a vizsgált problémához. A mintavételezés felső szintje az életkor-nedvességtartalom, míg az alsó szint a frekvencia-beesési szög sík mintavételi pontjait határozza meg. A mintavételi pontokon kívüli ismeretlen pontok kimenetének predikciójához a kriging interpolációt alkalmazom. A kriging egy sztochasztikus folyamatokon alapuló közelítő eljárás. Az adaptív mintavételezési eljárás a modell feltételezett bizonytalalanságát veszi alapul, és úgy határozza meg a mintavételi pontokat, hogy ez a bizonytalanság a lehető legalacsonyabb szinten legyen a kész modellben.

Az adaptív mintavételezéssel generált meta-modell eredményét a valós szimulátor-kimenettel összehasonlítva validálom. A validált modellt ezután felhasználom az inverz feladat megoldásához.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.