1. «Αναγνώριση Ωκεάνιων και Ατμοσφαιρικών Φαινομένων, με
χρήση Δορυφορικών τηλεπισκοπικών Απεικονίσεων Ραντάρ
συνθετικού ανοίγματος»
Φοιτητής Επιβλέπων Καθηγητής
Βασιλειάδης Χρήστος Κωνσταντίνος
Τοπουζέλης

2. Η ανάπτυξη ικανότητας
εντοπισμού θαλάσσιων
και ατμοσφαιρικών
φαινομένων σε
απεικονίσεις ραντάρ με τη
χρήση φωτοερμηνείας.
ΣΚΟΠΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
Η ανάπτυξη αυτόματης
μεθόδου εντοπισμού και
ταξινόμησης των
φαινομένων αυτών σε
απεικονίσεις ραντάρ.

3. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

4. ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Εικόνα Ραντάρ (ASAR)
• 12/07/2010
• Wide Swath Mode
Ταχύτητα
Ανέμου
Τόνος
Απεικόνισης
>6m/s Ανοικτός
<6m/s Σκούρος
Η επιφανειακή τραχύτητα
δεν επηρεάζεται μόνο από
την δράση του ανέμου!
Π.χ: θαλάσσια ρεύματα,
εσωτερικά κύματα
Καταβατικός
άνεμος
Ίχνος
νησιού
Περιοχές
χαμηλού
ανέμου

5. ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Ωκεάνια Φαινόμενα
Ωκεάνια εσωτερικά Κύματα
Ωκεάνια ρεύματα
Πετρελαιοκηλίδες
Ίχνη και απόνερα πλοίων
Ωκεάνιες δίνες
Τοπογραφία πυθμένα
Παράκτια μέτωπα
παράκτια φαινόμενα:
-Πλούμια καναλιών
-Εκβολές ποταμών
Ατμοσφαιρικά Φαινόμενα
Ατμοσφαιρικά κύματα
βαρύτητας
Ατμοσφαιρικά Μέτωπα
Ανεμολογικά φαινόμενα:
-Απουσία ανέμου
-Καταβατικός άνεμος
-Παράκτια αύρα
-Ίχνη νησιών
Υετός – συμβάντα
βροχόπτωσης
Ατμοσφαιρικά κελιά

6. ΜΕΘΟΔΟΣ
Εικόνα ραντάρ (ASAR)
Βαθμονόμηση (Calibration)
Κανονικοποίηση (Normalization)
Γεωαναφορά (Reprojection-
WGS84)
Φιλτράρισμα (Filter-Mean 3X3)
Εξαγωγή (Export-GEOTIFF)
Συλλογή Δορυφορικών
Τηλεπισκοπικών Δεδομένων ραντάρ
Βιβλιογραφική έρευνα των
φαινομένων
Προ-επεξεργασία Δεδομένων Ραντάρ
Αντικειμενοστραφής Ανάλυση των
Δεδομένων ραντάρ
Ταξινόμηση Δεδομένων ραντάρ
Αποτελέσματα – Εκτίμηση Ακρίβειας

7. ΜΕΘΟΔΟΣ
Αντικειμενοστραφής Ανάλυση - Στάδια Κατάτμησης Δεδομένων Ραντάρ
Εικόνα Ραντάρ
Κατάτμηση εικόνας. Δημιουργία αντικειμένων
με διαστάσεις 5Χ5 εικονοστοιχείων
Ταξινόμηση αντικειμένων εικόνας
σε τρείς κατηγορίες:
1) Θάλασσα (sea)
2) Στεριά (land)
3) Περιθώριο εικόνας (margin)

8. ΜΕΘΟΔΟΣ
Ταξινόμηση Σκούρων Σχηματισμών σε Δεδομένα Ραντάρ
Ταξινόμηση θαλάσσιων
αντικειμένων σε:
1) Χαμηλής οπισθοσκέδασης
2) Χαμηλής-Μέσης
οπισθοσκέδασης
3) Μέσης οπισθοσκέδασης
4) Υψηλής-Μέσης
οπισθοσκέδασης
5) Υψηλής οπισθοσκέδασης
Εικόνα ραντάρ

9. ΜΕΘΟΔΟΣ
Συλλογή χαρακτηριστικών των φαινομένων (Features
collection of Features creation)
Συλλογή αντιπροσωπευτικών Δειγμάτων των φαινομένων
(Samples collection)
Εξαγωγή τιμών κατωφλίωσης ανά χαρακτηριστικό και
φαινόμενο
Δημιουργία κανόνων ασαφούς λογικής και εισαγωγή τους στο
σύστημα αυτόματης ταξινόμησης φαινομένων
Επιβλεπόμενη ταξινόμηση ατμοσφαιρικών και ωκεάνιων
φαινομένων (Supervised Classification)
Εκτίμηση Ακρίβειας
(Accuracy Assessment)
Συλλογή
αντιπροσωπευτικών
Δειγμάτων των
φαινομένων για την
εκτίμηση της ακρίβειας
Στάδια ταξινόμησης ωκεάνιων και ατμοσφαιρικών φαινομένων

10. ΜΕΘΟΔΟΣ
Χαρακτηριστικό
Feature
Σύμβολο
Code
Εμβαδόν (Area) A
Περίμετρος (Perimeter) P
Λόγος περιμέτρου προς εμβαδόν (Perimeter to Area ratio) P/A
Πολυπλοκότητα (Complexity) C
Μέση τιμή (οπισθοσκέδασης) αντικειμένου (Object mean) OMe
Τυπική απόκλιση αντικειμένου (Object standard deviation) OSd
Λόγος μέσης τιμής προς τυπική απόκλιση αντικειμένου
Object mean to standard deviation ratio
Opm
Μέση τιμή (οπισθοσκέδασης) γειτονικής περιοχής (Background mean) BMe
Τυπική απόκλιση γειτονικής περιοχής (Background standard deviation) BSd
Λόγος μέσης τιμής προς τυπική απόκλιση γειτονικής περιοχής (Background mean to
standard deviation ratio)
Βpm
Λόγος μέσης τιμής προς τυπική απόκλιση αντικειμένου προς γειτονικής περιοχής (Ratio
of the power to mean ratios)
Opm/Bpm
Μέση τιμή αντίθεσης (Contrast mean) ConMe
Μέγιστη τιμή αντίθεσης (Contrast max) ConMax

11. ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ - ΔΕΔΟΜΕΝΑ
Ιόνιο Πέλαγος
Αιγαίο Πέλαγος
Β. Λιβυκό Πέλαγος
Β.Δ. Θάλασσα της
Λεβαντίνης
Δορυφορικά Τηλεπισκοπικά Δεδομένα Ραντάρ
Αισθητήρας Advanced Synthetic
Aperture Radar
Τύπος Δεδομένων Wide Swath Mode
Χωρική Ανάλυση 150m X 150m
Γεωγραφική Κάλυψη 405Km
Σύνολο Συλλεχθέντων
Δεδομένων
754 εικόνες ραντάρ
Χρονικό Εύρος Κάλυψης
Δεδομένων (έτη)
2009 έως 2012

12. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ
Αναγνώριση φαινομένου Ατμοσφαιρικών Κελιών
Περιοχή 1: αντικείμενο σκούρου
σχηματισμού.
Περιοχή 2: Δείγμα
ατμοσφαιρικών κελιών για
υπολογισμό ακρίβειας.
Περιοχή 3: Επιτυχώς
ταξινομημένο αντικείμενο
ατμοσφαιρικών κελιών.

13. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ
Αναγνώριση φαινομένου Καταβατικού Ανέμου
Περιοχή 1: αντικείμενο σκούρου
σχηματισμού.
Περιοχή 2: Δείγματα καταβατικού
ανέμου για υπολογισμό ακρίβειας.
Περιοχή 3: Επιτυχώς
ταξινομημένο αντικείμενο
καταβατικού νέμου.

14. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ
Αναγνώριση φαινομένου Νησιωτικού Ίχνους
Περιοχή 1: αντικείμενο
σκούρου σχηματισμού.
Περιοχή 2: Δείγμα
νησιωτικού ίχνους για
υπολογισμό ακρίβειας.
Περιοχή 3: Επιτυχώς
ταξινομημένο
αντικείμενο νησιωτικού
ίχνους.

15. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ
Ανεπιτυχής αναγνώριση φαινομένου Περιοχής Χαμηλού ή Απουσίας Ανέμου
Περιοχή 1: αντικείμενο σκούρου
σχηματισμού.
Περιοχή 2: Δείγμα περιοχής
χαμηλού ανέμου για υπολογισμό
ακρίβειας.
Περιοχή 3: Ανεπιτυχής
ταξινόμηση περιοχής χαμηλού
ανέμου ως ατμοσφαιρικά κελιά.

16. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ
Πίνακας ακρίβειας ταξινομητικού παραδείγματος
Συνολική ακρίβεια 44%
User Class Sample Low Wind
Areas
Katabatic Wind Oil Spills Island Wakes Convective
Cells
Sum
Low Wind Areas 8 4 1 0 1 14
Katabatic Wind 0 6 0 0 0 6
Oil Spills 0 0 0 0 0 0
Island Wakes 0 1 0 0 0 1
Convective Cells 4 5 1 2 4 16
Atmospheric Gravity
Waves
0 2 1 0 0 3
unclassified 0 0 1 0 0 1
Sum 12 18 4 2 5
Producer 0.67 0.33 0 0 0.8
User 0.57 1 undefined 0 0.25
Overall Accuracy 0.44

17. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
Βαθιά γνώση των φυσικών διεργασιών της
δημιουργίας και ανάπτυξης του εκάστοτε
ωκεανογραφικού φαινομένου ώστε να είναι
δυνατός ο εντοπισμός και η ταξινόμησή του.
Επιτυχής αναγνώριση σκούρων σχηματισμών
επειδή η κανονικοποίηση (Normalization) των
δεδομένων ραντάρ προσφέρει εξαιρετικά
σημαντική εξομάλυνση των τιμών φωτεινότητας.
Φωτοερμηνευτική
Διαδικασία
Προ-επεξεργασία
Δεδομένων
Ραντάρ

18. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
Μέθοδος
Αντικειμενοστραφούς
Ανάλυσης
Δεν μπορεί να δημιουργήσει αντιπροσωπευτικά
αντικείμενα για το σύνολο των φαινομένων που
εξετάστηκαν. Πολλά φαινόμενα δεν
αναγνωρίστηκαν.
Αποδείχθηκε ικανή να εξάγει και να υπολογίσει τις
τιμές των χαρακτηριστικών στις πλήρως
ετερογενείς απεικονίσεις του ευρύτερου Ελλαδικού
χώρου.
Ακρίβεια
Αποτελεσμάτων
Η συνολική ακρίβεια κυμαίνεται από 22% έως
69%, στο σύνολο των ταξινομήσεων.
Μεγάλες διακυμάνσεις συνολικής ακρίβειας μεταξύ
των εικόνων που ταξινομήθηκαν λόγω ελλιπούς
δειγματοληψίας.

19. Geographic Object-Based Image Analysis
Η παρούσα εργασία έχει σταλεί προς δημοσίευση στο πέμπτο διεθνές συνέδριο
GEOBIA (Geographic Object-Based Image Analysis) το οποίο θα διεξαχθεί στην
Θεσσαλονίκη 21-24 Μαΐου 2014.
Τίτλος δημοσίευσης: «Representative sea state primitive objects extraction from ASAR
data»