[论文解读] Image Gravimetry: A New Remote Sensing Approach for Gravity Analysis in Geophysics

Mostafa Kiani Shahvandi|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2020

Geophysics and Gravity Measurements参考文献 6被引用 5

一句话总结

本文提出了一种名为图像重力测量（Image Gravimetry）的新遥感方法，通过基于模板的椭球样条插值，利用卫星图像估算重力值。在伊朗库姆地区的一幅陆地卫星图像中，利用已知的重力点，该方法与参考椭球重力模型相比，标准差为6.71 mGal，最大差异为35 mGal，证明了利用光学影像进行地球物理重力分析的可行性。

ABSTRACT

In this paper a new Geophysical gravimetry approach is presented, which is based on satellite imagery in remote sensing. The method uses a satellite image, together with a set of points in the image the gravity values of which are known. Template-based spheroidal spline method of interpolation is used to constitute a system of equations to find the values of gravity at other points in the image. A real case study is presented for the Qom region in Iran. Values of gravity are determined from the Landsat satellite image for this region, using 9 points in the image whose gravity values are known. Reference ellipsoid gravity values, which are based on coefficients derived from satellite gravimetry, are computed for this region, as well. Comparison between gravity values derived from Landsat image and those from reference ellipsoid shows that the standard deviation of the results is around 6.71 milli Gal, with the maximum of differences being 35 milli Gal.

研究动机与目标

• 开发一种利用光学卫星影像进行重力分析的新遥感方法。
• 通过利用卫星影像数据，解决地面重力测量稀疏的问题。
• 在缺乏地球物理数据的区域，利用广泛可用的遥感影像实现重力场估算。
• 通过伊朗库姆地区的实际案例研究验证该方法。

提出的方法

• 该方法以伊朗库姆地区陆地卫星图像作为主要数据源。
• 图像内九个已知重力点被用作插值的控制点。
• 应用基于模板的椭球样条插值方法，求解方程组以估算未知位置的重力值。
• 将图像中推导出的重力值与基于卫星重力系数计算的参考椭球重力值进行比较。
• 插值模型考虑了地球的椭球几何形状，以提高区域重力估算的准确性。
• 该方法整合了图像处理与数值分析，从光学影像中绘制重力变化图。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过插值技术可靠地从光学卫星影像中估算重力值？
• RQ2 在陆地卫星影像中应用椭球样条插值方法进行区域重力制图时，其精度如何？
• RQ3 在真实世界案例研究中，基于影像插值推导出的重力值与参考椭球模型之间的偏差是多少？
• RQ4 该方法能否作为地面重力数据有限区域的可行替代方案？
• RQ5 在库姆（伊朗）这类构造活跃区域，基于影像的重力估算的空间误差特征是什么？

主要发现

• 从陆地卫星影像推导出的重力值与参考椭球模型之间的标准差为6.71毫伽（mGal）。
• 插值重力值与参考重力值之间的最大差异达到35毫伽（mGal）。
• 该方法仅使用陆地卫星图像中九个已知重力点，成功生成了区域重力图。
• 结果表明，无需专用重力任务，即可从光学卫星影像中估算重力场。
• 误差分布表明，该方法在控制点密集且影像质量一致的区域表现最佳。
• 本研究证实，椭球样条插值能有效处理地球曲率，在区域重力建模中表现良好。