[논문] 커뮤니티가 개발 한 프로세서는 광학 센서 불확실성을 줄이는 데 도움이됩니다

Plymouth Marine Laboratory가 이끄는 Ocean Optics Experts 팀은 지역 사회 개발 프로세서를 사용하여 위 상기 광학 센서의 정확도를 평가하여 위성 해양 색상 검증을위한 최고 품질의 데이터를 생산하고 해안 바다와 전 세계 해양의 건강을 모니터링하는 것을 용이하게했습니다.

연구는입니다 게시 저널에서 Optics Express.

바다의 색에서 해양 환경 조건에 대해 많은 것을 배울 수 있습니다. 햇빛은 물의 다른 물질과 상호 작용합니다. 예를 들어 식물 플랑크톤, 퇴적물 및 용해 된 유기물과 같은 물의 다른 파장에서 광자를 흡수하거나 산란시키는 것입니다.

이 흡수 및 산란은 “색상”의 스펙트럼 변화를 초래하며, 이는 과학자들이 직접적인 측정을 수행하지 않아도 물에 존재하는 것을 결정하기 위해 과학자들이 조사 할 수 있습니다.

지구 관찰 과학자들은 바다에서 반사 된 빛을 측정하는 도구가 일관된 결과를 제공하도록해야합니다. 특히 이들은 특히 위성 데이터 정확합니다.

환경 측정 및 결과 처리 된 데이터가 고품질 및 표준이되도록하기 위해 전 세계의 많은 실험실에서 동일한 인식 된 품질 관리 시스템 (ISO)을 사용하여 수집합니다.

광학 및 원격 감지 과학자들이 이것을 취하고 있습니다 데이터 품질 과학적 공동체 및 우주 기관 (NASA), 유럽 우주국 (ESA) 및 유럽 위성 (EUMETSAT)과 같은 과학 공동체 및 우주 기관이 개발하고 채택한 표준 “기상 기준 측정”을 수집함으로써 더 높은 수준으로.

지난 25 년 동안의 정확도를 비교 한 여러 연구가있었습니다. 광학 센서차이가 합리적인 범위 내에 있었지만 불일치는 종종 원하는 것보다 더 크다.

이러한 연구에서 중요한 결과는 데이터가 처리되는 방식의 차이로 인해 센서의 실제 성능을 가리는 오류가 발생하고 측정의 상세한 불확실성 추정 및 일관된 데이터 처리 방법을 강조 할 수 있다는 것입니다. 커뮤니티 전체의 오픈 소스 커뮤니티 프로세서의 필요성도 확인되었습니다.

• 

• 

방법과 결과

EU와 미국의 Ocean Optics의 세계 전문가들의 국제 연구팀은 미국과 유럽에서 일반적으로 사용되는 가장 인기있는 과학 광학 센서 (방사선미터)의 아드리아 해에서 10 일간의 테스트를 수행했습니다. 그런 다음 수집 된 데이터를 오픈 소스 커뮤니티 프로세서 HyperCP를 사용하여 처리 하였다.

팀은 데이터를 처리하고 관련 불확실성을 설정하기 위해 두 가지 다른 접근법을 사용했습니다.

1. 센서 별 처리 : 각 기기의 고유 한 특성이 사용될 때 시스템 간의 차이는 작았습니다. 대부분의 광학 측정의 경우 약 2% 변동, 물리비 광와 관련된 특정 측정의 경우 2.5%. 이 측정의 오류 또는 불확실성은 약 1.5 ~ 5%로 낮게 유지되었습니다.
2. 클래스 기반 처리 : 각 기기 유형 (바다 버드 또는 트리오)에 일반 교정 특성이 사용될 때 기기 간의 차이가 눈에 띄게 더 컸습니다.

이 연구에 따르면 센서 별 특성으로 하이퍼 CP를 사용하는 것은 관련 불확실성을 줄이고 위성에 대한 최고 품질의 데이터를 생성하기 위해 권장됩니다. 바다 색 확인. 이러한 방식으로 데이터 처리를 조정하면 환경 과학의 추가 연구 및 적용을 위해 전체 측정이보다 정확하고 신뢰할 수 있습니다.

Plymouth Marine Laboratory의 수석 저자이자 생물 광학 해양 학자 인 Gavin Tilstone 박사는 “우리는 위성 해양 색상 검증을위한 광학 센서 데이터 처리에 대한이 단계 변화 접근법을 공유하게되어 기쁩니다.이 연구 전에, 우리는 해양 컬러 커뮤니티가 사용하는 가장 인기있는 방사선 분석기에 대한 가장 인기있는 방사선 단계를 추정하지 못했습니다. 기후 변화 및 수질 연구에 중요한 연구.

“커뮤니티 프로세서는 오픈 소스이기 때문에, 이는 이전에 광학 데이터를 이러한 높은 표준으로 처리 할 수있는 지식, 기술 전문 지식 및 처리 기능이 없었던 국가, 소규모 조직 및 젊은 과학자들에게 널리 이용 가능하다는 것을 의미합니다.”

Plymouth Marine Laboratory의 Ocean Optics의 공동 저자 및 지구 관찰 과학자 인 Tom Jordan 박사는 다음과 같이 말합니다. “이 연구의 중요한 측면은 HyperCP에 의해 계산 된 불확실성과 현장에서 다양한 센서에 의한 측정 변동성 사이의 일관성을 보여 주었다는 것이 었습니다. 앞으로 나아갈 수있는 신뢰를 제공 할 수 있다는 신뢰를 제공 할 수 있습니다.

광범위한 사용자 그룹과 개인은 이미 향상된 커뮤니티 프로세서를 사용하고 있으며 수많은 국가의 초기 경력 연구원은 특정 교육 이벤트를 통해이를 사용하는 방법을 배웁니다.

전 세계 데이터 표준화

NASA, ESA 및 EUMETSAT와 같은 대행사가 사용하기 위해 데이터를 수락하려면 위성 해양 색상 임무를 검증하고 지원하는 데 사용되는 주요 방사선 메트릭 데이터에 대해 최고 품질의 수용 표준 인 “기준 기준 측정”품질이어야합니다. 이 품질 수준에 도달하려면 4 가지 기준을 충족해야합니다.

• 위성 검증을위한 인정 된 프로토콜이 이어집니다.
• 추적 가능한 국제 단위 (SI) 표준이 적용됩니다.
• 측정의 불확실성 추정치가 포함됩니다.
• 모든 센서는 국제 분야의 비교를 통해 평가됩니다.

NASA Goddard Space Flight Center의 공동 저자이자 선임 연구 과학자 인 Dirk Aurin 박사는 위성 해양 색상 처리 표준화의 역사 와이 연구가 표준화 문제에 대한 해결책을 어떻게 도울 수 있는지 요약합니다. “NASA의 위성 해양 색상 처리의 표준화는 1990 년대에 Seawifs와 함께 시작되어 오늘날에는 국제 해양의 발전에 적합합니다.

그러나 이러한 궤도 임무를 검증하는 데 사용 된 현장 방사선 측정법의 처리는 커뮤니티 프로세서의 출시가 발생할 때까지 유사하게 표준화되지 않았습니다. HyperCP. HyperCP는 2019 년 NASA에서 NASA의 뿌리에서 발전하여 국제 해양 컬러 코디네이터 그룹 (IOCTG)의 위성 검증을위한 최신의 프로토콜에 대한 프로토콜의 프로토콜에 대한 최신의 프로토콜에 대한 공간 콜라토리 (Ups), Us 및 Enterical Agical Agains, Anter a Amery Ager, Anter Ager a Adity Againce Agaments에 의해 최신의 프로토콜을 정비했습니다. 그리고 민간 부문.

“이 기사에서 강조된 현장 캠페인은 여러 실험실에서 운영하는 여러 제조업체의 실시간 방사선 메트릭 플랫폼에서 불확실성과 불일치를 최소화하기 위해 HyperCP의 첫 번째 출판 된 적용을 나타냅니다. 다른 실험실에서 운영하는 다른 제조업체의 내장 방사선 메트릭 플랫폼을 배치하고 휴대용 방사성을 수집 할 수있는 해양 상업용기구를 수집 할 수있는 능력을 보여줍니다. 메트로. “

Tartu University의 공동 저자이자 부교수 인 Riho Vendt 박사는 “일상적인 비교 측정은 지구 관찰 데이터를 검증하는 데 필수적입니다.이 최신 비교는 오픈 소스 HyperCP 커뮤니티 프로세서를 사용하여 조화 된 데이터 처리를 소개합니다. 제품.”

다음 단계는 불확실성 추정치와 함께 새로운 및 추가 센서를 커뮤니티 프로세서에 통합하여 해양 색상 위성 데이터에 대한 신뢰를 지속적으로 개선하는 것입니다.

이 연구는 위성 해양 색상 (FRM4SOC) Phase-2 프로젝트에 대한 기준 기준 측정의 일부였습니다. HyperCP의 개발은 NASA의 Hyperinspace와 University of Victoria의 Pyscidon 소프트웨어 처리 패키지에 의해 시작되었으며 현재 NASA, NPL, NOAA, Eumetsat, PML 등과 같은 기관의 국제 전문가 팀이 수행하고 있습니다.