Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wind shear detection based on direct measurements, remote sensing and numerical models

Chaładyniak D., Jasiński J., Pietrek S., Krawczyk K.

Zeszyty Naukowe Akademii Morskiej w Szczecinie

|

2016

|

nr 48 (120)

75--80

EN

Wind has huge influence on take-off, landing and cruising of aircraft. Therefore measuring wind direction and speed as well as evaluating its structure are the most important tasks in meteorological support of flights. Wind shear, which is characterized by rapid changes of speed and/or direction, is one of the most hazardous phenomena for aviation. This phenomenon exists mostly in low tropospheric jet streams, areas of active atmospheric fronts, near convective clouds and strong temperature inversions. The paper proves that wind shear is mainly dependent on non-uniform layout of ascending and descending air currents and shows that this phenomenon can be detected by using ground sensors (ultrasonic anemometers), remote sensing methods (sodars, radars, wind profilers) and data from numerical mesoscale models.

2

A study of coastal convective clouds using meteorological radar data

Pietrek S., Jasiński J., Chaładyniak D., Krawczyk K.

Zeszyty Naukowe Akademii Morskiej w Szczecinie

|

2016

|

nr 48 (120)

81--87

EN

The paper presents the results of study of convective cloud development over land and sea. The study was based on data from the Gdańsk-Rębiechowo radar and upper air sounding from the Łeba aerological station. Radar data from the classical channel were analyzed for the atmosphere scanned at 6 elevation angles of the antenna beam. Vertical profiles of the atmosphere along selected paths presenting radiolocation reflectivity in the detected cloud structures were produced using the recorded radiolocation reflectivity. Conclusions concerning the cloud structure, the physical state of water in the clouds and the thermodynamic state of the atmosphere were formulated as the results of comprehensive analysis of the radar and upper air sounding data. The obtained values of selected parameters and indices were used to quantitatively describe selected physical processes and to formulate forecasts concerning weather phenomena that might pose threats to land, air and sea transport as well as for some industrial and agricultural branches. The developed method of radar and aerological data processing will be applied to further studies of convective clouds in other regions. It will also enable to assess the impact of environmental conditions on the development of convective processes.

3

Zastosowanie metod przetwarzania równoległego do prognozowania stref zjawisk atmosferycznych niebezpiecznych dla transportu lądowego

Chaładyniak D., Jasiński J., Krawczyk K., Pietrek S., Winnicki I.

Logistyka

|

2015

|

nr 4

2747--2754, CD2

PL

Artykuł przedstawia oryginalną propozycję wykorzystania metod przetwarzania równoległego do analizy i prognozowania wybranych zjawisk i elementów meteorologicznych niebezpiecznych dla transportu lądowego. W badaniach zastosowano metodę Q-wektorów, która służy do wyznaczania obszarów występowania prądów pionowych, określania ich kierunku i intensywności. Obliczona na podstawie metody Q- wektorów funkcja frontogenetyczna wyznacza obszary frontogenezy i frontolizy, czyli strefy powstawania i zaniku frontów atmosferycznych kształtujących pogodę. Przetwarzanie danych z modeli numerycznych oraz pozyskiwanie i interpretacja zdjęć satelitarnych wymagają zastosowania wydajnych systemów obliczeniowych. Właściwym kierunkiem rozwoju wydaje się być budowa komputerów o strukturach równoległych. Filozofia przetwarzania równoległego polega na podziale programu na fragmenty, z których każdy wykonywany jest przez inny procesor, w wyniku czego cała operacja skraca się proporcjonalnie do liczby zastosowanych jednostek obliczeniowych. O skuteczności prognozowania procesów kształtujących pogodę decydują zarówno odpowiednie metodyki wyznaczania obszarów frontogenetycznych i frontolitycznych, jak również metody ich szybkiego, skutecznego i niezawodnego przetwarzania.

EN

The paper presents an original concept of application of parallel processing methodsto analysis and forecasting of some phenomena and meteorological elementswhich are hazardous for land transportation. The research is based on the Q-vectors method used for determination of zones of vertical air currents occurrence, intensity and direction. The frontogenetic function computedusing the Q-vectors methoddetermines areas of frontogenesis and frontolysis, i.e. the areas of atmosphericfronts generation or dissipation. Numerical weather prediction models’data processing and satellite imagery interpretationrequire high performance computingsystems. Building computers with parallel structures seems to be the right direction of development. Parallel processing philosophy is based on the division of the program code into fragments, each of which is executed by another processor, whereby the time needed for the whole operation is reduced in proportion to the number of computational units.The effectiveness of forecasting of the processes that shape weather is determined by both the appropriate methodology of determining the frontogenetic and frontolytic areas as well as by methods for their fast, efficient and reliable processing.

4

Wyznaczanie obszarów ograniczonej widzialności z wykorzystaniem danych spektroradiometru MODIS na potrzeby zabezpieczenia transportu lądowego

Krawczyk K., Jasiński J., Chaładyniak D., Pietrek S., Winnicki I., Zaciek A.

Logistyka

|

2015

|

nr 4

4262--4271, CD2

PL

W artykule przedstawiono propozycję wykorzystania satelitarnych danych pozyskanych przez spektroradiometr MODIS do wyznaczania obszarów ograniczonej widzialności. Autorzy skupili swoją uwagę na dwóch obiektach meteorologicznych: mgłach i niskich chmurach warstwowych (Stratus). Wysoka rozdzielczość przestrzenna i spektralna danych pozwala na ocenę dominujących procesów zachodzących w dolnej troposferze, wpływających na ograniczenie widzialności. Znaczenie wykorzystania wielospektralnych danych satelitarnych wzrasta w przypadku analizy warunków na obszarach o niewystarczającej gęstości sieci bezpośrednich pomiarów meteorologicznych. Wyniki analiz obrazów wykonanych w pojedynczych zakresach spektralnych, produktów różnicowych i kompozycji barwnych mogą być wykorzystywane w systemach monitorowania i ostrzegania o warunkach drogowych.

EN

The paper presents a proposal of application of satellite data acquired by means of the MODIS spectroradiometer to determination of areas of limited visibility. The authors focused on two meteorological objects: fogs and low layer clouds (Stratus). High spatial and spectral resolution of the data enables to assess the prevailing p rocesses in the lower troposphere that cause limited visibility. The significance of the multispectral satellite data application increases in cases of weather conditions analyses for areas of sparse networks of direct meteorological measurements. The results of analyses of single spectral channels images, differential products and color compositions may be used in road conditions monitoring and warning systems.

5

Wyznaczanie natężenia opadów atmosferycznych na podstawie danych z radarów meteorologicznych w aspekcie bezpieczeństwa transportu lądowego

Pietrek S., Jasiński J., Chaładyniak D., Winnicki I., Krawczyk K.

Logistyka

|

2015

|

nr 4

5298--5306, CD 2

PL

W prowadzonych badaniach wykorzystano podstawowe i hydrologiczne produkty radarowe, które zostały opracowane na podstawie wyników pomiarów wykonanych w kanale klasycznym oraz zależnościempirycznych pomiędzy natężeniem opadów a odbiciowością radarową wykrytych hydrometeorów. Otrzymane produkty radarowe z pojedynczego radaru pozwalają na ocenę sytuacji meteorologicznej i hydrologicznej na obszarze o powierzchni ponad 100000 km2 z częstością co 10 minut. Zastosowanie radarów meteorologicznych, w których wiązka radarowa jest o podwójnej polaryzacji pozwoliło na zakwalifikowanie otrzymanych radioech do odpowiedniej klasy zjawisk atmosferycznych. Znaczenie danych radarowych wzrasta jeżeli na zabezpieczanym obszarze jest rzadka sieć bezpośrednich pomiarów meteorologicznych. Dane radarowe wykorzystywane w analizie stanu warunków atmosferycznych w badanym rejonie pozwalają na kompleksową ocenę ich wpływu na bezpieczeństwo transportu lądowego (stan nawierzchni dróg, ograniczenie widoczności).

EN

The paper presents the basic and hydrological radar products developed using the results of radar measurements in the classic channel and empirical relations between the precipitation intensity and the radar reflectivity of the detected hydrometeors. The obtained products from a single radar enable to assess the meteorological and hydrological situation in an area of over 100,000 km2 at 10 minutes intervals. Application of dual polarization meteorological radars enables to classify the obtained radar echoes to echo classes of specific atmospheric phenomena. The value of the radar data increases in areas of sparse networks of direct meteorological measurements. The radar data used for atmospheric conditions analyses in an area enable comprehensive assessment of their impact on the land transportation safety (road surface conditions, limited visibility).

6

Wind field parameters determination in the lower layer of the atmosphere based on remote sensing measurements

Pietrek S., Jasiński J.

Zeszyty Naukowe / Akademia Morska w Szczecinie

|

2012

|

nr 29 (101)

151-157

EN

Safety of various human activities depends to a significant extent on weather conditions which are the result of physical processes in the lower layer of the atmosphere. In numerous cases, the wind field information is required in the form of vector field. Complete description of the wind field is not feasible using only the results of standard direct wind measurements even if they are made in a fairly dense measurement network. The paper presents remote sensing measurement systems which provide data for determining the horizontal and vertical components of the wind vector at variety of levels in real time. The remote sensing methods of wind measurements use the Doppler phenomenon, i.e. the relation between the meteorological object movement velocity and the difference in frequency of the original signal and the backscattered one. Results obtained using data from meteorological Doppler radars, including the E700XD mobile radars in Polish Air Bases and radiotheodolite sounding systems are presented. The processed results of measurements are presented in the form of the wind vector fields at selected levels, profiles of the vertical component of the wind vector in a defined layer of the atmosphere and vertical profiles of the wind speed changes.

PL

Bezpieczeństwo różnych form działalności ludzkiej w znacznej części zależne jest od warunków atmosferycznych, które są wynikiem procesów fizycznych przebiegających w dolnej warstwie atmosfery. W wielu przypadkach niezbędna jest wiedza o polu wiatru przedstawianym jako pole wektorowe. Pełnego opisu pola wiatru nie można dokonać na podstawie tylko wyników standardowych bezpośrednich pomiarów wiatru, nawet wtedy, gdy wykonywane są w dość gęstej sieci pomiarowej. W pracy przedstawiono teledetekcyjne systemy pomiarowe, które w czasie rzeczywistym dostarczają danych do wyznaczenia składowych horyzontalnych i pionowych wektora wiatru na różnych poziomach. Metody teledetekcyjnego pomiaru wiatru wykorzystują zjawisko Dopplera, tzn. zależność różnicy pomiędzy częstotliwością echosygnału rozproszonego przez obiekt meteorologiczny a częstotliwością emitowanego impulsu od prędkości ruchu obiektu. Przedstawiono wyniki uzyskane na podstawie danych z dopplerowskich radarów meteorologicznych, w tym mobilnego radaru E700XD działającego w polskich bazach lotniczych oraz z radioteodolitowego systemu sondażowego. Opracowane wyniki pomiarów przedstawiane są w postaci pól wektora wiatru na wybranym poziomie, rozkładu pionowych składowych wektora wiatru w zdefiniowanej warstwie atmosfery oraz pionowych profili zmian prędkości wiatru.

7

Fog detection over sea based on multispectral analysis of satellite images

Jasiński J., Krawczyk K., Pietrek S.

Zeszyty Naukowe / Akademia Morska w Szczecinie

|

2012

|

nr 29 (101)

53-62

EN

Detecting fog over sea, especially in early stages of its development, is extremely important due to the threats it imposes on sea navigation. Measurement and observation network in the areas is very thin and limited to single drifting buoys and information provided irregularly by the crews of ships. For these reasons, fog detection by means of remote sensing methods becomes especially significant. The paper presents possibilities to detect fog developing in the most difficult to detect cases – in the air cooling at night time – when it is not possible to sense in the visible light and when the thermal contrast between the fog and the underlying surface is lower than the thermal resolution of the IR images. Analysis of differential and RGB composite images produced from results of observation of the same meteorological objects obtained in various spectral bands reveals features unobservable in each of the bands separately. Using the EUMETSAT recommendations, algorithms of creating RGB composite images were developed in the Department of Geographic Information Systems and applied to images for analysis.

PL

Wykrywanie mgieł nad obszarami morskimi, zwłaszcza we wczesnych stadiach ich powstawania, jest niezwykle istotne ze względu na zagrożenie, jakie stanowią one dla żeglugi. Na obszarach tych sieć pomiarowo-obserwacyjna jest bardzo rzadka i ogranicza się do pojedynczych boi pływających oraz informacji przekazywanych nieregularnie przez załogi statków. Z tych powodów wykrywanie mgieł metodami teledetekcyjnymi nabiera szczególnego znaczenia. Artykuł przedstawia możliwości wykrywania mgieł powstających w najtrudniejszych do wykrycia przypadkach – w ochładzającym się w nocy powietrzu – gdy niemożliwa jest obserwacja w świetle widzialnym oraz gdy kontrast termiczny między mgłą i podłożem jest mniejszy niż rozdzielczość termalna zdjęć w podczerwieni. Analiza obrazów różnicowych oraz kompozycji barwnych złożonych z wyników obserwacji tych samych obiektów meteorologicznych wykonanych w różnych zakresach spektralnych ujawnia ich cechy niewidoczne w każdym z zakresów z osobna. Uwzględniając zalecenia EUMETSAT, w Zakładzie Systemów Informacji Geograficznej opracowano algorytmy tworzenia kompozycji barwnych i zastosowano je do analizowanych zdjęć.

8

Spektralne własności filtrów Laplace'a trzeciego stopnia w przetwarzaniu danych cyfrowych

Krawczyk K., Winnicki I., Pietrek S., Jasiński J., Kroszczyński K.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2012

|

Vol. 61, nr 1

199-222

PL

Artykuł jest kontynuacją [6] oraz uzupełnieniem badań prezentowanych w [5, 7, 8]. Na podstawie macierzy indukowanych przez schematy różnicowe aproksymujące operator Laplace'a wyprowadzono i opisano w nim widmowe operatory przejścia masek konwolucyjnych filtrów krawędziowych Laplace'a trzeciego stopnia wykorzystywanych w procedurach przetwarzania obrazów cyfrowych. Oznacza to, że macierze prezentowane w niniejszej pracy odpowiadają maskom krawędziowych filtrów Laplace'a - szeroko omówionych w [6] - z dokładnością do znaku (–) (porównaj [1, 4, 6, 13, 14]). Widmowy (spektralny) operator przejścia, operator (funkcja) wzmocnienia, funkcja transformacji (lub przejścia) (transfer function) - krótko transformata f(k, l) - ma szczególne znaczenie w przetwarzaniu zdjęć cyfrowych, bowiem opisuje własności spektralne masek liniowych filtrów konwolucyjnych. Wartości tej funkcji tworzą macierz mnożników zależnych tylko od liczb falowych k i l w taki sposób, że każdej parze (k, l) funkcja ta przypisuje liczbę fp(k, l), przez którą w procesie konwolucji jest mnożony filtrowany obraz (indeks j wprowadzono w celu identyfikacji filtru). Funkcje wzmocnienia dwóch masek operatora Laplace'a przedstawia Jähne w [4]. Analizowane maski pochodzą bezpośrednio od schematów różnicowych operatora ∇2 konstruowanych różnymi metodami (różnic skończonych i elementu skończonego). Na zamieszczone tu wyniki można więc również spojrzeć od strony najważniejszych własności metod numerycznych (w odniesieniu do zagadnień stacjonarnych): zgodności i dokładności aproksymacji różnicowej (patrz np. [3, 11, 13]). W celu ułatwienia wspomnianej analizy w pracy są zamieszczone tzw. Π-formy pierwszego przybliżenia różniczkowego. Podstawowym celem prezentowanej pracy jest, przede wszystkim, poszerzenie i uporządkowanie wiedzy na temat filtrów Laplace'a trzeciego stopnia, a przy okazji wyjaśnienie ich własności spektralnych, które najwięcej mówią o cechach filtrów w obszarze dużych nieregularności, czyli znacznych różnic jasności w blisko położonych punktach zdjęcia cyfrowego. W tej publikacji nie będziemy się jednak odnosić do poprawności uwydatniania krawędzi oraz konturów, polepszania kontrastu zdjęcia, ani prowadzić badań na poziomie histogramów obrazów wynikowych. Zamierzonym celem nie jest też przedstawienie zalet i wad poszczególnych filtrów odniesionych do konkretnych obrazów cyfrowych. Opisano je w kilku monografiach i w wielu artykułach, między innymi tych zamieszczonych w wykazie literatury.

EN

This paper is a continuation of Ref. 6 and a supplement to studies presented in Refs. 5, 7, and 8. Using matrices, induced by differential schemes approximating the Laplace operator, the authors derived and described spectral transfer operators of the matrices of the third order Laplace contour convolution filters used in digital images processing procedures. It means that matrices presented in this paper correspond to matrices of the Laplace contour filters - discussed in detail in Ref. 6 - exact to the sign (–) (compare [1, 4, 6, 13, 14]). Spectral transfer operator, amplification operator (function), transfer function - shortly: f(k, l) transform - is of special significance for processing digital images because it describes spectral properties of matrices of linear convolution filters. The values of the function form a matrix of multipliers depending only on k and l wave numbers in such a way that to each (k, l) pair the function assigns an fj(k, l) number by which the filtered image is multiplied in the process of convolution (the j index identifies the filter). Amplification functions of two differential schemes of the Laplace operator are presented by Jähne in Ref. 4. The analyzed masks derive directly from differential schemes of the ∇2 operator constructed by means of various methods (finite differences and finite element). The presented results may then also be observed from the point of view of the most important properties of numerical methods (in reference to stationary issues): compatibility and accuracy of differential approximation (see e.g. [3, 11, 13]). To facilitate the analysis, the paper includes the Π-forms of the first differential approximation of the schemes. This paper's aim is mainly enhancing and systematizing knowledge concerning third order Laplace filters and explaining those of their spectral properties which provide most information about the filters features in areas of large irregularities, i.e. significant differences in brightness of nearby points of digital images. This paper does not treat correctness of indicating edges and contours, enhancing image contrast or studies concerning histograms of the resulting images. This paper's aim does not include presentation of advantages and disadvantages of the specific filters applied to the concrete digital images, either. These have been described in monographs and numerous papers, including those referred to in this paper.

9

Spektralne własności filtrów Laplace'a piątego stopnia w przetwarzaniu danych cyfrowych

Krawczyk K., Winnicki I., Kroszczyński K., Pietrek S., Jasiński J.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2012

|

Vol. 61, nr 2

9-38

PL

Artykułem [5] autorzy rozpoczęli cykl prezentacji wyników badań masek konwolucyjnych filtrów Laplace'a wykorzystywanych w cyfrowym przetwarzaniu obrazów. W [6] omówiono spektralne własności filtrów trzeciego stopnia. W niniejszej pracy przedstawiono spektralne własności filtrów Laplace'a stopnia piątego. Na podstawie macierzy indukowanych przez schematy różnicowe aproksymujące operator Laplace'a wyprowadzono π-formy pierwszego przybliżenia różniczkowego tych schematów, wyznaczono funkcje spektralne operatorów wzmocnienia fp(k, l) (gdzie p numer maski - wyjaśnienia w tekście), przedstawiono graficzną interpretację tych funkcji oraz wzajemną relację funkcji spektralnej operatora różnicowego fp(k, l) i operatora różniczkowego fL(k, l), czyli relację fp(k, l)/fL(k, l). Widmowy operator przejścia (operator wzmocnienia), często nazywany też funkcją przejścia (transfer function) jest funkcją charakteryzującą własności schematów różnicowych aproksymujących operatory różniczkowe. Ponieważ są to zależności, które wyprowadza się w obu przestrzeniach (ciągłej i dyskretnej), zatem ich porównywanie ułatwia ocenę zastosowanej metody przybliżonej. Operator przejścia przedstawia więc spektralne własności masek konwolucyjnych filtrów liniowych w funkcji liczb falowych k i l. Wartości fp(k, l) i fL(k, l) są pośrednio generowane przez długości zaburzeń pojawiających się podczas analizy pól cyfrowych. Zagadnienie to zostało szczegółowo opisane w [6]. Przedstawiono tam też na konkretnym przykładzie metodę wyprowadzania funkcji spektralnych fp(k, l). Zainteresowanego Czytelnika odsyłamy również do [2, 4, 9, 10]. Badanie przebiegów funkcji fp(k, l) będzie wykorzystane do przedstawienia własności poszczególnych filtrów Laplace'a. Obszarem porównania będzie pole testowe utworzone za pomocą skryptu peaks.m (pakiet Matlab). Słuszność tego podejścia potwierdzają wyniki badań omówionych w [5] i [6]. Celem prezentowanej pracy jest przede wszystkim poszerzenie i uporządkowanie wiedzy na temat filtrów Laplace'a piątego stopnia oraz wyjaśnienie ich własności spektralnych, które najwięcej mówią o cechach filtrów w obszarze dużych nieregularności, czyli znacznych różnic jasności w blisko położonych punktach zdjęcia cyfrowego. Dodatkowo pokażemy wyraźne różnice w przebiegach funkcji spektralnych związanych z różnymi maskami piątego stopnia. Nie były one takie istotne w przypadku masek stopnia trzeciego [6]. W [6] wprowadziliśmy pojęcie wskaźnik dobroci maski (mierzony liczbą bezwzględną) jako wartość Dp = fp(k, l)/fL(k, l) w punkcie narożnym dziedziny, np. w punkcie (π, π). Będziemy się do niego odwoływać również w tej pracy.

EN

Paper [5] begins a series of presentations of the results of research concerning matrices of convolution Laplace filters used for digital processing of images. Paper [6] discusses spectral properties of third order filters. This paper presents spectral properties of fifth order Laplace filters. Using matrices, induced by differential schemes approximating the Laplace operator, the authors derived the π-forms of the first differential approximation of the schemes, determined the spectral functions of the fp(k, l) amplification operators (where p is the matrix number explained in the paper body), presented graphical interpretation of these functions as well as the relation between the spectral function of the fp(k, l) differential operator and the fL(k, l) differential operator, i.e. the fp(k, l)/fL(k, l) relation. Spectral transfer operator (amplification operator), often called also transfer function, is a function characterizing properties of differential schemes approximating differential operators. Since they are relations derived in both spaces (continuous and discrete), comparing them facilitates assessment of the applied approximation method. Therefore, the transfer operator presents spectral properties of matrices of linear convolution filters as functions of k and l wave numbers. The values of fp(k, l) and fL(k, l) are indirectly generated by the lengths of the disturbances occurring during analyses of the digital fields. This issue is described in detail in [6], where a method of deriving the fp(k, l) spectral functions is also presented in a concrete example. More details are available in [2, 4, 9, 10]. The course studies of the fp(k, l) functions will be used for presenting properties of the specific Laplace filters. The comparison will be conducted over a test field created in Matlab by means of the peaks.m script. Legitimacy of this approach is justified by research results discussed in [5] and [6]. This paper's aim is mainly enhancing and systematizing the knowledge concerning fifth order Laplace filters and explaining those of their spectral properties which provide most information about the filters features in areas of large irregularities, i.e. significant differences in brightness of nearby points of digital images. Additionally, distinct differences in spectral functions courses related with various fifth order matrices will be shown. They were not so essential in case of third order matrices [6]. Paper [6] introduces the concept of the matrix goodness indicator (expressed as an absolute number) having the value of Dp = fp(k, l)/fL(k, l) in a corner point of the domain, e.g. In (π, π) point. It will also be referred to in this paper.

10

Maski wybranych krawędziowych filtrów Laplace'a w przetwarzaniu danych cyfrowych

Krawczyk K., Winnicki I., Jaisński J., Kroszczyński K., Pietrek S.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2012

|

Vol. 61, nr 1

145-170

PL

W artykule omówiono własności najczęściej wykorzystywanych masek filtrów krawędziowych (operatorów kontekstowych) Laplace'a stopnia trzeciego i piątego wraz ze schematami różnicowymi, które stanowią podstawę ich wyprowadzenia. Do konstrukcji wykorzystano metody różnic skończonych i elementu skończonego (MES) z aproksymacją rozwiązania funkcjami biliniowymi (przestrzeń Lagrange'a elementu skończonego). Zaproponowano nowe maski konwolucyjne indukowane przez schematy różnicowe operatora Laplace'a. Każdej z omawianych dziesięciu masek przypisano tzw. Π-formę pierwszego przybliżenia różniczkowego. Na jej podstawie można określić rząd schematu różnicowego aproksymującego operator ∇², a tym samym - rząd maski (rząd maski i stopień maski są różnymi wskaźnikami). Ponadto (i to jest najważniejsze), można jednoznacznie stwierdzić, czy dana maska jest rzeczywiście maską Laplace'a. W pracy wyjaśniono matematyczne podstawy i pochodzenie kilku stosowanych w praktyce filtrów Laplace'a oraz zwrócono uwagę na pewne nieścisłości (powielane w literaturze) pojawiające się w ich opisach dyskretnych. Ich konsekwencje przedstawiono na kilku wybranych zdjęciach satelitarnych pól zachmurzenia zawierających rozbudowaną chmurę Cumulonimbus oraz na wygenerowanym w pakiecie Matlab® fragmencie grafiki dwu- i trójwymiarowej. Wskazano elementy, które obowiązkowo powinny być uwzględniane w procedurze porównywania własności masek filtrów liniowych. Praca ma charakter teoretyczny. Prowadzone tu badania na poziomie podstawowym odwołują się do kilku przykładów praktycznych, które pełnią funkcję ilustracji wyprowadzanych wniosków. Zdajemy sobie sprawę z faktu, że jednoznaczne, a nawet kategoryczne sformułowania końcowe oraz wskazanie obszarów zastosowania wyników zawsze związane jest długotrwałymi doświadczeniami oraz z częstym upowszechnianiem rezultatów. Przedstawiamy zatem wyłącznie zwartą procedurę określania matematycznych własności masek filtrów krawędziowych Laplace'a. Ważnym celem prezentowanych tu rozważań jest również spojrzenie na maski filtru Laplace'a od strony metod numerycznych. Każda maska to w konsekwencji inny schemat różnicowy możliwy do wykorzystania w metodach obliczeniowych. To inna metoda przybliżonego rozwiązywania równań różniczkowych drugiego rzędu, w których występuje operator ∇² (równania dyfuzji, falowe, Laplace'a lub jeszcze inne) - patrz [2-6, 12, 13]. Przy takim podejściu własności badanych masek, nawet na pozór podobne w procesie filtrowania obrazów cyfrowych, powinny być uwzględniane przy rozwiązywaniu wybranych zagadnień fizyki matematycznej. Do własności tych zaliczamy: spektralny operator przejścia, rząd aproksymacji oraz relację zjawisk dyfuzja–kreacja, o której jest mowa w [9, 10].

EN

The paper presents the properties of the most commonly used third and fifth order Laplace contour filters (context operators) including the differential schemes used for deriving them. The finite differences and finite element (MES) methods with the solution approximation by means of the bilinear functions (Lagrange space of the finite element) are used to construct the schemes. New convolution matrices, induced by the differential schemes of the Laplace operator, are proposed. A Π-form of the first differential approximation of the scheme is attributed to each of the ten discussed matrices. Using it enables us to determine the order of the differential scheme approximating the ∇² operator, and hence - the order of the matrix (matrix order and matrix grade are different indicators). Furthermore, (and this is the most important issue) it unambiguously enables us to determine whether a matrix is really a Laplace one. The paper explains the mathematical basics and origin of a few practically applied Laplace filters and it draws attention to some inaccuracies (repeated in some publications) occurring in their discrete descriptions. The consequences of the inaccuracies are presented on a few selected satellite images of cloud cover fields including a well developed Cumulonimbus cloud (treated as digital objects recorded with significant compression) and on 2D and 3D graphs generated in Matlab®. Elements which should compulsorily be taken into account in the procedure of linear filters matrices comparison are indicated. This is a theoretical work. The basic research conducted here refers to a few practical examples which are illustrations of the derived conclusions. We are aware of the fact that unambiguous and even categorical final statements as well as indication of areas of the results application always require long term experiments and frequent dissemination of the results. Therefore, we present only a concise procedure of determination of the mathematical properties of the Laplace contour filters matrices. Laplace filters matrices consideration from the point of view of numerical methods is another important aspect of the discussion presented here. Each matrix is another differential scheme applicable to computational methods. It is a different method of approximated solving of second order differential equations in which the ∇² operator occurs (diffusion, wave, Laplace and other equations) -see [2-6, 12, 13]. With this approach, the properties of the analyzed matrices, even seemingly alike in the process of digital images filtering, should be taken into account during solving selected issues of the mathematical physics. These properties include: spectral transfer operator, approximation order and the diffusion-creation relation which is discussed in [9, 10].

11

Współczesne systemy pomiarowe dla meteorologicznego wsparcia działań wojsk

Jasiński J., Pietrek S.

Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa

|

2011

|

Vol. 2, Nr 1 (3)

91-100

PL

Monitorowanie warunków atmosferycznych podczas planowania i wykonywania zadań bojowych stanowi jeden z podstawowych elementów wspomagających procesy decyzyjne i zwiększa możliwości pełnego wykorzystania sił i środków. Aktualne dane meteorologiczne ułatwiają szybkie i skuteczne reagowanie w dynamicznie zmieniających się sytuacjach na polu walki, a dane archiwalne (klimatyczne) pozwalają oceniać meteorologiczne warunki charakterystyczne dla obszaru prowadzenia działań. W artykule przedstawiono systemy do wykonywania bezpośrednich pomiarów elementów meteorologicznych dla potrzeb meteorologicznego wsparcia działań wojsk - stacjonarne systemy lotniskowe, mobilne stacje pomiarowe i systemy radioteodolitowego sondowania atmosfery - wprowadzone na wyposażenie polskich sił zbrojnych w okresie ostatnich kilkunastu lat.

EN

Monitoring of weather conditions during planning and performing military operations is one of the basic elements supporting decision making processes and increasing effectiveness of armed forces operations. Current meteorological data facilitate prompt and effective reacting in dynamically changing situations in the battlefield while archive data (climatic) enable to assess prevailing meteorological conditions for the battle area. The paper presents systems for direct measurements of meteorological elements for meteorological support of military operations - stationary airbase systems, mobile weather stations and radiotheodolite upper air sounding systems - introduced in the Polish armed forces in several recent years.

12

Pozyskiwanie i wstępna analiza wielospektralnych danych satelitarnych do celów rozpoznawania hydrometeorów

Jasiński J., Kroszczyński K., Pietrek S., Winnicki I.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2011

|

Vol. 60, nr 3

185-195

PL

Na Wydziale Inżynierii Lądowej i Geodezji Wojskowej Akademii Technicznej działa system odbioru cyfrowych meteorologicznych danych satelitarnych, które wykorzystywane są do prowadzenia wielospektralnych analiz dla potrzeb określenia właściwości hydrometeorów. Artykuł przedstawia wyniki wstępnych analiz zobrazowań satelitarnych pozyskiwanych w kilku kanałach spektralnych w powiązaniu z opracowanym przez autorów oprogramowaniem do łącznego przetwarzania danych satelitarnych i danych z mezoskalowych numerycznych modeli prognoz pogody.

EN

Meteorological satellite data reception system run at the Faculty of Civil Engineering and Geodesy of the Military University of Technology provides digital data that enables multispectral analyses for determining the properties of hydrometeors. The paper presents initial elements of analyses of satellite imagery received in a few spectral channels in relation with software developed at the Faculty for combined processing of satellite data and data of mesoscale numerical weather forecasting models.

13

Geometryczne aspekty przekształceń zdjęć satelitarnych

Jasiński J., Kroszczyński K., Kamiński P., Pietrek S., Winnicki I.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2010

|

Vol. 59, nr 2

71-83

PL

W pracy przedstawiono analizę dokładności przekształceń zdjęć satelitarnych MSG2 - Meteosat Second Generation, dostarczanych przez Europejską Agencję Eksploatacji Satelitów Meteorologicznych - EUMETSAT. Do zobrazowania zdjęć w różnych projekcjach kartograficznych użyto programów skonstruowanych w języku MATLAB. Celem pracy jest ocena wpływu zmian parametrów algorytmu zobrazowującego na dokładność przekształcanych zdjęć satelitarnych w projekcjach kartograficznych.

EN

The paper presents accuracy analysis of satellite images transformation. The Meteosat Second Generation (MSG2) images are provided by EUMETSAT (European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites). Software for transforming the satellite images to various cartographic projections was developed in MATLAB. The purpose of the analysis was to examine the influence of changes of geometrical parameters of the imaging algorithm on the accuracy of the images in the cartographic projections.

14

Badanie pola wiatru dla obszarów morskich na podstawie danych teledetekcyjnych i modeli numerycznych

Pietrek S., Jasiński J., Kroszczyński K.

Zeszyty Naukowe / Akademia Morska w Szczecinie

|

2008

|

nr 13 (85)

59-64

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań pola wiatru nad obszarem morskim o ograniczonej sieci pomiarów bezpośrednich. Prędkość, kierunek i pionowy profil wiatru są danymi wejściowymi modeli falowania wiatrowego powierzchni morza. Ich źródłem są pomiary wykonane za pomocą radarów meteorologicznych z kanałem dopplerowskim oraz systemów akustycznych. Prognozy pola wiatru przedstawiono w postaci horyzontalnych i pionowych przekrojów atmosfery uzyskanych na podstawie danych modelu UMPL oraz COAMPS.

EN

The paper presents results of investigation concerning wind field over sea in the case of a limited network of direct meteorological measurements. Wind speed, direction and vertical profile are input data for numerical models of sea waves. The data are derived from measurement results made by means of meteorological radars with Doppler channel and acoustic systems. Wind field forecasts are presented as horizontal and vertical cross-section of the atmosphere obtained with the use of data from UMPL and COAMPS mesoscale models.

15

Numeryczne modele prognoz pogody

Pietrek S.

Zeszyty Naukowe Warszawskiej Wyższej Szkoły Informatyki

|

2006

|

nr 1

93--103

PL

W referacie przestawiono wprowadzenie do problematyki opracowywania numerycznych modeli prognoz pogody. Omówione zostały zagadnienia tworzenia modeli globalnych, regionalnych i mezoskalowych wraz z procedurą tzw. „zagnieżdżania modeli”. Przedstawiono charakterystykę mezoskalowego modelu UMPL dla obszaru Polski wraz z zasadami konstrukcji siatki obliczeniowej modelu oraz wyborem odwzorowań kartograficznych dla map zawierających horyzontalne rozkłady parametrów meteorologicznych. Oryginalnym wynikiem przeprowadzonych badań jest uzyskiwanie pionowych przekrojów atmosfery wzdłuż dowolnej trasy. Otrzymywane produkty wykorzystywane są do osłony meteorologicznej kraju, a w szczególności do zabezpieczenia działań lotnictwa.

EN

The paper presents a concept of application of non-standard atmospheric parameters charts, determined on the basis of the UMPL (Unified Model for Poland Area) mesoscale model data, to synoptic analysis. Effective weather forecasts for aviation, including additional information about vertical profiles of meteorological elements, require objective forecast of the atmospheric state based on the results of numerical models and remotely sensed data. The procedure can be applied to points of geographical coordinates corresponding e.g. to a planned route of an aircraft.