מדידת משקעים בזמן ובמרחב בעזרת רשתות מיקרוגל

מדידה מדוייקת של עוצמת הגשם חשובה בתחומים רבים, החל בניהול משאבי מים והתראה מפני שיטפונות וכלה במעקב אחרי שינויי אקלים גלובליים. אולם, דיוקם של האמצעים הקיימים מוגבל מחמת בעיות טכניות ופרקטיות. יחד עם זאת, עורקי תקשורת מיקרוגל מסחריים, שהם חלק מתשתיות הרשתות הסלולריות, יכולים לשמש למדידה מדוייקת של גשם קרוב לקרקע.

המחקר מדגים כי המדידות בעזרת עורקי תקשורת המיקרוגל המסחריים מראות דיוק גבוה יותר מאשר המתאמים בין מדי גשם נקודתיים בתנאים דומים עליהם דווח בספרות עבור האירוע שנבחן. שערוך המפה הדו- מימדית (2D) של עוצמות הגשם מתוך מדידות הממוצעים לאורך העורק מורכבת בשל יחסים לא ליניאריים בין עצומת הגשם לבין הנחתת אות הרדיו שמשתנים בין עורקים שונים. מאידך, התפלגות העורקים במרחב אינה שווה, צפיפות העורקים תלויה בצפיפותה של האוכלוסייה באזור.

כדי להתמודד עם מורכבות זו, נבנה מודל טומוגרפי דו- מימדי לא- ליניארי אשר מתאים להתפלגות התדרים הלא- הומוגנית בין עורקים שונים. הסימולציה של המודל מגלה שטכניקה זו מאפשרת מדידה מדוייקת של כמויות גשמים קרובים לקרקע מעל לאזורים נרחבים. באזורים עירוניים בהם צפיפות עורקי המיקרוגל הינה גבוהה, הסימולציה מראה מתאם גבוה במרחב בין המודל לבין שדות הגשמים המשוחזרים. שילוב הנתונים ממסגרות זמן שונות ומידול ההתפתחות של שדה המשקעים לאורך זמן מאפשרים את האקסטרפולציה של התצפיות לאזורים נטולי נתונים.

ביצוע הטכניקה שהציע המודל נבחן על מקרה דוגמא לניטור הגשם באמצעות רשת תקשורת המיקרוגל הפועלת. תוצאות השיחזור מראות כי הגישה המרחבית- זמנית הינה עדיפה על טכניקות מרחביות בלבד ברזולוציה של דקה. הערכה של משקעי הגשם הממוצעים לאורך העורק על בסיס הרשת הסלולארית הינה מורכבת כתוצאה מאפקטים סביבתיים ומכשיריים. ניתוח אי הודאויות נעשה ע"י ניסוח הביטוי לשגיאה ריבועית ממוצעת (שר"ם) של אמדן הגשם הממוצע לאורך העורק. המודל הצליח להסביר מעל 90% של שגיאות עבור צבירה עד 30 דקות. הביטוי של שר"ם של מדידות הגשם הממוצע לאורך העורק מאפשר את השילוב של מדידות מעורקים הטרוגניים לאלגוריתמים של הטמעת נתונים.