Reconstitution des champs de pluvieux en utilisant des mesures d’atténuation sur les liaisons hyper-fréquences commerciales. Une étude de modélisation de faisabilité.

Retrieval of rainfall fields using signal attenuation measurements from commercial microwave links. A modeling feasibility study.

• Auteur / Autrice : Bahtiyor Zohidov
• Direction : Hervé Andrieu, Myriam Servières, Nicolas Normand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'Univers
• Date : Soutenance le 17/10/2016
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche nantais architectures urbanités - Institut de Recherche en Sciences et Techniques de la Ville (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Christian Inard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Andrieu, Myriam Servières, Nicolas Normand, Christian Inard, Cécile Mallet, Rodolphe Vauzelle
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cécile Mallet, Rodolphe Vauzelle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux téléphoniques numériques

Tomographie

Algorithmes

Précipitations (météorologie) -- Simulateurs

Mots clés libres

La pluie

Liaison Hyper-Fréquence

Atténuation

Méthode d’Inverse

Tomographie

Rainfall

Microwave link

Attenuation

Inverse method

Tomography

Résumé

L’objectif de cette étude est d’évaluer la faisabilité de la reconstitution des champs de précipitations dans les zones urbaines à l’aide de liaisons hyper - fréquence commerciales. Dans un cadre de simulations appliquées à une étude de cas réaliste, une attention particulière est portée au réseau de téléphonie mobile et à la ville de Nantes en France. Comme base, nous utilisons un ensemble de données composé de 207 images radar météo enregistrées par Météo - France (bande C) à haute résolution spatiale (250m x 250m) et temporelle (5 min). Nous avons généré des données d’atténuation de pluie le long de ces liaisons qui sont utilisés pour représenter le signal réel. Ces données d’atténuation peuvent être enregistrées dans les stations d’antenne à hyper - fréquence. Deux algorithmes de reconstitution, à savoir l’algorithme inverse et la tomographie, sont proposés pour reconstruire des champ s de pluie sur la base des données d ’atténuation de pluie générées. Pour valider les performances de la méthode, nous réalisons des séries de tests de reconstitution de pluie pour des pluies légères, des averses, des orages organisés et non organisés avec des variabilités spatiales et temporelles. Les comparaisons entre les algorithmes inverse et tomographique sont réalisées également pour plus de 40 champs de précipitations et les 4 types d’événements afin de définir les limites et les capacités des deux algorithmes.

The objective in this study is to assess the feasibility of retrieval of rainfa ll fields in urban areas using commercial microwave links, with a special focus given on cellular network, in a simulation framework applied to a realistic case study. The study domain is the city of Nantes, France. As a basis, we use a data set consisting of 207 weather radar images recorded by Météo - France C band at high spatial (250m x 250m) and temporal (5 min) resolutions. We generated rain attenuation data along those links that are used to represent real signal attenuation data that can be recorded a t microwave antenna stations. Two retrieval algorithms, namely inverse and tomography, are proposed to retrieve rainfall fields based on the generated rain attenuation data. To validate the system performance, we carry out series of rain retrieval tests in light rain, shower, organized and unorganized storm events with high spatial and temporal variability. The comparisons between the inverse and the tomographic algorithms are also made over 40 rainfall fields in 4 events in order to define limitations and capabilities of both algorithms.