用于洪水制图的 SAR 数据的解释

已经过辐射地形校正 (RTC) 的合成孔径雷达 (SAR) 数据可用于检测洪泛区。 在准备好将 Sentinel-1 地面范围检测 (GRD) 数据用作分析即用型 RTC 数据后,可将其用于分析和解释。

双极化分析即用型 Sentinel-1 GRD 数据

在此方案中,飓风近期造成沿海和内陆洪水泛滥。 使用飓风前后的 SAR RTC 数据,您可以通过分析同极化波段和交叉极化波段的反向散射来检测洪水区域。 低反向散射值对应于深色,高反向散射值对应于亮色。 此处观察到的反向散射特定于 C 波段波长 SAR 数据,其他波长可能会与此不同。

散射类型

主要的散射类型有四种:二次散射、体积散射、漫散射和一次散射。

在双次散射中,雷达信号第一次从垂直目标反射到光滑表面上,第二次从光滑表面反射回传感器。 在这个散射路径中,极化不会改变,且将在同极化波段中导致高反向散射,在交叉极化波段中导致低反向散射。

二次反向散射

船(左上)、城市结构(右上)、船运集装箱(左下)和水淹植被(右下)的二次反向散射如图所示。

在体积散射中,雷达信号多次反射 3D 要素,且极化在反射时随机变化。 体积散射可能发生在矮小或稀疏的植被(如草丛、灌木或农作物)的冠盖中。

体积和漫散射

树木、成熟灌木和城市结构的体积散射显示在右上方。 粗糙表面的漫散射显示在左下方。

在漫散射中,雷达信号在粗糙表面上反射一次,然后向各个方向散射。 表面越粗糙,极化反向散射越高。

在一次散射(又称为镜面反射或正向散射)中,雷达信号在光滑表面上反射一次,然后沿垂直于原始信号的方向反射。

一次散射

道路和停机坪(左下)以及水面(右上)等平滑表面的一次散射如图所示。

假彩色 SAR 合成

分析双极化 SAR RTC 的一种常用方法是创建假彩色合成。 彩色合成使用红、绿、蓝三种颜色的波段组合显示用于创建假彩色合成的通道。 常用双极化 SAR 组合为:VV(红色)、VH(绿色)和 VV-VH(蓝色);或者,HH(红色)、HV(绿色)和 HH/HV(蓝色)。 上述波段组合非常有用,因为它们可突出散射行为的差异,从而允许用户推断有关表面特性的信息。 此外,这些组合通常将森林和茂密的农作物冠盖渲染为绿色,将水体渲染为蓝色。

创建彩色合成工具可用于通过定义 RGB 波段来创建假彩色图像。 也可以针对每个波段表达式参数使用波段代数表达式。 要使用波段名称定义波段运算,请针对方法参数选择波段名称。 使用的波段运算取决于输入 SAR RTC 数据的单位。 如果您的输入 SAR RTC 使用线性单位,则使用 VV(表示红色)、VH(表示绿色)和 VV/VH(表示蓝色)。 如果您的输入 SAR RTC 以分贝 (dB) 为单位,则波段组合应为 VV(红色)、VH(绿色)和 VV-VH(蓝色)。

创建彩色合成工具

左侧对话框显示线性单位数据的参数。 右侧对话框显示以分贝 (dB) 为单位的数据的参数。

以下示例为飓风前后以分贝为单位的数据使用 R: VV, G: VH, B: VV-VH 的彩色合成。 彩色合成以蓝色显示水体(包括海洋与河流)、以黄色显示城市结构,以绿色显示植被和森林覆盖的区域,以粉色显示湿地中的水淹植被。 也有一些优化的城市结构显示为粉色。

注:

当显示 SAR RTC 图像时,建议您使用标准差拉伸类型,且使用标准差值 1。

飓风前后

上方的图为飓风前彩色合成。 下图为飓风后彩色合成。 感兴趣区域 (AOI) 以白色轮廓显示。

感兴趣区域的解释

待解释的四个感兴趣区域 (AOI) 将在下表中进行介绍:

AOI解释
AOI 1

绿色像素 AOI 1 绿色对应于草地的漫散射。 蓝色像素 AOI 1 蓝色对应于光滑的停机坪和跑道的一次散射。 此区域的反向散射在飓风前后彩色合成中未发生改变。 飓风后图像中的反向散射与先前一致,表示此区域没有被淹没。

AOI 2

与蓝色像素相邻的黄色像素 AOI 2 黄色和蓝色对应于港口内船的双次散射和体积散射。 黄色和白色像素 AOI 2 黄色和白色对应于与雷达观察方向正交的船运集装箱的双次散射和体积散射。

飓风前图像中的粉色像素 AOI 2 粉色对应于与雷达观察方向正交的港口内城市结构的双次散射。 这些像素是粉色而非黄色,是因为结构间隔稀疏时很少发生体积散射。

飓风后图像中观察到的新增粉色像素是被淹没的植被。 观察到,新增的淹没像素出现在北部海岸 AOI 2 粉色海岸和南部河岸 AOI 2 粉色河流沿线。

AOI 3

蓝色像素 AOI 3 蓝色对应于永久水体的一次散射。 后向散射在飓风前后的图像中没有变化。

AOI 4

绿色像素 AOI 4 绿色对应于植被的体积散射。 粉色像素 AOI 4 粉色对应于湿地中被淹植被的双次散射。 从飓风前后的图像可以看出,飓风引发的洪水使淹没的植被像素数量增加。

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