Interprétation des données SAR pour la cartographie des inondations

Les données ARD (Analysis-Ready Data, données prêtes pour l’analyse) de type SAR (Synthetic Aperture Radar, radar à synthèse d’ouverture) sont utilisables pour la détection des surfaces inondées. Après avoir préparé vos données GRD (Ground Range Detected) Sentinel-1 comme données prêtes pour l’analyse, vous pouvez les utiliser dans des analyses et des interprétations.

Données GRD Sentinel-1 à polarisation double prêtes pour l’analyse

Dans le présent cas, un ouragan a causé de récentes inondations le long des côtes et à l’intérieur des terres. Sur la base de données ARD de type SAR antérieures et postérieures à l’ouragan, vous pouvez analyser la rétrodiffusion d’une bande en copolarisation et d’une bande en polarisation croisée pour détecter les surfaces inondées. Les valeurs de rétrodiffusion faibles correspondent aux couleurs foncées. Inversement, les valeurs de rétrodiffusion élevées correspondent aux couleurs claires. Ici, la rétrodiffusion observée est spécifique des données SAR en bande de longueur d’onde C et peut donc être différente avec d’autres longueurs d’onde.

Type de diffusion

Il existe quatre principaux types de diffusion (ou réflexion) : à double réflexion, volumétrique, diffuse et spéculaire.

En diffusion à double réflexion, le signal radar est réfléchi une première fois par une cible verticale sur une surface lisse et réfléchi une seconde fois par la surface lisse vers le capteur. Pour cette trajectoire de diffusion, la polarisation reste intacte. Elle produit ainsi une forte rétrodiffusion dans la bande en copolarisation et une faible rétrodiffusion dans la bande en polarisation croisée.

Illustration d’une rétrodiffusion à double réflexion avec un navire (en haut à gauche), une structure urbaine (en haut à droite), un conteneur d’expédition (en bas à gauche) et une végétation inondée (en bas à droite).

En diffusion volumétrique, le signal radar est réfléchi plusieurs fois par une entité 3D, si bien que la polarisation change de direction aléatoirement pendant les réflexions. Une diffusion volumétrique peut avoir lieu dans des couverts de végétation courte ou clairsemée, comme des buissons, des arbustres ou des cultures.

Illustration d’une diffusion volumétrique et d’une réflexion diffuse avec des arbres, des arbustes matures et une structure urbaine en haut à droite. Illustration d’une réflexion diffuse avec des surfaces rugueuses en bas à gauche.

En réflexion diffuse, le signal radar est réfléchi une fois par une surface rugueuse et diffusé dans diverses directions. Plus la surface est rugueuse, plus la rétrodiffusion copolarisée est forte.

En réflexion spéculaire, ou prodiffusion, le signal radar est réfléchi une fois par une surface lisse, perpendiculairement au signal d’origine.

Illustration d’une réflexion avec des surfaces lisses comme des routes et des tarmacs (en bas à gauche), et des plans d’eau (en haut à droite).

Composition d’images SAR en fausses couleurs

Une méthode couramment utilisée pour l’analyse des données ARD de type SAR à polarisation double consiste à créer une composition colorée en fausses couleurs. Une composition colorée utilise des combinaisons de bandes pour les canaux d’affichage rouge, vert et bleu, pour créer une image en couleurs fausses. Les combinaisons SAR à polarisation double habituelles sont VV pour le rouge, VH pour le vert et VV/VH pour le bleu, ou HH pour le rouge, HV pour le vert et HH/HV pour le bleu. Ces combinaisons de bandes soulignent utilement les différences de diffusion, ce qui vous permet d’en déduire des informations sur les caractéristiques de la surface. De plus, elles restituent couramment les fôrets ainsi que les couverts végétaux denses en vert, et les étendues d’eau en bleu.

L’outil Créer une composition colorée vous permet de définir les bandes RVB pour créer une image en couleurs fausses. Vous pouvez utiliser une expression algébrique de bande pour chacun des paramètres d’expression de bande. Pour définir l’expression mathématique de bande en utilisant les noms des bandes, sélectionnez Band names (Noms des canaux) dans la liste du paramètre Method (Méthode). L’expression mathématique de bande utilisée varie selon les unités des données ARD de type SAR en entrée. Si donc vos données ARD SAR en entrée sont exprimées en unités linéaires, utilisez VV pour le rouge, VH pour le vert et VV/VH pour le bleu. Si vos données ARD SAR en entrée sont exprimées en décibels (dB), la combinaison de bandes doit être VV pour le rouge, VH pour le vert et VV-VH pour le bleu.

Dans la boîte de dialogue de gauche, les paramètres sont illustrés pour les données en unités linéaires. Dans la boîte de dialogue de droite, les paramètres sont illustrés pour les données en décibels.

Voici des exemples de compositions colorées avant et après le passage de l’ouragan, qui utilisent VV pour le rouge, VH pour le vert et VV-VH pour le bleu en décibels. Les compositions colorées représentent les plans d’eau (y compris les rivières et l’océan) en bleu, les structures urbaines en jaune clair, les régions à couvert végétal et forestier en nuances de vert et la végétation inondée des zones humides ou marécageuses en rose. Certaines structures urbaines parfaitement orientées sont représentées, elles aussi, en rose.

Remarque :

Pour l’affichage des données ARD SAR, il est recommandé d’utiliser le type d’étirement Standard Deviation (Écart type) et de lui attribuer une valeur de 1.

L’image du haut montre la composition colorée avant l’ouragan. L’image du bas montre la composition colorée après l’ouragan. Les zones d’intérêt sont signalées par des cadres blancs.

Interprétation des zones d’intérêt

Les quatre zones d’intérêt (AOI) qui vont être interprétées sont décrites dans le tableau suivant :

AOI	Interprétation
	Les pixels vert foncé correspondent à la réflexion diffuse de l’herbe. Les pixels bleu foncé correspondent à la réflexion spéculaire du tarmac et des pistes lisses d’un aéroport. La rétrodiffusion dans cette région ne change pas pour les compositions colorées avant et après l’ouragan. La constance de la rétrodiffusion indique que la surface n’a pas été inondée dans l’image postérieure à l’ouragan.
	Les pixels jaunes adjacents aux pixels bleus correspondent à la diffusion à double réflexion et la diffusion volumétrique des navires au port. Les pixels jaunes et blancs correspondent à la diffusion à double réflexion et la diffusion volumétrique des conteneurs d’expédition qui sont orientés orthogonalement à la direction de visée du radar. Les pixels roses de l’image antérieure à l’ouragan correspondent à la diffusion à double réflexion des structures urbaines du port qui sont orientées orthogonalement à la direction de visée du radar. Ces pixels sont roses plutôt que jaunes, car il y a peu de diffusion volumétrique en raison du faible espacement des structures. Les nouveaux pixels roses observés dans l’image postérieure à l’ouragan représentent la végétation inondée. Ces nouveaux pixels inondés sont observés au nord le long de la côte et au sud le long des rives.
	Les pixels bleu foncé correspondent à la diffusion spéculaire des plans d’eau permanents. La rétrodiffusion ne change pas dans les images antérieure et postérieure à l’ouragan.
	Les pixels vert clair correspondent à la diffusion volumétrique de la végétation. Les pixels roses correspondent à la diffusion à double réflexion de la végétation inondée des zones humides ou marécageuses. Entre l’image antérieure et l’image postérieure à l’ouragan, le nombre de pixels de végétation inondée augmente en raison des inondations causées par l’ouragan.