SAR データの解釈による洪水のマッピング

合成開口レーダー (SAR) 前処理済みデータ (ARD) を使用して、洪水エリアを検出できます。 Sentinel-1 Ground Range Detected (GRD) データを解析対応データとして準備したら、それを使用して解析および解釈を行うことができます。

二重偏波解析対応 Sentinel-1 GRD データ

このシナリオでは、最近、ハリケーンが海岸と内陸に沿って洪水をもたらしました。 ハリケーン前とハリケーン後の SAR ARD データを使用して、共偏波バンドと交差偏波バンドの後方散乱を解析することで、洪水エリアを検出できます。 低い後方散乱値は暗い色に対応し、高い後方散乱値は明るい色に対応します。 ここで観測された後方散乱は C バンド波長の SAR データに固有であり、他の波長では異なる可能性があります。

散乱のタイプ

散乱には、主に 2 回反射、体積、散漫、鏡面の 4 つのタイプがあります。

2 回反射散乱では、レーダー信号が垂直ターゲットで 1 回反射して滑らかなサーフェスに到達し、滑らかなサーフェスで 2 回目の反射が発生してセンサーに戻ります。 この散乱経路の場合、偏波は変更されず、共偏波バンドで高い後方散乱、交差偏波バンドで低い後方散乱が発生します。

船舶 (左上)、都市構造 (右上)、衣桁コンテナー (左下)、洪水になった植生 (右下) の 2 回反射の後方散乱を示します。

体積散乱では、レーダー信号が 3D フィーチャで複数回反射し、反射中に偏波がランダムに変化します。 体積散乱は、灌木、低木、農作物などの短い植生または疎な植生の冠内で発生する可能性があります。

樹木、成長した低木、都市構造の体積散乱を右上に示します。 粗いサーフェスの散漫散乱を左下に示します。

散漫散乱では、レーダー信号が粗いサーフェスで 1 回反射し、さまざまな方向に散乱します。 サーフェスが粗いほど、共偏波の後方散乱が大きくなります。

前方散乱とも呼ばれる鏡面反射では、レーダー信号が滑らかなサーフェスで 1 回反射し、元の信号に対して直角方向に反射します。

道路と駐機場 (左下) や水面 (右上) などの滑らかなサーフェスの鏡面反射を示します。

疑似カラー SAR 合成

二重偏波 SAR ARD を解析する一般的な方法は、疑似カラー合成を作成することです。 カラー合成は、赤、緑、青の表示チャンネルのバンド割り当てを使用して、疑似カラー画像を作成します。 一般的な二重偏波 SAR の割り当ては、赤が VV、緑が VH、青が VV/VH であるか、あるいは赤が HH、緑が HV、青が HH/HV です。 これらのバンド割り当ては、散乱の振舞いの違いを強調してくれるため有益で、これを利用してサーフェス特性に関する情報を推測することができます。 また、これらの割り当ては一般的に、森林と密集した作物冠を緑、水域を青にレンダリングします。

[カラー合成の作成] ツールを使用すると、RGB のバンドを定義することで疑似カラー画像を作成することができます。 バンド式の各パラメーターに対して、バンド代数演算式を使用することができます。 バンドの名前を使用してバンド間演算を定義するには、[方法] パラメーターに [バンド名] を選択します。 使用されるバンド間演算は、入力 SAR ARD データの単位によって異なります。 入力 SAR ARD が距離単位である場合、赤に VV、緑に VH、青に VV/VH を使用します。 入力 SAR ARD がデシベル単位 (dB) の場合、バンド割り当ては赤を VV、緑を VH、青を VV-VH にする必要があります。

左側のダイアログ ボックスは、データのパラメーターが距離単位で示されています。 右側のダイアログ ボックスは、データのパラメーターが dB 単位で示されています。

デシベル単位で赤: VV、緑: VH、青: VV-VH を使用した、ハリケーン前とハリケーン後のカラー合成の例を以下に示します。 このカラー合成は、海洋や河川などの水域が濃い青、都市構造が明るい黄色、植生と森林地帯が緑、湿地帯で洪水になった植生がピンクで表示されています。 最適な方向を向いた都市構造もピンクで表示されています。

注意:

SAR ARD 画像を表示するときは、[標準偏差] ストレッチタイプを使用して、標準偏差値を 1 にすることをお勧めします。

上の画像はハリケーン前のカラー合成です。 下の画像はハリケーン後のカラー合成です。 対象地域 (AOI) が白のボックスで囲まれています。

対象地域の解釈

次の表は、解釈される 4 つの対象地域 (AOI) を説明したものです。

AOI	解釈
	濃い緑のピクセル は、草からの散漫散乱に対応します。 濃い青のピクセル は、滑らかな空港の駐機場と滑走路からの鏡面反射に対応します。 この地域の後方散乱は、ハリケーン前後のカラー合成では変化しません。 一定の後方散乱は、ハリケーン後の画像で、この地域は洪水にならなかったことを意味します。
	黄色のピクセル と隣接する青のピクセルは、港の船舶からの 2 回反射散乱と体積散乱に対応します。 黄色と白のピクセル は、レーダーの視線方向と直交する方向を向いた輸送コンテナーからの 2 回反射散乱と体積散乱に対応します。 ハリケーン前の画像のピンクのピクセル は、レーダーの視線方向と直交する方向に向いた港の都市構造物からの 2 回反射散乱に対応します。 これらのピクセルは、構造のまばらな間隔のために体積散乱がほとんど発生しないため、黄色ではなくピンクになります。 ハリケーン後の画像で観測された新しいピンクのピクセルは、洪水になった植生です。 これらの新たに洪水になったピクセルは、海岸沿いの北部 と川岸沿いの南部 で観測されます。
	濃い青のピクセル は、永続的な水域からの鏡面散乱に対応します。 ハリケーン前後の画像で後方散乱は変化していません。
	淡い緑のピクセル は、植生からの体積散乱に対応します。 ピンクのピクセル は、湿地帯で洪水になった植生からの 2 回反射散乱に対応します。 ハリケーン前後の画像では、ハリケーンによる洪水のために、洪水になった植生のピクセル数が増加しています。