Интерпретация данных SAR для картографирования затоплений

Анализ готовых данных (ARD) радиолокатора с синтезированной апертурой (SAR) может осуществляться для обнаружения затопленных территорий. После того как вы сделаете данные Sentinel-1 Ground Range Detected (GRD) готовыми к анализу данными, вы сможете использовать их для анализа и интерпретации.

Готовые к анализу данные Sentinel-1 GRD двойной поляризации

В этом сценарии ураган вызвал затопление территорий вдоль побережья и внутри страны. Используя данные SAR ARD, полученные до и после урагана, вы сможете найти затопленные районы, анализируя обратное рассеяние для сополяризованного и кросс-поляризованного каналов. Низкие значения обратного рассеяния соответствуют темным цветам, а высокие - светлым. Наблюдаемое здесь обратное рассеяние специфично для данных SAR с волнами длин C-диапазона и может быть другим для других длин волн.

Тип рассеяния

Существует четыре основных типа рассеяния: двойное отражение, объемное, диффузное и зеркальное.

При двойном отражении сигнал, идущий от радара, один раз отражается от вертикальной цели и попадает на гладкую поверхность, а после этого, отражаясь от гладкой поверхности, возвращается обратно к сенсору. В этом случае поляризация не изменяется и вызывает сильное обратное рассеяние в сополяризованном полосе канале и низкое обратное рассеяние в кросс-поляризованном канале.

Обратное рассеяние с двойным отражением

Показано обратное рассеяние с двойным отражением для грузового контейнера (слева), корабля (в центре) и затопленной растительности (справа).

При объемном рассеянии радиолокационный сигнал многократно отражается от трехмерного объекта, случайным образом меняя поляризацию во время отражений. Объемное рассеяние имеет место в короткой или редкой растительности, такой как кусты, полукустарники и сельскохозяйственные культуры.

Объемное рассеяние

Показано объемное рассеяние для деревьев, крупного кустарника и городской застройки.

При диффузном рассеянии сигнал радара отражается один раз от шероховатой поверхности и рассеивается в различных направлениях. Чем более неровная поверхность, тем выше сополяризованное обратное рассеяние.

Диффузное рассеяние

Показано диффузное рассеяние для неровных поверхностей.

При зеркальном отражении, также называемом прямым рассеянием, электромагнитный сигнал отражается один раз от гладкой поверхности, отражаясь в направлении, перпендикулярном исходному сигналу.

Зеркальное отражение

Показано зеркальное отражение для таких гладких поверхностей, как дороги и асфальт (слева) и водные поверхности (справа).

Композитное псевдоцветное SAR-изображение

Обычный способ анализа SAR ARD с двойной поляризацией - создание композитного псевдоцветного изображения. Композитный цвет использует комбинации каналов для красного, зеленого и синего каналов для создания псевдоцветных изображений. Часто используемыми комбинациями SAR с двойной поляризацией являются: 1) VV для красного, VH для зеленого и VV/VH для синего каналов и 2) HH для красного, HV для зеленого и HH/HV для синего. Эти комбинации каналов полезны, потому что подчеркивают различия в рассеянии, что позволяет получить информацию о характеристиках поверхности. Эти комбинации также обычно позволяют показать леса и густые кроны деревьев зеленым, а водоемы - синим.

Инструмент Создать синтезированное цветное изображение позволяет создать изображение в псевдо цветах, задав RGB-каналы. Вы можете создать выражение алгебры каналов для каждого из параметров выражения каналов. Чтобы задать математические операции с каналами, используя названия каналов, выберите Названия каналов для параметра Метод. Используемая математика каналов будет зависеть от единиц измерения ваших входных данных SAR ARD. Если ваши входные данные SAR ARD выражены в линейных единицах, используйте VV для красного, VH для зеленого и VV/VH для синего. Если входные данные SAR ARD выражены в децибелах (dB), комбинацией каналов должна быть: VV для красного, VH для зеленого и VV-VH для синего.

Инструмент Создать синтезированное цветное изображение

Диалоговое окно слева показывает параметры для данных в линейных единицах. В диалоговом окне справа показаны параметры для данных в дБ.

Ниже показаны примеры цветовых комбинаций каналов до и после урагана с использованием R: VV, G: VH, B: VV-VH в децибелах. На цветных композитных изображениях водоемы, включая океан и реки, показаны темно-синим цветом, городские постройки — светло-желтым, растительность и лесные массивы — зеленым, а затопленная растительность на водно-болотных угодьях — розовым. Некоторые городские структуры также отображаются розовым.

Примечание:

При отображении изображений SAR ARD рекомендуется использовать тип растяжки гистограммы Стандартное отклонение со значением 1.

До и после урагана

Наверху - синтезированное цветное изображение, полученное до урагана. Внизу - синтезированное цветное изображение, полученное после урагана. Области интереса (AOI) показаны белыми прямоугольниками.

Интерполяция областей интереса

Четыре области интереса (AOI), которые будут интерпретироваться, описаны в следующей таблице:

AOIИнтерпретация
AOI 1

Более темные зеленые пикселы AOI 1 зеленый соответствуют диффузному рассеянию от травы. Темно-синие пикселы AOI 1 синий соответствуют зеркальному отражению от гладкой бетонной площадки и взлетно-посадочных полос аэродрома. Обратное рассеяние для этого региона одинаково на синтезированных цветных изображениях до и после урагана. Постоянное обратное рассеяние означает, что область на изображении не была затоплена после урагана.

AOI 2

Желтые пикселы AOI 2 желтый и синий, расположенные рядом с синими пикселями, соответствуют двойному отраженному рассеянию и объемному рассеянию от кораблей в порту. Желтые и белые пикселы AOI 2 желтый и белый соответствуют рассеянию с двойным отражением и объемному рассеянию от транспортных контейнеров, ориентированных перпендикулярно направлению обзора радара.

Розовые пикселы AOI 2 розовый на изображении, сделанном до урагана, соответствуют двойному отражению от городских построек в порту, которые ориентированы перпендикулярно направлению обзора радара. Эти пикселы розовые, а не желтые из-за небольшого объемного рассеяния, обусловленного редким расположением структур.

Новые розовые пикселы на изображении, сделанном после урагана, соответствуют затопленной растительности. Эти пикселы вновь затопленных областей находятся на северном побережье AOI 2 розовый берег и на юге - вдоль берегов реки AOI 2 розовая река.

AOI 3

Темно-синие пикселы AOI 3 синий соответствуют зеркальному рассеянию от постоянных водоемов. Обратное рассеяние не меняется на изображениях, полученных до и после урагана.

AOI 4

Светло-зеленые пикселы AOI 4 зеленый соответствуют объемному рассеянию от растительности. Розовые пикселы AOI 4 розовый соответствуют объемному рассеянию от затопленной растительности заболоченных областей. На изображении, сделанном после урагана, число пикселов затопленной растительности из-за вызванного ураганом затопления стало большим - по сравнению с изображением, полученным до урагана.

Связанные разделы