Интерпретация данных SAR для картографирования затоплений

Для обнаружения затопленных районов можно использовать данные радиолокатора с синтезированной апертурой (SAR), прошедшие радиометрическую коррекцию рельефа местности (RTC). После того как вы подготовите данные Sentinel-1 Ground Range Detected (GRD) в качестве готовых к анализу данных RTC, вы можете использовать их для анализа и расшифровки.

Готовые к анализу данные Sentinel-1 GRD двойной поляризации

В этом сценарии ураган вызвал затопление территорий вдоль побережья и внутри страны. Используя данные SAR RTC, 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 одиночное отражение.

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. Для этого пути рассеяния поляризация не изменяется и вызывает сильное обратное рассеяние в сополяризованном канале и низкое обратное рассеяние в кросс-поляризованном канале.

Обратное рассеяние с двойным отражением

Показано обратное рассеяние с двойным отражением для корабля (вверху слева), городского строения (вверху справа), грузового контейнера (внизу слева) и затопленной растительности (внизу 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 и диффузное рассеяние

Вверху справа показано объемное рассеяние для деревьев, крупного кустарника и городской застройки. Внизу слева показано диффузное рассеяние для неровных поверхностей.

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.

При рассеянии одиночных отражений, также называемом зеркальным отражением или прямым рассеянием, электромагнитный сигнал отражается один раз от гладкой поверхности, отражаясь в направлении, перпендикулярном исходному сигналу.

Рассеяние одиночных отражений

Показано рассеяние одиночного отражения для гладких поверхностей, таких как дороги и асфальтированное покрытие (внизу слева) и водные поверхности (вверху справа).

Композитное псевдоцветное SAR-изображение

Обычный способ анализа SAR RTC 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 подчеркивают различия в поведении рассеяния, что позволяет получать 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. Для каждого из этих параметров выражения каналов можно создать выражение алгебры каналов. Чтобы задать математические операции с каналами, используя названия каналов, выберите Названия каналов для параметра Метод. Используемая математика каналов будет зависеть от единиц измерения входных данных SAR RTC. Если ваши входные данные SAR RTC выражены в линейных единицах, используйте VV для красного, VH для зеленого и VV/VH для синего. Если входные данные SAR RTC 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 синтезированных цветных изображениях водоемы, включая океан и реки, показаны синим цветом, городские постройки - желтым, растительность и лесные массивы - зеленым, а затопленная растительность на водно-болотных угодьях - розовым. Некоторые оптимально ориентированные городские строения также окрашены в розовый цвет.

Примечание:

При отображении изображений SAR RTC 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

Зеленые пикселы AOI 1 green соответствуют диффузному рассеянию от травы. Синие пикселы AOI 1 blue соответствуют рассеянию одиночного отражения 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 наблюдаются на севере вдоль побережья AOI 2 pink coast и на юге - вдоль берегов реки AOI 2 pink river.

AOI 3

Синие пикселы AOI 3 blue соответствуют рассеянию одиночного отражения от постоянных водоемов. Обратное рассеяние не меняется на изображениях, полученных до и после урагана.

AOI 4

Зеленые пикселы AOI 4 green 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