Vybrané aplikace radarových dat Mgr. Kateřina FÁROVÁ Česká geologická služba Hlavním zdrojem teoretické části je radarový kurz ESA “Echoes in space” https://eo-college.org/courses/echoes-in-space/ ” Data z Nového Zélandu byla zpracována s kolegou Janem JELÉNKEM Zdroj obrázku: https://tandemx-scie nce.dlr.de/cgi-bin/w cm.pl?page=DEM_ Promotion_Start_Pa ge SAR - Základní principy - rychlý přehled Geometrie radarového snímání (vyslaný signál - odraz - příjem odraženého signálu: transmitt- backscatter-receive) https://www.geos.ed.ac.uk/~ihw/hype/radar /intro2radar.html Parametry ovlivňující odražený signál (backscatter) Parametry senzoru: ● vlnová délka / frekvence ● polarizace ● prostorové rozlišení ● úhel dopadu (incidence angle) ● dráha letu Parametry snímaného povrchu: ● topografie ● “hrubost” povrchu (roughness) ● geometrie snímaných objektů ● orientace snímaných objektů ● dielektrická konstanta (obsah vody) Odraz radarového signálu ● zdrcadlový odraz (specular reflection) ○ vodní hladina, antropogenní tvary ● odraz z relativně homogenního nerovného povrchu (surface scattering) ○ topografie ● koutový odraz - vícenásobný, dvojitý odraz (double bounce) ○ zastavěná území ● odraz z 3D povrchu (volume scattering) ○ vegetace další vlivy na intenzitu odraženého signálu: ● dielektrická konstanta ● hrubost povrchu https://eo-college.org/topic/the-scattering-mechanisms/ https://eo-college.org/topic/the-scattering-mechanisms/ Úrovně zpracování radarových dat RAW - data, která byla zachycena senzorem. Každý řádek je echo signálu, který byl zachycen podél dráhy družice. Zachycený signál je komplexní číslo nesoucí informace o fázi a amplitudě. Energie signálu z určitého bodu je “roztažena” v azimutu a range. SLC - SAR focusing → “the purpose of SAR focusing is to collect this dispersed energy into a single pixel in the output image (Single Look Complex, or SLC image).” GRD - viz dále Srovnání radarových a optických dat https://eo-college.org/topic/comparison-to-optical-images/ L, C, X band https://eo-college.org/topic/the-sar-bands/ Jak radar “vidí” stromy v závislosti na vlnové délce: https://eo-college.or g/topic/forest-applic ations/ © Thuy Le Toan https://eo-college.org/topic/overview-of-exsisting-missions/ Title: Radar Satellite Timeline Author: SAR-EDU Source: https://eo-college.org License: Attribution-ShareAlike 4.0 International (CC BY-SA 4.0) Wasowski et al. (2014): Investigating landslides and unstable slopes with satellite Multi Temporal Interferometry: Current issues and future perspectives. Eng. Geol. 2014, 174, 103-138. Wasowski et al. (2014): Investigating landslides and unstable slopes with satellite Multi Temporal Interferometry: Current issues and future perspectives. Eng. Geol. 2014, 174, 103-138. Wasowski et al. (2014): Investigating landslides and unstable slopes with satellite Multi Temporal Interferometry: Current issues and future perspectives. Eng. Geol. 2014, 174, 103-138. Vybrané aplikace radarových dat 1. Mapování území zaplavených povodněmi 2. DInSAR a. Rozsah a velikost zemětřesení b. Pohyby terénu na rozestavěné dálnici D8 3. Mapování pohybu ledovců Mapování území zaplavených povodněmi - zrcadlový obraz vodní hladiny - ! nadhodnocení - jako voda se chovají hladké povrchy - vliv parametrů senzoru: - frekvence (čím vyšší, tím větší rozdíl mezi intenzitou odrazu vody a okolního povrchu) - zaplavená vegetace (stromy) - L band (silný signál zpět oproti difúznímu odrazu v okolí) - polarizace (nejlepší HH - nízký rozptyl horizonální komponenty signálu od hladké vodní hladiny, při vlnách je lepší VV) - pro odlišení normálního stavu vodní hladiny v řekách od povodní se používají archivní snímky nepovodňového stavu Difference in backscatter mechanisms for open water surfaces and dry land surfaces (after Solbø & Solheim, 2004) https://eo-college.org/topic/introduction-to-water-bodies/ Inundation effects on radar backscatter in a forested wetland (after Bourgeau-Chavez et al., 2009) https://eo-college.org/topic/introduction-to-water-bodies/ IInundation effects on radar backscatter for wet meadows (after Bourgeau-Chavez et al., 2009) https://eo-college.org/topic/introduction-to-water-bodies/ Používané metody pro detekci zaplavených území z radarových dat - vizuální interpretace - prahování - detekce změn na multitemporálních datech - klasifikace obrazu (objektový přístup, textura) - region growing - active contour models Pro přesné výsledky nutná podpůrná data - DEM a jeho odvozeniny - landcover Vymezení zaplavených ploch - kombinace snímků během záplav a bez záplav - záplavy v Myanmaru, září 2015 - snímky z 20. března a 4. září 2015 - level 1 - GRD, VV, ascending - stejný incidence angle, stejná geometrie - proveden ořez obou scén na menší území Level-1 Ground Range Detected (GRD) products consist of focused SAR data that has been detected, multi-looked and projected to ground range using an Earth ellipsoid model. Phase information is lost. The resulting product has approximately square resolution pixels and square pixel spacing with reduced speckle at the cost of reduced geometric resolution. https://sentinel.esa.int/web/sentinel/missions/sentinel-1/dat a-products amplituda, VV, 20.3.2015 Multilooking, kalibrace - multilooking 3x3, redukce speckle, menší rozlišení - Radar→ Multilooking, Range x Azimuth:3x3 - calibration: sigma0 band - Radar→ Radiometric→ Calibrate - pro porovnatelnost obou snímků - pozorování layover, foreshortening (synchronizace View - Tile Evenly) - z které strany a kterým směrem letěla družice? - zobrazení incidence angle (Tie Point Grids) Vizualizace, zobrazení histogramu, terrain correction - převedení zobrazení hodnot z lineární stupnice na logaritmickou pro vylepšení kontrastu - Linear to/from dB - Terrain Correction (odstranění chyb vlivem terénu, geokódování) - Radar → Geometric → Terrain Correction → Range Doppler Terrain Correction - srovnání terénu před a po (zrušit synchronizaci View!) - převod na dB a uložení virtuálního bandu, histogram stretching Layer stack, vizualizace: průhlednost, swipe - pro zobrazení RGB jednotlivých časových horizontů musí být snímky pro jednotlivé barevné kanály v jednou souboru - Layer Stacking (shrnutí více pásem do jednoho souboru, dle souřadnic a prostorového rozlišení, používá se i pro optická data) - Radar → Coregistration → Stack Tools → Create Stack - Initial Offset Method: Product Geolocation (pro interferometrii nutná přesnější metoda koregistrace) - Layer Manager , Image of Band (výběr druhého snímku) - trasparency, swipe RGB kompozice Pro rozlišení zaplavených území od stálých vodních ploch (toků) - RGB kompozice: - výběr produktu, kde byl proveden Layer Stack - Window → Open RGB Image Window: - R: archivní snímek 20. březen - G: snímek s povodní 4. září - B: snímek s povodní 4. září - interpretace Prahování (threshholding), tvorba masek - Analysis → Histogram (refresh) - Zjištění prahové hodnoty z histogramu - Raster → Band Maths: - new band name: “permanent_water” - expression: Sigma0_VV_db_slv2_20Mar2015 < -17.5 - voda: 1, ostatní: 0 - maska pro archivní i krizový snímek - úprava zobrazení histogramu tak, aby permanet_water byla červená a ostatní transparetní… Přidání masek k archivnímu snímku Export do KMZ DInSAR DInSAR Zemětřesní na Novém Zélandu - 13. listopadu 2016, Kaikoura - velikost 7,8 Mw - data Sentinel-1A - 3.11.2016, 15.11.2016 https://thespinoff.co.nz/science/16- 11-2016/this-stunning-map-shows- that-six-faults-at-least-six-ruptured- in-the-kaikoura-quake/ http://www.stuff.co.nz/national/86565581/finding- out-how-much-the-earth-moved-during-massive- earthquake Metadata stažených dat Postup pro výpočet interferogramu a vertikálního posunu ● Koregistrace ● Tvorba interferogramu ● Deburst ● Merge ● Odstranění fáze způsobené topografií ● Filtrace ● Multilooking ● Interferogram unwrapping ● Výpočet vertikálního posunu, převedení relativního na absolutní ● Geocoding (terrain correction) Sentinel-1 TOPS (TOPSAR) https://earth.esa.int/web/sentinel/technical-guides/sentinel-1-sar/products-algorithms/level-1-algorithms/t opsar-processing S1 TOPS Coregistration ● Zvolit master, slave ● zvlášť IW1, IW2, IW3 ● Koregistrace zahrnuje stažení přesných informací o dané orbitě (precise orbit) ● Back Geocoding d:\NZ\mxd\Copy_of_nz_vysledky_BRno.mxd D8 - příklad z ČR https://www.denik.cz/galerie/foto.ht ml?mm=litochovice-dalnice-u-kam enolomu-dobkovicky-sesuv-pudy& back=1508625958-36-1&photo=1 Sesuv - 7. června 2013 Analýza vertikálních pohybů po sesuvu 22.2. a 17.5. 2017, S-1, intensity images Deburst Interferogram Topo-phase removal, Filtering Phase Unwrapping Výpočet vertikálního posunu Výběr referenčního území, zjištění absolutního posunu Koherence Výsledná mapa vertikálního posunu lom Bílina Offset tracking - mapování rychlosti pohybu ledovců Glacier ice velocities for Trinity and Wykeham glaciers obtained using intensity offset tracking applied to ascending and descending passes. Velocities calculated from images acquired between 22 February and 12 March 2016. Velocity map overlaid on top of Sentinel-1 Synthetic Aperture Radar (SAR) images acquired between 22 and 29 February 2016. Sánchez-Gámez, P.; Navarro, F.J. Glacier Surface Velocity Retrieval Using D-InSAR and Offset Tracking Techniques Applied to Ascending and Descending Passes of Sentinel-1 Data for Southern Ellesmere Ice Caps, Canadian Arctic. Remote Sens. 2017, 9, 442. http://www.mdpi.com/2072-4292/9/5/442 Offset tracking d:\Offset_tracking\subset_Orb_Stack.dim