09 – Detekce vody/povodní pomocí radarových dat

Datové sady ke cvičení:

https://nextcloud.vsb.cz/s/9K2SWo6yomxoCPR

Google Earth Timelapse:

https://earthengine.google.com/timelapse/

Radarová družicová data představují specifickou kategorii dat, která jsou pořizována v mikrovlnné části elektromagnetického spektra. Díky tomu mohou být radarové snímky pořízeny za jakéhokoliv počasí, ve dne i v noci. Radarová data vhodně doplňují standardní data optická zejména v situacích, kdy klimatické a povětrnostní podmínky znemožňují pořízení jiných snímků.

Stručný přehled typických aplikací:

• mapování záplav a záplavových oblastí
• geomorfologické mapování
• mapování seismických pohybů, sedání a sesuvů půdy
• sledování pohybu lodí, zjišťování znečištění moří a oceánů
• mapování a monitorování vývoje ledovců
• mapování a monitorování tropických pralesů
• tvorba digitálního modelu terénu

Mise Sentinel 1 je zaměřena na sledování pevniny a moří, zejména monitorování mořského ledu, oceánských vod, mořského pobřeží i polárních oblastí a navazuje zejména na úspěšné mise družic Envisat a ERS-1. Pro Českou republiku bude důležité zejména jejich možné využití v oblasti krizového řízení, a to hlavně díky dostupnosti aktuálních dat téměř v reálném čase. Konkrétní využití dat se předpokládá při povodních či deformacích terénu, které bude možné pomocí radarové interferometrie detekovat s milimetrovou přesností. Další oblastí uplatnění pro data ze Sentinelu 1 je monitorování území – např. mapování lesních porostů, monitorování zemědělských plodin či sledování rozsahu sněhové pokrývky. Podobné informace mohou pomoci i při předpovídaní povodní či sledování dopadu klimatických změn. Více informací o misi Sentinel 1 se dozvíte na stránkách Evropské vesmírné agentury.

Sentinel 1 snímá zemský povrch celkem ve 4 režimech:

• Strip Map Mode (SM)
• Interferometric Wide Swath Mode (IW)
• Extra Wide Swath Mode (EW)
• Wave Mode (WV)

Postup pro detekci změn – povodní v krajině:

• nutné mít k dispozici více snímků z různých časových období, kdy došlo ke změnám
• radiometrická kalibrace obou snímků
• filtrace obrazu
• topografická korekce
• převod hodnot db na lineární hodnoty
• spojení obou obrazů
• analýza obrazu VH a VV (barevná syntéza)

Thermal Noise Removal

Odstranění tzv. “termálního šumu” – to je šum generovaný samotným radarem (elektronickým zařízením) a není způsoben povrchem Země. Pokud se neodstraní, tento šum se může projevit jako falešné hodnoty v oblastech s nízkým odrazem (např. voda, led).

Remove GRD Border Noise

Odstranění “rámového šumu” – artefaktů, které se nacházejí na okrajích snímků GRD. Okraje scény často obsahují nespolehlivá data kvůli geometrii skenování. Tento šum se projevuje jako tmavé nebo světlé pásy u okrajů.

Calibration

Přepočet syrových hodnot (backscatter intenzity) na fyzicky smysluplné jednotky (např. sigma naught). Výstupem je kalibrovaný snímek v dB nebo lineárních jednotkách (např. VV, VH polarizace).

Single Product Speckle Filtering

Speckle (česky „zrnění“) je typický šum v radarových datech – vypadá jako náhodné flíčky nebo zrno. Snížení speckle zlepšuje čitelnost a následné analýzy (např. klasifikace).

Range-Doppler Terrain Correction

Geometrická korekce snímku na základě digitálního modelu terénu (např. SRTM) – „narovnání“ snímku do skutečného mapového souřadnicového systému (např. UTM). Radar měří ve vlastním systému – Range-Doppler. Bez korekce nejsou objekty správně lokalizované, hlavně v horském terénu.

Celý postup cvičení naleznete v tomto dokumentu.