ZASTOSOWANIE ZOBRAZOWAŃ SAR W OCHRONIE ŚRODOWISKA. Wykład V

Transkrypt

1 ZASTOSOWANIE ZOBRAZOWAŃ SAR W OCHRONIE ŚRODOWISKA Wykład V

2 Zastosowanie obrazów SAR Najczęściej wykorzystywane metody przetwarzania obrazów SAR: InSAR (Interferometry SAR) - tworzenie DEM (Digital Elevation Model) DInSAR (Differential InSAR) - detekcja deformacji terenu PSInSAR (Permanent/Persistent Scatterer InSAR) - detekcja deformacji terenu dla stabilnych rozpraszaczy radarowych POLSAR (Polarymetry SAR) - badanie mechanizmu odbicia

3 Metoda PSInSAR Metoda PSInSAR (ang. Permanent/Persistent Scatterer InSAR) służy do detekcji niewielkich, długookresowych deformacji terenu. Michele Crosetto, Oriol Monserrat, María Cuevas and Bruno Crippa

4 Satelitarna interferometria radarowa Metoda PSInSAR? Analiza obrazów SAR Mapa punktów PS nałożona na mapę topograficzną

5 Metoda PSInSAR Metoda stabilnych rozpraszaczy radarowych została zaproponowana pod koniec lat dziewięćdziesiątych XX wieku przez naukowców z Politechniki w Mediolanie. Alessandro Ferretti Fabio Rocca Claudio Prati Do chwili obecnej opracowanych zostało kilka odmian metody stabilnych rozpraszaczy. Szczególnie aktywnym ośrodkiem jest Uniwersytet w Delft, gdzie stworzono również darmowy program do przetwarzania danych SAR.

6 1. Tworzenie interferogramów różnicowych 2. Identyfikacja kandydatów na punkty PS 3. Identyfikacja punktów PS

7 Metoda PSInSAR W metodzie PSInSAR wykorzystuje się zestaw kilku/kilkunastu/kilkudziesięciu obrazów radarowych wykonanych dla tego samego obszaru w różnym czasie. Dzięki zastosowaniu dużego zestawu obrazów radarowych możliwe jest wyeliminowanie pewnych ograniczeń, które pojawiają się przy przetwarzaniu dwóch lub trzech obrazów SAR. Ograniczenia te związane są z tzw. artefaktami atmosferycznymi wywołanymi zróżnicowaną zawartością pary wodnej w atmosferze a także jej turbulentnym charakterem. Czynniki te są źródłem składowej fazowej sygnału radarowego nazywanej atmosferycznym obrazem fazy (ang. Atmpspheric Phase Screen, APS). W przypadku pojedynczego interferogramu efekty atmosferyczne są wręcz niemożliwe do usunięcia.

8 Identyfikacja punktów PS Istnieje wiele metod identyfikacji punktów PS. Metody te dobierane są w zależności od rodzaju analizowanych obrazów SAR, typu obszaru oraz ilości przetwarzanych danych. Najczęściej stosowane są dwie metody:

9 Satelitarna interferometria radarowa Metoda PSInSAR Cechy charakterystyczne metody PSInSAR: Wykorzystuje zestaw kilkunastu/kilkudziesięciu obrazów radarowych. Dostarcza informacje o deformacjach terenu tylko dla punktów PS (Permanent/Persistent Scatterer), które odpowiadają takim obiektom na powierzchni ziemi jak budynki, wiadukty, wychodnie skał itp. Pozwala na pomiar tylko niewielkich deformacji terenu (nie większych niż kilka/kilkanaście centymetrów na rok). Pozwala na detekcję deformacji terenu rzędu 1 mm/rok. Nie sprawdza się w monitoringu deformacji terenu na obszarach niezabudowanych. Metoda znalazła zastosowanie m.in. w monitoringu stabilności pojedynczych budynków, aktywności wulkanicznej, badaniu ruchów neotektonicznych itp. Analizy PSInSAR nie wykonamy w programie NEST.

10 -> Monitoring stabilności budynków, mostów, wiaduktów, tam, rurociągów itp. -> Badanie aktywności wulkanicznej. -> Monitoring ruchów neotektonicznych. -> Badanie stabilności szybów wiertniczych i rurociągów.

11

12

13 Analiza przykładowa Obszar: Centrum Warszawy Okres: Marzec 2014 Grudzień 2014 Satelita: Radarsat-2 Pasmo: C Cel: zbadanie deformacji terenu spowodowanych budową II linii metra

14 Zestaw danych

15 Użyte oprogramowanie StaMPS DORIS InSAR Processor Open source Do analiz DInSAR Opracowane przez Delft University Stanford Method for Persistent Scatterers Open source Do analiz PSInSAR Opracowane przez University of Stanford (dr Andy Hooper) W formie kodu Matlabowego

16 Krok 1: Wybór najlepszego obrazu Master Wybór na podstawie minimalizacji: Odległości bazowej (Bcrit = 200m) Efektu Doppler a (Dcrit = 300 Hz) Odległości czasowej (Tcrit = 300 dni)

17 Krok 2: Koregistracja obrazów radarowych Niezbędne jest dobranie odpowiednich parametrów koregistracji (COARSE, FINE) tak aby otrzymać maksymalne wartości koherencji. W DORIS istnieje możliwość wykorzystania tylko jednego kanału polarymetrycznego dlatego też należy zweryfikować, przy jakim kanale polarymetrycznym koherencja jest najwyższa i należy go wybrać do dalszej analizy. Coarse Input card Value/option cc_method magfft cc_nwin 21 cc_winsize 512 x 512 Fine Input card Value/option fc_method oversample fc_winsize 128 x 128 fc_acc 16 x 16 fc_osfactor 16

18 Krok 3: Wyznaczenie interferogramów W pierwszej kolejności wyznaczany jest interferogram spłaszczony a następnie od niego odejmowany jest interferogram syntetyzowany otrzymany na podstawie dostępnego modelu DEM (najczęściej jest to model SRTM, który podobie jak w NEST pobierany jest automatycznie). residual fringes

19 Krok 4: Wyznaczenie prędkości osiadań

20 Krok 5: Usuwanie trendu z interferogramów i ich odwinięcie Punkty PS na poszczególnych interferogramach przed odwinięciem fazy

21 Krok 5: Usuwanie trendu z interferogramów i ich odwinięcie Punkty PS na poszczególnych interferogramach po odwinięciu fazy

22 Krok 6: Rezultaty