Новый продукт MTC, рассчитываемый по данным COSMO-SkyMed

0

Л. Пиетранера (Luca Pietranera), Ф. Бритти (Filippo Britti), Л. Чезарано (Lucio Cesarano), В. Джентиле (Vittorio Gentile), Ю. И. Кантемиров

Общие сведения о продукте MTC

Компания e-GEOS (Италия) — оператор группировки радарных спутников COSMO-SkyMed-1–4 — представляет новый тематический продукт MTC (Multi-temporal coherence), являющийся одним из уровней обработки, в котором пользователю могут быть поставлены радарные снимки COSMO-SkyMed.

Продукт MTC представляет собой мультивременной цветной композит, составленный из амплитуд двух радарных снимков COSMO-SkyMed, отснятых в одинаковой геометрии съемки, и из когерентности фаз этих снимков (рис. 1). Данный продукт может быть сгенерирован пользователем при условии наличия специализированного программного обеспечения, позволяющего корегистрировать радарные снимки и рассчитывать когерентность (например, это можно сделать в программном комплексе SARscape). Либо, учитывая чисто технический характер создания этого продукта, — его генерацию можно просто запросить при заказе интерферометрических пар COSMO-SkyMed, доплатив примерно 10% от стоимости каждой интерферометрической пары снимков, по которой создается данный композит.

ris_1_web
Рис. 1. Схема создания цветного мультивременного радарного композита MTC

 

Для иллюстрации дешифровочных характеристик продукта MTC — приведем его сразу в сравнении с одиночным оптическим и одиночным радарным снимком (рис. 2, 3). Как видно из этих рисунков, по своим дешифровочным характеристикам композит MTC значительно превосходит одиночный амплитудный радарный снимок и, как минимум, сравним с оптическим мультиспектральным снимком (а учитывая мультивременную составляющую, композит MTC даже более информативен, чем оптическое мультиспектральное изображение).

ris_2_web
Рис. 2. Одиночный оптический снимок сельскохозяйственного района вблизи г. Синоп (Бразилия)

 

ris_3_web
Рис. 3. Одиночный радарный снимок сельскохозяйственного района вблизи г. Синоп (Бразилия)

 

Данный композит может интерпретироваться не просто как цветное космическое изображение, но и как тематическая карта, на которой каждый цвет или оттенок цвета может быть проинтерпретирован в соответствиями с рекомендациями, приведенными ниже.

Как интерпретировать цвета на композите MTC?

Мультивременной радарный цветной RGB-композит MTC состоит из следующих каналов:

  • Красный — амплитуда первого радарного снимка.
  • Зеленый — амплитуда второго радарного снимка.
  • Синий — когерентность фаз этих двух снимков.

Исходя из этого интерпретировать оттенки цветов на этом композите необходимо в соответствии с табл. 1. Как видно из таблицы, композит позволяет:

  • Классифицировать типы отражающей поверхности (вода, гладкое поле, вспаханное поле, невозделываемое поле с растительностью, лес, участки активного роста сельхозкультур, участки уборки урожая, здания и сооружения, объекты транспортной инфраструктуры и т. д.).
  • Наблюдать изменения, произошедшие за период между съемками (увеличение-уменьшение влажности земной поверхности, вспахивание земли, появление-исчезновение объектов, антропогенные изменения, вызванные активным землепользованием, вырубки в лесу, замерзание водных поверхностей и т. д.).

Таблица 1. Интерпретация цветов на композите MTC

Относительная выраженность каналов

RGB-композита

Итоговый цвет

на композите MTC

Визуализация

на композите MTC

Тип объекта

Сильная амплитуда обоих снимков, низкая когерентность Желтый t-1_web

 

Растительность, незначительно выросшая за период между съемками, т. е. естественная природная растительность

В случае наличия текстуры (рисунок слева), это лес

t-2_web

 

Растительность, незначительно выросшая за период между съемками, т.е. естественная природная растительность

В случае отсутствия текстуры (по центру рисунка слева), это сорняк (заросшее невозделываемое поле)

Сильная амплитуда обоих снимков, высокая когерентность Белый t-3_web

 

 

Крупные здания и сооружения, объекты имеющие углы, объекты из бетона и металла, столбы, опоры ЛЭП, железные дороги

Наиболее интенсивный белый цвет в случае, если вышеперечисленные объекты ориентированы параллельно азимуту радарной съемки (т. е. перпендикулярно направлению дальности)

Синий цвет с белым цветом на стороне объекта, ориентированной на встречу луча радара t-4_web

 

Небольшие сооружения с плоской крышей (в данном случае – сельские домики)
Слабая амплитуда обоих снимков, высокая когерентность Темно-синий t-5_web

 

Плоские поверхности (низкая амплитуда) с высокой когерентностью (из-за отсутствия растительности на этих поверхностях)

Голая плоская земля без изменений за период  между радарными съемками

Чем темнее оттенок синего – тем более плоская (либо влажная) поверхность

t-6_web

 

Асфальтированные дороги, взлетно-посадочные полосы (рисунок слева) и т. п.

Чем более ярковыраженный синий цвет – тем более ровное покрытие дороги

Амплитуда второго снимка больше, чем амплитуда первого, при очень низкой когерентности Зеленый (сильные амплитуды у обоих снимков, при этом амплитуда второго снимка выше) t-7_web

 

Быстро растущая растительность

Участки активно растущих сельхозкультур

Темно-зеленый (слабые амплитуды у обоих снимков, при этом амплитуда второго снимка выше) t-8_web

 

Участки голой земли, вспаханные за период между радарными съемками
Амплитуда первого снимка больше, чем амплитуда второго, при очень низкой когерентности Красный t-9_web

 

Поля, с которых за период между съемками был собран урожай

Хорошо отражающие объекты, присутствовавшие на первом снимке и пропавшие на втором

Темно-красный (слабые амплитуды у обоих снимков, при этом амплитуда первого снимка выше) t-010_web

 

Голая земля, увеличившая влагосодержание за период между съемками (например, после дождя или полива)
Все три цвета равномерно средне выражены Темные оттенки красного, зеленого и синего t-011_web

 

Шероховатое поле без растительности, влагосодержание которого незначительно изменилось за период между съемками
Темно-серый или черный цвет Практически полное отсутствие всех оттенков t-012_web

 

Водная поверхность (например, озеро по центру рисунка слева)


Предлагаемый подход к мониторингу

Таким образом, предлагаемый подход к мониторингу с использованием радарного композита MTC состоит в следующем:

  1. Для тематического анализа состояния территории на конкретную дату необходимо иметь интерферометрическую пару снимков с как можно меньшей временной разницей между ними (например, 1 или 4 суток, но не более 16 суток).
  2. Из этой интерферометрической пары составляется цветной радарный композит MTC, который можно рассматривать как тематическую карту состояния территории на данный момент.
  3. Через промежуток времени, определяемый требуемой частотой мониторинга, выполняется съемка еще одной интерферометрической пары, по которой также рассчитывается композит MTC.
  4. Изменения выявляются на основании сопоставления двух композитов MTC (т. е. двух тематических карт).

Возможно, конечно, выявлять изменения и по одному композиту MTC, если между снимками, из которых он составлен, присутствует значительный временной промежуток, но при этом следует иметь в виду, что качество и информативность когерентности сильно уменьшается с увеличением временного промежутка между съемками. И если в случае композита MTC, составленного из радарных снимков с разницей в 1 или 4 суток, когерентность несет как минимум треть полезной информации, содержащейся в композите, то в случае временного промежутка в 16 и более суток – информативный вклад когерентности в композит значительно падает.

Сами радарные космические снимки COSMO-SkyMed и композит MTC, рассчитываемый на их основе, возможно заказать в компании «Совзонд», являющейся официальным дистрибьютором компании e-GEOS (Италия) — оператора спутников COSMO-SkyMed.