基于哨兵1号新丰江水体提取与面积变化分析

针对光学卫星在华南地区易受云雨影响的问题,提出利用合成孔径雷达卫星(SAR)开展水体提取和变化分析以及与降水的关系。以哨兵1号(sentinel-1)为数据源,通过阈值法提取2016—2021年新丰江水库的水体面积,结果显示:水体面积均值为317.3 km^(2),总体呈减少-缓慢增加-再急剧减少的趋势,其中2021年水体面积急剧减少为261.5 km^(2),相比2020年减少幅度为19.2%;秋季为丰水期,春季为枯水期;9月—次年1月水体面积较大,3—5月面积较小。受降水大幅减少影响,2020年10月—2021年7月粤东地区遭遇了严重的季节性干旱,水体面积陡降,最大减少幅度为27.8%。2021年8月起受台风降水影响,水体面积开始回升,这与从水文部门获取的新丰江水位数据趋势非常一致,相关系数达到0.97。

基于哨兵1号影像浮冰形状特征的北极内尔斯海峡海冰运动信息提取方法

内尔斯海峡是北极海冰输出的重要通道之一,从海峡流出的海冰对巴芬湾、拉布拉多海深层水的形成以及北极海冰物质平衡具有重要影响。由于海峡入口狭窄和海冰密集度较低,现有海冰运动反演算法较难从卫星影像上获取有效的海冰运动信息,从而限制了该区域海冰运动信息的提取。本研究提出了一种基于浮冰形状特征的海冰运动提取算法,该算法主要包括影像分割、浮冰提取和浮冰匹配3个步骤。使用该算法从2019年2月20-27日逐日哨兵1号影像中提取了内尔斯海峡的海冰运动信息,并结合人工制作的验证数据评估了该算法在浮冰提取和匹配过程的精度。结果显示该算法提取的浮冰形状参数平均误差为4.3%~8.48%、浮冰运动矢量的总体正确率为84%、浮冰质心与运动速度的均方根误差分别为0.171km和6.313cm·s^(–1)。对比SIFT,ORB和AKAZE三种基于特征追踪的海冰运动反演算法,该算法结果中海冰运动覆盖面积增加了27.7%,精度提高约39%。该算法不仅有效地提取了内尔斯海峡海冰运动信息,而且可为其他区域(如海冰边缘区)的海冰运动信息提取提供参考。

高分辨率1号卫星影像几何定位精度评价与几何校正研究——以黑龙江省友谊县为例

提高卫星影像的几何定位精度可以挖掘影像在区域尺度的应用潜力。本文以黑龙江省友谊县及周边区域为研究区,根据地面实测几何控制点,评估高分辨率1号(GF-1)卫星PMS和WFV影像的几何定位精度,并比较手动和自动两种不同几何控制点选取方式的几何校正效果。结论如下:MUX影像、PAN影像和WFV4影像在校正前的平均几何位置偏差为45.06 m,44.60 m和110.26 m,手动几何校正后的平均几何位置偏差为13.97 m,6.35 m和13.56 m,基于哨兵2号(Sentinel-2)影像自动几何校正后的平均几何位置偏差为15.84 m,16.23 m和21.26 m。以上结果可以看出,经过几何校正后很大程度上消除了影像的系统误差,PMS影像通过手动选取地面控制点进行几何校正的效果更优,而WFV影像使用两种校正方法效果相近。

哨兵1号的对流层湿延迟变化提取与分析

为了进一步提高大气水汽反演的精度和可靠性,提出一种利用星载干涉合成孔径雷达(InSAR)提取对流层天顶湿延迟(ZWD,简称对流层湿延迟)的方法:以2020年1月至2020年3月覆盖济南及周边地区的哨兵1号卫星(Sentinel-1)数据为基础,采用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)第五代全球气候的大气再分析资料(ERA5)计算对流层干延迟分量;再利用双线性插值方法统一干延迟分量与Sentinel-1的分辨率;然后通过差分数据处理实现InSAR干涉图相位中对流层湿延迟分量的提取。实验结果表明,Sentinel-1数据可以在较高的空间分辨率内有效提取对流层湿延迟;InSAR技术与北斗卫星导航系统(BDS)技术探测的天顶方向对流层湿延迟变化趋势一致,且对流层湿延迟含量逐渐升高;2种探测手段的对流层湿延迟结果平均偏差为4.45~9.03 mm,最小偏差可达0.3 mm,二者相关系数为0.79。利用InSAR技术结合Sentinel-1等数据可以提取高精度、空间连续对流层湿延迟,可为大范围、空间连续的大气水汽反演提供数据支撑。

哨兵1号数据在一次暴雨洪涝灾害过程中的监测应用

利用哨兵1号(Sentinel-1)微波雷达卫星数据,以2020年7月4—6日暴雨过程为例,选取暴雨前后的两幅影像(2020年6月24日和2020年7月6日),采用面向对象阈值法提取吉林省长岭县长岭镇、流水镇、正北镇等受灾地区的水体信息,并对灾情前后水面变化情况和农田被淹情况进行分析,实现了阴云天气下对暴雨后洪泛水淹区域范围的快速监测。结果表明:哨兵1号数据在洪水监测领域有巨大的应用潜力,相较于传统基于像元的方法,面向对象阈值法能有效抑制杂斑生成,提高空间信息的利用效率,具有更好的提取精度。利用其进行洪涝灾害的评估是有效可行的,可为政府相关部门防汛期间农业防灾救灾提供及时、科学的决策依据。

基于哨兵1号的洪水淹没面积监测

准确及时得到洪水淹没区域及淹没面积,对于抗洪救灾有着重要意义。洪涝灾害时基本为阴雨天,光学遥感无法监测到洪水淹没有效区域,使时效性和准确性下降,利用星载合成孔径雷达(SAR)则不受云雨影响、可全天候观测,及时获得下垫面洪水淹没区域及面积,可为洪水监测提供有力保障。本文以2016年7月长江流域洪水为例,应用哨兵1号(Sentinel-1)星载合成孔径雷达结合阈值法和伪彩色合成等方法,在GIS工具下对长江流域部分湖泊和长江干流等提取水体区域,得到淹没范围和分县淹没面积,进行洪水淹没区变化分析,并与同期MODIS影像监测结果进行对比验证。结果表明基于哨兵1号的水体提取方法和淹没面积的计算可行。

基于SLIC的哨兵1号雷达数据水体信息提取

针对水域面积较少时水体信息提取困难的问题,提出了以Sentinel-1A SAR为数据源,用简化的SLIC超像素分割算法对图像进行分割,根据相似度将分割后图像进行分层区域合并,将图像二值化得到最终水体信息的方法。将提取的信息与Otsu阈值法提取的水体信息进行对比分析,结果表明:水体提取算法相比Otsu阈值法有效提升了水体信息提取的效率和精度,对于防汛减灾具有重要的科学价值。将提出的方法应用于2019年7月份的株洲洪水监测,取得了较好的效果。

基于哨兵1号的台风风场反演方法研究

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)的交叉极化数据在高风速条件下不会出现信号饱和现象,能够在全天时和全天候的条件下提供大范围的高风速风场信息,在台风监测上具有极大的潜力.欧空局发射的哨兵1号卫星是目前少数几颗可提供交叉极化数据的在轨SAR卫星,以该系列卫星的交叉极化影像为数据源,利用2011—2021年十年来开发的C波段交叉极化海洋模型(C-band Cross Polarization Ocean model,C-2PO)、C波段交叉极化耦合参数海洋模型(C-band Cross-Polarization Coupled-Parameters Ocean model,C-3PO)及全极化条带交叉极化模型(Quad-polarization Stripmap Cross-polarization model,QPS-CP)等7种模型,对2020年的“海高斯”和“莫拉菲”两个台风的风场进行了估算,并将噪音去除的方法应用于超宽幅模式影像的处理.结果表明,噪音去除方法的应用可以有效减弱噪音对台风影像的影响,改善风场反演的结果.在反演高风速时,C-3PO模型的相对误差较小,但与哨兵1号海洋产品的对比分析发现,其在中低风速的估算上存在一定误差;交叉极化模型结果与已有风场产品的融合,能够很好地再现台风外部中低风速以及内部的海表高风速信息,对于台风监测、台风致灾的模拟预报和研究具有重要的参考价值.

基于哨兵1号卫星合成孔径雷达资料的淀山湖附近水域水体提取关键技术研究

长三角一体化示范区内河网水系的水环境容量有限且地势低洼,所以在暴雨季节易发生洪涝灾害。卫星遥感技术因其宏观、动态的特点而成为洪涝灾害监测的重要手段之一。基于哨兵1号(Sentinel-1)C波段合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)影像对淀山湖附近水域的水体识别方法进行了试验,初步实现了2020年梅雨期间多时相水体面积提取,并结合FROM-GLC全球下垫面资料对积水状况进行了分析。根据研究结果可得出以下结论:(1)欧空局官方SNAP软件对SAR影像的斑点噪声具有较好的抑制作用;(2)由于淀山湖水体的后向散射系数在图像上表现为单峰形态,可用阈值分割方法提取水体信息;(3)梅雨期间的水域水情较4月份增长约40 km^(2);(4)受强降水影响,耕地被淹没区的面积最大,不透水地表和裸地受影响较小。

欧NGMES计划下的哨兵1号SAR卫星

本文介绍了欧州GMES计划下的哨兵1号SAR卫星。对其装载的C-SAR的特点．结构与功能度，以及C-SAR的电子设备子系统和天线子系统进行了分析，希望对我国航天事业的发展有所借鉴。

基于SBAS-InSAR技术的青岛地铁1号线西海岸新区段地表沉降监测与分析

基于小基线集技术(SBAS-InSAR)对青岛市地铁1号线西海岸新区段的29景Sentinel-1A影像数据进行处理,获取了2018年5月至2020年5月该区段沿线的地面沉降速率及累计沉降量等形变信息,监测结果表明主要沉降区域位于安子站至安子东站北侧及附近,最大沉降速率达到约-49 mm/a,最大累积沉降量约-103 mm,其他区域的沉降速率为-5~0 mm/a;在0~1000 m段以及安子站至安子东站段,沉降速波动较大.结合Logistic函数模型预测安子东站至安子站的路段地面沉降,发现其2020年后地面沉降逐渐趋于稳定.沉降监测信息不仅能够为西海岸新区在地铁建设施工及运行过程中制定地表安全预案及合理开发地下空间提供数据决策依据,而且有利于完善相关理论.

基于Sentinel-1A的三峡库区范家坪滑坡InSAR监测分析

合成孔径雷达差分干涉测量(InSAR)技术以其全天时、全天候、范围广、精度高等特点,已被广泛应用到城市矿山地面沉降等变形监测当中。但对于山区滑坡灾害来说,由于受地形地貌、植被覆盖以及灾害体自身变形特征等影响,导致目前InSAR在滑坡灾害中的监测效果不理想。以三峡库区范家坪古滑坡(由西侧木鱼包滑坡与东侧谭家河滑坡组成)为例,选取23景哨兵1号(Sentinel-1A)雷达卫星数据,采用短基线差分干涉测量(SBAS-InSAR)方法计算其形变时间序列和变形速率,并与同时间段内GNSS地表位移监测结果进行对比分析。结果表明:范家坪滑坡整体处于蠕动变形状态,其中木鱼包滑坡形变较小,谭家河滑坡中部和前缘变化明显;InSAR与GNSS监测结果相似,形变量级一致,证明InSAR方法具有一定可靠性,也表明SBAS-InSAR技术适用于滑坡动态监测。

基于Sentinel-1A合成孔径雷达数据和全卷积网络的城市建设用地监测方法研究

Sentinel-1A合成孔径雷达数据不受云、雾等天气条件的影响并具有丰富的纹理信息,为提取城市建设用地信息提供了一种新的数据源。本文发展了一种基于Sentinel-1A合成孔径雷达数据和全卷积网络的城市建设用地监测方法。该方法的优势主要在于可以有效复合不同极化方式下的Sentinel-1A合成孔径雷达数据和综合集成多尺度特征。在甘肃省张掖市甘州区的应用表明,该方法的提取结果总体精度为92.50%,Kappa系数为0.85。与现有方法"KTH-Pavia城市提取器"相比,Kappa系数提高了37.10%,总体精度提高了11.50%。因此,该方法具有良好的应用潜力。

Sentinel-1A SAR影像及其在矿区地面沉降监测中的应用研究

详细介绍了Sentinel-1A SAR影像数据的基本参数、工作模式、应用领域等。利用2016.11.09—2017.03.09的5景Sentinel-1A C波段SAR影像数据进行矿区地面沉降监测试验。基于SARscape利用双轨D-In SAR技术进行差分干涉处理,得到了研究区地面沉降分布图,直观地再现了研究区在2016.11.09—2017.03.09的沉降分布、沉降量级等。结果表明济宁某矿区在监测期间地面相对稳定,未有大面积和大量级的地面沉降发生,4个干涉对监测到的最大沉降都未超过3 cm。

广东省沿海城市人工水产养殖基地变化——基于2015-2019年Sentinel-1数据的实证研究

基于GoogleEarthEngine云计算平台以及哨兵1号雷达遥感影像等数据,对广东省14个沿海城市2015—2019年规则的陆上人工水产养殖基地进行面向对象方法提取,并对其空间分布变化趋势、高密度分布区域进行定量分析,对该类规则的水产养殖用地面积与各个城市经济发展之间的关系进行分析。对规则人工水产养殖基地的分类结果显示:基于雷达遥感影像提取水产养殖基地具有较高的精度,总体精度为90.5%,Kappa系数为0.81;分类结果表明:2015—2019年内广东省规则的陆上人工养殖基地总面积呈上升趋势,其中陆地岸线5 km范围内集中了80%的规则人工水产养殖基地,海湾和江河入海口的规则水产养殖用地密度最高、规模最大。对比不同城市间的分布模式亦可发现,汕头、潮州、珠海、中山、深圳、湛江、阳江的水产养殖用地向陆地岸线集中效应最强,汕尾、广州、揭阳、江门次之,茂名、东莞、惠州集中程度最低。总体而言,广东省各个沿海城市的水产养殖用地整体上呈现扩张趋势,规则水产养殖基地面积的增长与水产养殖产值呈现出显著的相关性,这进一步说明了人工水产养殖基地的用地扩张依然是目前广东省提高水产养殖产值的主要途径,这样的扩张趋势给海岸带的湿地、耕地和城市用地的分布和可持续利用带来了极大的挑战。

结合时间序列Sentinel-1数据和面向对象的湿地信息提取方法

基于光学影像的遥感技术受云雨等天气条件影响较大,而合成孔径雷达(SAR)由于具有穿透能力可以很好的克服这一缺陷。本文以黑龙江流域扎龙湿地为研究区域,采用时间序列C波段双极化(VV、VH)Sentinel-1数据,结合面向对象的图像分析技术对扎龙湿地进行分类。对比分析了5种机器学习算法得出随机森林算法的精度最高,总体精度为88.43%,Kappa系数为0.8646,其中沼泽的制图精度达到84.68%,用户精度达到89.47%。使用Sentinel-1数据对扎龙湿地进行湿地信息提取的最佳时相为5月、7月和8月。

基于哨兵一号卫星的东、西辽河交汇处水体面积监测

2022年进入汛期以来通辽市科左后旗降水量异常增多,受地势呈西向东逐渐降低因素影响,大量水体流入位于科左后旗东部的东、西辽河内,导致东、西辽河双胜镇沿线河道发生洪水。本文以2022年7月通辽市科左后旗境内东、西辽河交汇处洪水为例,应用哨兵1号(Sentinel-1)星载合成孔径雷达,结合阈值法提取水体面积,与同期哨兵2号卫星影像进行对比验证,结果表明基于哨兵1号的水体提取方法可行。并应用上述方法对东、西辽河交汇处进行遥感监测,动态分析河水面积变化情况。

哨兵1号和高分三号SAR数据海浪谱反演精度评估

合成孔径雷达SAR (Synthetic Aperture Radar)是一种重要的海浪观测手段,研究其SAR图像海浪谱反演结果的精度,是其广泛应用于海浪观测的前提。欧洲航天局ESA (European Space Agency)的哨兵1号卫星(Sentinel-1)和中国自主研发的高分三号卫星(GF-3)是目前在轨运行的两颗SAR卫星,利用两颗卫星的SAR数据反演海浪和风场参数是目前国内外研究团队最为关注的问题之一。本文重点研究并对比了哨兵1号卫星SAR IW模式(Interferometric Wide swath)和GF-3卫星SAR条带模式数据海浪谱反演的精度。选取印度洋海上丝绸之路海域和太平洋、大西洋近岸海域不同海况下的两卫星SAR数据进行海浪参数反演,将反演结果分别与欧洲天气预报中心ECMWF(European Center for Medium-range Weather Forecasts)的ERA-5数据和浮标海浪数据进行了对比,结果显示,与ERA-5数据对比,Sentinel-1卫星反演有效波高和平均波周期的均方根误差RMSE(Root Mean Squared Error)分别为0.30 m、0.63 s,GF-3卫星反演有效波高和平均波周期的均方根误差分别为0.37 m、0.99 s;与浮标数据对比,哨兵1号卫星反演有效波高和平均波周期的均方根误差分别为0.40 m、0.91 s,GF-3卫星反演有效波高和平均波周期的均方根误差分别为0.42 m、0.94 s。结果表明,基于海浪谱反演的GF-3卫星与Sentinel-1卫星SAR海浪参数反演精度满足海洋遥感领域的要求,二者海浪谱反演结果精度相当。

基于SBAS-InSAR技术的长沙城区2017-2020年地表沉降监测

近年来长沙市由地面沉降导致的地质灾害问题频繁发生。针对这一问题,利用94景Sentinel-1A卫星影像,基于时序SBAS-InSAR技术,获取了长沙市主城区2017年3月~2020年5月间的地表沉降速率和累积形变。估计的地表形变速率与长沙市GPS连续运行参考站观测的地表沉降速率高度吻合。结果表明:在长沙市5个主城区中,开福区地面沉降范围最广,岳麓区和雨花区次之,芙蓉区和天心区沉降区较少;最大累积沉降量达225 mm,平均沉降速率达74 mm/年。研究结果表明长沙市区地面沉降多由地面和地下工程建设引起。

2016-2017年北极内尔斯海峡北部海冰运动及其影响因素研究

内尔斯海峡位于加拿大埃尔斯米尔岛与格陵兰岛之间,是北极海冰输出的重要通道之一,这些海冰融化后带来的表层淡水对巴芬湾、拉布拉多海的深层水形成具有重要影响。但由于该海峡较为狭窄,缺乏对此区域海冰运动情况的精细研究。本研究利用每日的哨兵1号影像提取了2016年9月至2017年8月的内尔斯海峡北部区域海冰运动信息,展示了海峡中浮冰的运动过程,并结合风速、海流速度等数据分析浮冰运动特征及影响因素。结果表明风和海流二者共同主导了海冰的运动过程,相关系数分别达到了0.767和0.709,由风速、海流速度、海冰密集度3个自变量与浮冰速度建立的多元线性回归模型复决定系数也达到了0.727。进一步分析发现,风和海流在速度相对稳定时对浮冰速度的影响都会减小。本研究关于风和海流等要素对海冰运动过程影响的研究结果,可以为海洋–大气动力学模型的研究提供参考。