【2024遥感应用组一等奖】基于ENVI Deep Learning的多源SAR影像海带水淹区域提取与分析

深度学习助力海岸带洪水区域识别

作品介绍01应用背景


近年来,随着全球气候变化的加剧,海岸带地区面临的洪水威胁日益严重。这些极端天气事件,特别是由热带气旋引发的洪水,不仅给沿海地区带来了巨大的经济损失,还对当地居民的安全和生活产生了深远影响。因此,能够准确识别海岸地区的水淹区域对于防灾减灾、制定应对策略至关重要。然而,传统的变化检测方法常常受到图像噪声的影响,导致提取精度不够,并且在处理大量数据时效率低下。在这种背景下,结合SAR影像穿云透雾的优势以及深度学习技术的强大数据处理能力,可以大大提高洪水区域的识别精度和速度。本研究聚焦于两个典型的沿海研究区域,作为深度学习模型的测试集:福州长乐区,该区域在2023年9月6日因台风“海葵”引发的洪水受到了严重影响;以及美国休斯顿,该区域在2017年8月29至9月5日因飓风“哈维”引发的洪水灾害中受损严重。通过多源SAR影像,结合光学影像数据,本研究旨在应对沿海地区复杂的洪水监测挑战,为进一步防灾减灾提供科学依据。图1 福州东部沿海图2 休斯顿沿海02应用目标


基于ENVI的深度学习模块,结合多源SAR影像海岸带水淹区域数据,通过数据扩充和模型优化,提升对复杂海岸带区域洪水变化的快速识别能力。具体目标包括:建立高效的洪水识别模型:通过深度学习技术,结合多源SAR影像,建立一个能够快速识别洪水区域的模型。该模型能够在极端天气条件下(如台风、暴雨)对洪水进行实时监测,并为相关部门提供决策支持。生成高精度的变化水体样本数据集:通过精确的样本数据制作,为模型提供可靠的训练基础,弥补了相关数据的不足之处,确保模型在复杂海岸带环境中的应用效果。验证模型的可推广性:通过不同区域的测试,验证模型在复杂地形、不同气候条件下的适应性和可推广性,确保模型在实际应用中的稳定性和可靠性。03使用数据


图3

### Sentinel-1 SAR影像的数据处理应用 #### 数据特性 Sentinel-1卫星搭载的合成孔径雷达(SAR)能够在全天候条件下工作,其数据具有较强的穿透能力,在云雨地区表现尤为突出。这种特性使得SAR数据成为监测农业作物如水稻的理想选择[^2]。 #### 预处理流程 为了使原始的Sentinel-1 SAR GRD(Ground Range Detected)数据适用于进一步分析,通常需要执行一系列预处理操作: - **转换为分贝(dB)**:通过将线性的强度值转化为对数形式来增强对比度并减少动态范围的影响。 ```python import ee def to_db(image): return image.log10().multiply(10).rename('VV_db', 'VH_db') ``` - **斑点噪声过滤**:由于相干成像机制引入了固有的随机相位误差,因此有必要施加滤波算法以减轻这些伪影带来的干扰效果。 ```python def apply_speckle_filter(image): filtered = image.focal_mean(radius=3, units='pixels').rename('filtered_VV', 'filtered_VH') return filtered ``` - **地形校正**:考虑到地球表面起伏造成的几何畸变,实施辐射传输模型可以改善最终产品的准确性。 ```python def terrain_correction(image): corrected = image.terrainCorrection() return corrected.rename('corrected_VV', 'corrected_VH') ``` 上述过程可以在Google Earth Engine平台内高效完成,并且已经封装成了易于调用的功能模块[^4]。 #### 应用实例——水稻识别 针对中国南方湿润气候区的特点,研究者们开发了一套基于阈值的方法用于区分稻田其他地类。该方法依赖于经过充分校准后的SAR回波信号强度差异来进行分类判断。尽管这种方法相对简单直接,但在特定环境下依然能取得不错的效果。 #### 应用实例——洪水制图 另一个重要的应用场景是在灾害响应领域内的洪涝事件检测。借助前后两次采集到的不同时间点上的SAR图像对比,研究人员能够迅速定位受灾区域边界及其变化趋势。这主要得益于SAR技术不受天气条件限制的优势所在[^3]。
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