Die Orbitdatei herunterladen und eine Orbitkorrektur anwenden
Laden Sie zunächst das Projekt herunter, und öffnen Sie es in ArcGIS Pro. Anschließend beginnen Sie die Vorbereitung der SAR-Bilddaten, indem Sie deren Orbitinformationen aktualisieren.
Das Projekt herunterladen und öffnen
Sie laden das Projekt herunter, das alle Daten für dieses Lernprogramm enthält, und öffnen es in ArcGIS Pro.
- Laden Sie die Datei Process_Sentinel_1_SAR_Data.zip herunter, und navigieren Sie zur heruntergeladenen Datei auf Ihrem Computer.
Hinweis:
In den meisten Webbrowsern werden heruntergeladene Dateien standardmäßig im Ordner "Downloads" gespeichert.
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Datei Process_Sentinel_1_SAR_Data.zip, und entpacken Sie sie an einen Speicherort auf dem Computer, z. B. Laufwerk C.
Tipp:
Wenn Sie beim Entpacken der Datei eine Fehlermeldung erhalten, dass die Dateinamen zu lang sind, versuchen Sie, die Datei in einen Ordner mit dem kürzest möglichen Pfad zu entpacken, z. B. C:\Projects\.
- Öffnen Sie den entpackten Ordner Process_Sentinel_1_SAR_Data, und doppelklicken Sie auf Process_Sentinel_1_SAR_Data.aprx, um das Projekt in ArcGIS Pro zu öffnen.
- Melden Sie sich bei Ihrem ArcGIS-Organisationskonto oder mit einem Named-User-Konto bei ArcGIS Enterprise an, falls Sie dazu aufgefordert werden.
Hinweis:
Wenn Sie über keinen Zugriff auf ArcGIS Pro oder über kein ArcGIS-Organisationskonto verfügen, informieren Sie sich über die Optionen für den Zugriff auf die Software.
Das Projekt wird geöffnet.
Derzeit umfasst die Karte nur die standardmäßige Grundkarte "Topografisch", die auf die Galveston Bay im US-Bundesstaat Texas zentriert ist. Das SAR-Bild, das Sie im Rahmen dieses Lernprogramms verarbeiten, ist im Projekt enthalten. Sie fügen es der Karte hinzu.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf die Registerkarte Ansicht. Klicken Sie in der Gruppe Fenster auf den Bereich "Katalog".
Der Bereich Katalog wird angezeigt.
- Klicken Sie im Bereich Katalog auf den Pfeil neben Ordner, um die Ordner einzublenden. Blenden Sie ebenfalls Process_Sentinel_1_SAR_Data und Data ein.
Der Ordner Data enthält alle für dieses Lernprogramm benötigten Daten. Das SAR-Bild befindet sich im Ordner S1B_S6_GRDH_1SDH_20170823T002549_20170823T002612_007060_00C6FB_C69E.SAFE.
Hinweis:
Bei dem Bild handelt es sich um ein GRD-SAR-Datenprodukt (Ground Range Detected), das mit dem Sentinel-1-Satellit des Copernicus-Programms der Europäischen Weltraumorganisation aufgezeichnet wurde. Abgerufen wurde es über die Plattform Copernicus Open Access Hub. Weitere Informationen zu SAR-GRD-Produkten und anderen SAR-Produkten, mit denen üblicherweise SAR-Bilddaten bereitgestellt werden, finden Sie unter SAR Satellite Data. Der lange Name des Produktordners entspricht dem Granularitätsnamen der Szene. Weitere Informationen zu den Benennungsregeln und der Dateistruktur von Produktordnern finden Sie unter Level-1 Product Formatting in der Sentinel-Hilfe der ESA.
- Blenden Sie den Ordner S1B_S6_GRDH_1SDH_20170823T002549_20170823T002612_007060_00C6FB_C69E.SAFE ein, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf manifest.safe, und wählen Sie Zu aktueller Karte hinzufügen aus.
Bevor das Bild auf der Karte angezeigt wird, wird ein Fenster geöffnet, in dem Sie aufgefordert werden, Pyramiden zu erstellen und Statistiken zu berechnen.
Pyramiden sind Übersichten der Daten in unterschiedlichem Maßstab mit reduzierter Auflösung, durch die sich die Darstellungsgeschwindigkeit steigern lässt. Statistiken sind notwendig, damit bestimmte Tasks für die Bilddaten durchgeführt werden können, z. B. das Rendering mit einer Streckung.
Hinweis:
Weitere Informationen zum Erstellen von Pyramiden und Berechnen von Statistiken
- Überprüfen Sie, ob im Fenster Pyramiden erstellen und Statistiken berechnen für Pyramiden die Option Erstellen aktiviert ist. Überprüfen Sie, ob für Statistiken die Option Berechnen aktiviert ist.
Tipp:
In Abhängigkeit von Ihren ArcGIS Pro-Einstellungen wird eine dieser Optionen oder auch beide Optionen standardmäßig ausgeführt und daher nicht angezeigt. Sie können diese Einstellungen jederzeit ändern, indem Sie auf dem Menüband auf Projekt klicken und dann Optionen, Raster- und Bilddaten und zuletzt Raster-Dataset auswählen.
- Klicken Sie auf OK.
Nach einem kurzen Moment wird das Bild auf der Karte angezeigt.
Sie geben dem Layer einen aussagekräftigeren Namen.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt auf den Layer S6_manifest, um ihn auszuwählen, und klicken Sie erneut darauf, um in den Bearbeitungsmodus zu wechseln. Geben Sie Galveston_Bay_S1_GRD ein, und drücken Sie die Eingabetaste.
Tipp:
Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Galveston_Bay_S1_GRD, wählen Sie Eigenschaften aus, und klicken Sie auf Quelle, um weitere Informationen zu dem SAR-Bild anzuzeigen.
Die Orbitdatei herunterladen
Bei der Vorbereitung eines SAR-Bildes für die Analyse besteht ein wichtiger Schritt in der Anwendung der Orbitkorrektur. Ganz gleich, wie genau der Orbit eines Satelliten justiert ist, kommt es zu einer Drift der Satellitenposition. Gründe hierfür sind u. a. atmosphärischer Strömungswiderstand und Sonnenwinde, die Formabweichung der Erde von der idealen Kugel aufgrund des inhomogenen Gravitationsfeldes sowie andere große Objekte im Sonnensystem, die den Satellitenorbit durch ihre Gravitationskraft stören. Aufgrund dieser Drift sind regelmäßige Nachjustierungen nötig, um den Satelliten auf seiner Umlaufbahn zu halten. Es ist daher entscheidend, die aktuellen Orbitdateien abzurufen, damit die genaue Satellitenposition zum Zeitpunkt der Bildaufnahme vorliegt.
Sie laden die aktualisierte .osv-Datei (Orbit State Vector, Orbitzustandsvektor) herunter, die genaue Orbitinformationen wie Geschwindigkeit und Position des Sentinel-1-Satelliten enthält. Dazu nutzen Sie das Werkzeug Orbitdatei herunterladen in der Toolbox "Image Analyst". Beim Auslesen der Bildmetadaten ermittelt das Werkzeug die richtige Sentinel-1-.osv-Datei und lädt sie in das lokale Bildverzeichnis herunter.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf die Registerkarte Ansicht. Klicken Sie in der Gruppe Fenster auf die Schaltfläche Geoverarbeitung.
Daraufhin wird der Bereich Geoverarbeitung angezeigt.
- Klicken Sie im Bereich Geoverarbeitung auf die Registerkarte Toolboxes.
- Blenden Sie Image Analyst Tools und dann das Toolset Synthetic Aperture Radar ein.
In diesem Toolset sind die SAR-Geoverarbeitungswerkzeuge enthalten, die Sie im Rahmen dieses Lernprogramms nutzen.
- Klicken Sie auf das Werkzeug Orbitdatei herunterladen, um es zu öffnen.
- Legen Sie die folgenden Werkzeugparameter fest:
- Wählen Sie für Eingaberadardaten den Eintrag Galveston_Bay_S1_GRD aus.
- Überprüfen Sie, ob für Orbittyp die Option Sentinel Precise ausgewählt ist.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Die Orbitdatei wird in dasselbe Verzeichnis wie das SAR-Eingabebild heruntergeladen.
Tipp:
Im Parameter Orbittyp sind zwei OSV-Optionen verfügbar: Sentinel Precise und Sentinel Restituted. Restituierte .osv-Dateien sind über die Europäische Weltraumorganisation (ESA) innerhalb von drei Stunden nach der Bildaufnahme erhältlich. Genaue .osv-Dateien sind über die ESA innerhalb von drei Wochen nach der Bildaufnahme erhältlich. Sofern verfügbar, sollten Sie die Option Sentinel Precise verwenden, die 20-mal genauer als Sentinel Restituted ist. Weitere Informationen zu diesen Optionen finden Sie unter Precise Orbital Products and Requirements. Sentinel-1-.osv-Dateien werden vom Copernicus Sentinels POD Data Hub heruntergeladen.
Orbitkorrektur anwenden
Als Nächstes aktualisieren Sie mit der .osv-Datei die Orbitinformationen im SAR-Bild. Dazu nutzen Sie das Werkzeug Orbitkorrektur anwenden.
- Klicken Sie im Bereich Geoverarbeitung auf die Schaltfläche Zurück.
- Klicken Sie unter Synthetic Aperture Radar auf das Werkzeug Orbitkorrektur anwenden.
- Legen Sie die folgenden Werkzeugparameter fest:
- Wählen Sie für Eingaberadardaten den Eintrag Galveston_Bay_S1_GRD aus.
- Vergewissern Sie sich, dass im Parameter Eingabeorbitdatei die heruntergeladene Orbitdatei angegeben ist.
Tipp:
Bei Bedarf können Sie zur Orbitdatei auf der Festplatte navigieren, indem Sie neben dem Parameter Eingabeorbitdatei auf die Schaltfläche Durchsuchen klicken.
Navigieren Sie zum Verzeichnis Projekt, Ordner, Data, S1B_S6_GRDH_1SDH_20170823T002549_20170823T002612_007060_00C6FB_C69E.SAFE. Die Orbitdatei heißt S1B_OPER_AUX_POEORB_OPOD_20210309T091152_V20170821T225942_20170823T005942.EOF.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Nach der Werkzeugausführung wird die Meldung "Orbitkorrektur anwenden" abgeschlossen angezeigt. Ein neuer Layer wird nicht erstellt, jedoch wird das ursprüngliche Bild aktualisiert. Obwohl die Änderungen nicht unbedingt für das menschliche Auge sichtbar sind, ist dieser Schritt für die Genauigkeit während der späteren Verarbeitung und Analyse wichtig.
Hinweis:
Farben werden beim Bild-Rendering möglicherweise leicht anders dargestellt, doch hat dies weder Auswirkungen auf die Pixelwerte noch auf den restlichen Workflow.
Tipp:
Bei Bedarf können Sie die erfolgten Änderungen auf der Festplatte einsehen. Öffnen Sie ein Microsoft File Explorer-Fenster, und navigieren Sie zum Ordner S1B_S6_GRDH_1SDH_20170823T002549_20170823T002612_007060_00C6FB_C69E.SAFE. Dort sehen Sie die neu erstellte Datei manifest.safe.aux.xml. Diese Datei kann mit einem beliebigen Text-Editor geöffnet werden. Darin ist zu sehen, dass die Metadaten mit den neuen Orbitzustandsvektor-Informationen aktualisiert wurden.
- Klicken Sie auf der Symbolleiste für den Schnellzugriff auf Projekt speichern.
Im ersten Teil dieses Workflow haben Sie ein ArcGIS Pro-Projekt heruntergeladen und geöffnet. Anschließend haben Sie eine .osv-Datei mit genauen Orbitinformationen heruntergeladen, womit Sie eine Orbitkorrektur auf das SAR-Bild angewendet haben.
Die SAR-Verarbeitung durchführen
Als Nächstes wenden Sie verschiedene Werkzeuge auf das SAR-Bild an, um es in einen analysebereiten Layer zu verwandeln. Mithilfe dieser Werkzeuge wird thermales Rauschen entfernt, eine radiometrische Kalibrierung und Terrain Flattening angewendet, ein Despeckling des Bildes durchgeführt, eine geometrische Terrainkorrektur angewendet und die SAR-Einheit konvertiert.
Thermales Rauschen entfernen
Als Erstes korrigieren Sie Störungen durch Rückstreuung, die in den SAR-Eingabedaten durch thermales Rauschen verursacht werden, um ein nahtloseres Bild zu erhalten. Dazu verwenden Sie das Werkzeug Thermales Rauschen entfernen. Thermales Rauschen, auch Geräterauschen genannt, entsteht durch temperaturbedingte mikroskopische Elektronenbewegungen in den internen Schaltkreisen des Satelliten. Thermales Rauschen ist am deutlichsten in Bereichen mit geringer Rückstreuung, wie z. B. in permanenten Gewässern (Meeren), und in kreuzpolarisierten Szenen erkennbar.
- Klicken Sie im Bereich Geoverarbeitung auf die Schaltfläche Zurück.
- Klicken Sie auf das Werkzeug Thermales Rauschen entfernen.
- Legen Sie die folgenden Werkzeugparameter fest:
- Wählen Sie für Eingaberadardaten den Eintrag Galveston_Bay_S1_GRD aus.
- Vergewissern Sie sich, dass das Feld Ausgaberadardaten automatisch ausgefüllt wird.
- Aktivieren Sie für Polarisationsbänder die Kontrollkästchen HH und HV.
Der Sentinel-1-Satellit übermittelt Signale in zwei Polarisationen: HH und HV. Sie werden als zwei separate Raster-Bänder im SAR-Bild gespeichert. Sie entfernen das thermale Rauschen aus beiden Polarisierungsbändern.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Kurz darauf wird der neue Raster-Layer Galveston_Bay_S1_GRD_TNR.crf angezeigt.
Sie untersuchen den Unterschied zwischen den beiden SAR-Layern. Als Erstes wenden Sie auf beide Layer eine ähnliche Symbolisierung an.
- Überprüfen Sie im Bereich Inhalt, dass der Layer Galveston_Bay_S1_GRD_TNR.crf ausgewählt ist.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf die Registerkarte Raster-Layer. Klicken Sie in der Gruppe Rendering auf die Schaltfläche Symbolisierung.
Der Bereich Symbolisierung wird für den Layer Galveston_Bay_S1_GRD_TNR.crf angezeigt.
- Legen Sie im Bereich Symbolisierung die folgenden Parameter fest:
- Wählen Sie für Primäre Symbolisierung die Option Streckung aus.
- Wählen Sie für Band die Polarisation HV aus.
- Geben Sie für Gamma den Wert 2,0 ein.
Bei dieser Rendering-Methode wird nur das Polarisationsband HV angezeigt, was einen klaren Vergleich der Layer für die Zwecke dieses Lernprogramms ermöglicht. Zudem wurde der Gammawert (das Kontrastverhältnis) erhöht, um das Bild aufzuhellen. Der Layer Galveston_Bay_S1_GRD_TNR.crf wird auf der Karte mit der neuen Anzeige dargestellt.
Als Nächstes symbolisieren Sie den anderen Layer.
- Deaktivieren Sie im Bereich Inhalt das Kontrollkästchen neben dem Layer Galveston_Bay_S1_GRD_TNR.crf, um ihn zu deaktivieren. Klicken Sie auf den LayerGalveston_Bay_S1_GRD, um ihn auszuwählen.
Der Layer Galveston_Bay_S1_GRD wird nun auf der Karte angezeigt, und im Bereich Symbolisierung sind die aktuellen Symbolisierungseinstellungen zu sehen.
- Legen Sie im Bereich Symbolisierung die folgenden Parameter fest:
- Wählen Sie für Primäre Symbolisierung die Option Streckung aus.
- Wählen Sie für Band die Polarisation HV aus.
- Geben Sie für Anzahl der Standardabweichungen den Wert 2 ein.
- Geben Sie für Gamma den Wert 2,0 ein.
Der Layer wird auf der Karte mit der neuen Anzeige dargestellt. Sie vergleichen die beiden Bilder anhand eines Beispielortes, an dem gut erkennbar ist, dass thermales Rauschen entfernt wurde.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Karte in der Gruppe Navigieren auf Lesezeichen, und wählen Sie Bookmark 1 aus.
Die Karte wird auf die im Lesezeichen gespeicherte Position aktualisiert. Im Norden ist die Galveston Bay zu sehen und im Süden der Golf von Mexiko.
- Aktivieren Sie im Bereich Inhalt das Kontrollkästchen neben dem Layer Galveston_Bay_S1_GRD_TNR.crf, um ihn wieder zu aktivieren. Klicken Sie auf den Layer, um ihn auszuwählen.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf die Registerkarte Raster-Layer. Klicken Sie in der Gruppe Vergleichen auf die Schaltfläche Ausblenden.
- Ziehen Sie den Ziehpunkt auf der Karte wiederholt von einer Seite zur anderen, um den oberen Layer auszublenden und den unteren Layer anzuzeigen.
Sie können beobachten, dass das thermische Rauschen reduziert wurde. Dies ist besonders gut an den Gewässerkörpern (dargestellt in Schwarz und dunkleren Tönen) zu erkennen, wo die trübe Ausrichtung des nicht korrigierten Bildes durch eine klare schwarze Oberfläche ersetzt wurde. Die hellen Punkte, die in den Gewässerköpern angezeigt werden, sind Schiffe.
- Wenn Sie die Untersuchung der Bilder abgeschlossen haben, klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste auf Galveston_Bay_S1_GRD_TNR.crf, und wählen Sie Auf Layer zoomen aus.
Radiometrische Kalibrierung anwenden
Als Nächstes verwenden Sie das Werkzeug Radiometrische Kalibrierung anwenden. Die Kalibrierung von SAR-Daten ist erforderlich, um eine sinnvolle Rückstreuung zu erhalten, die mit den physischen Eigenschaften von Features im Bild in Beziehung gesetzt werden kann.
- Klicken Sie im unteren Teil des Bereichs Symbolisierung auf die Registerkarte Geoverarbeitung, um zum Bereich Geoverarbeitung zurückzukehren.
- Klicken Sie im Bereich Geoverarbeitung auf die Schaltfläche Zurück.
- Klicken Sie auf das Werkzeug Radiometrische Kalibrierung anwenden, um es zu öffnen.
- Legen Sie die folgenden Werkzeugparameter fest:
- Wählen Sie für Eingaberadardaten den Eintrag Galveston_Bay_S1_GRD_TNR.crf aus.
- Vergewissern Sie sich, dass das Feld Ausgaberadardaten automatisch ausgefüllt wird.
- Aktivieren Sie für Polarisationsbänder die Kontrollkästchen HH und HV.
- Vergewissern Sie sich, dass für Kalibrierungstyp die Option Beta-Nought ausgewählt ist.
Sie verwenden die Standardkalibrierung Beta-Nought, die beim späteren Durchführen des Radiometric Terrain Flattening erforderlich ist.
Hinweis:
Weitere Informationen zu den Kalibrierungsoptionen finden Sie in der Dokumentation des Werkzeugs Radiometrische Kalibrierung anwenden.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Kurz darauf wird der neue Raster-Layer Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0.crf angezeigt. Sie rendern diesen Layer mit einer Streckung.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt unter Galveston_Bay_S1_GRD_TNR1_CalB0.crf auf eines der Layer-Symbole, um den Bereich Symbolisierung zu öffnen.
Tipp:
Dies ist eine andere Methode zum Öffnen des Bereichs Symbolisierung.
- Legen Sie im Bereich Symbolisierung die folgenden Parameter fest:
- Wählen Sie für Primäre Symbolisierung die Option Streckung aus.
- Wählen Sie für Band die Polarisation HV aus.
- Geben Sie für Gamma den Wert 2,0 ein.
Sie vergleichen die beiden letzten Bilder mit dem Werkzeug Ausblenden.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt auf den Layer Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0.crf, um ihn auszuwählen.
- Klicken Sie ggf. auf dem Menüband auf der Registerkarte Raster-Layer in der Gruppe Vergleichen auf die Schaltfläche Ausblenden.
Hinweis:
Die Vergleichsfunktion sollte noch aktiviert sein, da Sie sie zuletzt verwendet haben. In diesem Fall müssen Sie nicht noch einmal auf die Schaltfläche Ausblenden klicken.
- Ziehen Sie den Ziehpunkt auf der Karte wiederholt von einer Seite zur anderen, um den oberen Layer auszublenden und den unteren Layer anzuzeigen.
Es gibt keinen optischen Unterschied zwischen den Bilddaten der Layer Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0.crf und Galveston_Bay_S1_GRD_TNR.crf.
- Vergleichen Sie im Bereich Inhalt die numerischen Werte der Layer Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0.crf und Galveston_Bay_S1_GRD_TNR.crf.
Durch die radiometrische Kalibrierung wurde der Wertebereich wesentlich transformiert, da die Rückstreuungswerte normalisiert wurden. Allerdings gab es keine Änderung der relativen Werte zwischen den Bildpixeln, weshalb mit dem Werkzeug Ausblenden kein Unterschied zum Vorher-Bild festzustellen war.
Radiometric Terrain Flattening anwenden
Als Nächstes korrigieren Sie in den SAR-Eingabedaten mit dem Werkzeug Radiometric Terrain Flattening anwenden radiometrische Verzerrungen, die aufgrund der Topografie entstehen. Infolge der seitlichen Ausrichtung der SAR-Sensoren erscheinen dem Sensor zugewandte Features künstlich heller, vom Sensor abgewandte Features hingegen erscheinen künstlich dunkler. Durch Radiometric Terrain Flattening werden die Rückstreuungswerte normalisiert, um die entstandenen Verzerrungen zu korrigieren.
Für das Radiometric Terrain Flattening benötigen Sie einen DEM-Layer, in dem für die Ausdehnung des SAR-Bildes Höhendaten bereitgestellt werden. Das heruntergeladene Projekt enthält einen DEM-Layer, den Sie der Karte hinzufügen.
- Klicken Sie unten im Bereich Symbolisierung auf die Registerkarte Katalog, um zum Bereich Katalog zurückzukehren.
- Blenden Sie im Bereich Katalog die Einträge Ordner, Process_Sentinel_1_SAR_Data und Data ein.
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Texas_DEM_90m.tif, und wählen Sie Zu aktueller Karte hinzufügen aus.
Der DEM-Layer wird auf der Karte angezeigt.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt unter Texas_DEM_90m.tif auf das Symbol.
- Klicken Sie im Bereich Symbolisierung für Farbschema auf den Dropdown-Pfeil, und aktivieren Sie das Kontrollkästchen neben Namen anzeigen. Wählen Sie das Farbschema Höhe #10 aus.
Der Layer wird auf der Karte mit der neuen Symbolisierung dargestellt.
Hinweis:
Ein DEM ist eine Darstellung der nackten topografischen Erdoberfläche. Bäume, Gebäude und andere Oberflächenobjekte werden damit nicht dargestellt. Beim Layer Texas_DEM_90m.tif handelt es sich um ein globales Copernicus-DEM mit einer Auflösung von 90 Metern. Die einzelnen Pixel stellen die Höhe über dem Meeresspiegel (in Metern) an der jeweiligen Position dar.
Aktuell verdeckt der DEM-Layer die SAR-Bilddaten-Layer.
- Ziehen Sie den Layer Texas_DEM_90m.tif im Bereich Inhalt unter die SAR-Layer.
Die Karte wird aktualisiert und zeigt jetzt das oberste SAR-Bild über dem DEM.
Als Nächstes führen Sie das Werkzeug Radiometric Terrain Flattening anwenden aus.
- Klicken Sie im Bereich Geoverarbeitung auf die Schaltfläche Zurück.
- Klicken Sie auf das Werkzeug Radiometric Terrain Flattening anwenden, um es zu öffnen.
- Legen Sie die folgenden Werkzeugparameter fest:
- Wählen Sie für Eingaberadardaten den Eintrag Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0.crf aus.
- Vergewissern Sie sich, dass das Feld Ausgaberadardaten automatisch ausgefüllt wird.
- Wählen Sie für DEM-Raster den Eintrag Texas_DEM_90m.tif aus.
- Vergewissern Sie sich, dass das Kontrollkästchen Geoid-Korrektur anwenden aktiviert ist.
- Aktivieren Sie für Polarisationsbänder die Kontrollkästchen HH und HV.
- Vergewissern Sie sich, dass für Kalibrierungstyp die Option Gamma-Nought ausgewählt ist.
Hinweis:
Dieser DEM-Layer besitzt eine Auflösung von 90 Metern pro Pixel, was für diesen Workflow ausreichend ist. Um eine höhere Genauigkeit zu erzielen, können Sie DEM-Daten mit höherer Auflösung verwenden.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Die Werkzeugausführung kann einige Minuten dauern. Nach Abschluss des Vorgangs wird der neue Raster-Layer Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0.crf auf der Karte angezeigt. Sie gehen beim Rendern dieses Layers ähnlich wie bei den vorherigen Layern vor.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt unter Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0.crf auf eines der Layer-Symbole, um den Bereich Symbolisierung zu öffnen.
- Legen Sie im Bereich Symbolisierung die folgenden Parameter fest:
- Wählen Sie für Primäre Symbolisierung die Option Streckung aus.
- Wählen Sie als Streckungstyp die Option Standardabweichung aus.
- Wählen Sie für Band die Polarisation HV aus.
- Geben Sie für Gamma den Wert 2,0 ein.
Sie vergleichen dieses Bild anhand eines Beispielortes, an dem das Radiometric Terrain Flattening gut erkennbar ist, mit dem vorherigen Bild.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Karte auf Lesezeichen, und wählen Sie Bookmark 2 aus.
Die Karte wird auf die im Lesezeichen gespeicherte Position aktualisiert. Der Müllberg der McCarty-Road-Deponie und Umgebung sind zu sehen.
- Wählen Sie im Bereich Inhalt den Layer Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0.crf aus.
- Klicken Sie ggf. auf dem Menüband auf der Registerkarte Raster-Layer auf die Schaltfläche Ausblenden.
- Ziehen Sie den Ziehpunkt auf der Karte wiederholt von einer Seite zur anderen, um den oberen Layer auszublenden und den unteren Layer anzuzeigen.
Der Müllberg der McCarty-Road-Deponie, der sich im Mittelpunkt der Ausdehnung befindet, weist Bereiche mit geänderter Helligkeit auf. Grund dafür ist, dass die Radiometriewerte in den Bereichen, die von Verkürzung und Überlagerung betroffen sind, angepasst wurden.
Hinweis:
Informationen zu den verschiedenen Verzerrungstypen finden Sie im Leitfaden "Fundamentals of Synthetic Aperture Radar (SAR)".
- Wenn Sie die Untersuchung der Bilder abgeschlossen haben, klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste auf Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0.crf, und wählen Sie Auf Layer zoomen aus.
Ein Despeckling der Bilddaten durchführen
Als Nächstes korrigieren Sie mit dem Werkzeug Despeckle Speckle in den SAR-Eingabedaten. Speckle bezeichnet den körnigen "Salz und Pfeffer"-Effekt, der im gesamten SAR-Bild zu sehen ist. Die für einen einzelnen Pixel aufgezeichnete Rückstreuung ist auf die Interaktion der Radarwelle mit mehreren Features oder Objekten, die innerhalb dieses Pixels der Bodenfläche liegen, zurückzuführen. Handelt es sich dabei um eine konstruktive Interferenz, wird ein helles Pixel gebildet. Handelt es sich um eine destruktive Interferenz, wird ein dunkles Pixel gebildet. Interferenzen, die nicht eindeutig konstruktiv oder destruktiv sind, werden durch Grautöne dargestellt.
- Klicken Sie im Bereich Geoverarbeitung auf die Schaltfläche Zurück.
- Klicken Sie auf das Werkzeug Despeckle, um es zu öffnen.
- Legen Sie die folgenden Werkzeugparameter fest:
- Wählen Sie für Eingaberadardaten den Eintrag Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0.crf aus.
- Vergewissern Sie sich, dass das Feld Ausgaberadardaten automatisch ausgefüllt wird.
- Aktivieren Sie für Polarisationsbänder die Kontrollkästchen HH und HV.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Kurz darauf wird der neue Raster-Layer Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk.crf in der Karte angezeigt. Sie gehen beim Rendern dieses Layers ähnlich wie bei den vorherigen Layern vor.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt unter Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk.crf auf eines der Layer-Symbole, um den Bereich Symbolisierung zu öffnen.
- Legen Sie im Bereich Symbolisierung die folgenden Parameter fest:
- Wählen Sie für Primäre Symbolisierung die Option Streckung aus.
- Wählen Sie als Streckungstyp die Option Standardabweichung aus.
- Wählen Sie für Band die Polarisation HV aus.
- Geben Sie für Gamma den Wert 2,0 ein.
Sie vergleichen dieses Bild anhand eines Beispielortes, an dem das Despeckling gut erkennbar ist, mit dem vorherigen Bild.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Karte auf Lesezeichen, und wählen Sie Bookmark 3 aus.
Die Karte wird auf die im Lesezeichen gespeicherte Position aktualisiert, die sich im Reservat Trinity River National Wildlife Refuge befindet.
- Wählen Sie im Bereich Inhalt den Layer Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk.crf aus.
- Klicken Sie ggf. auf dem Menüband auf der Registerkarte Raster-Layer auf die Schaltfläche Ausblenden.
- Ziehen Sie den Ziehpunkt auf der Karte wiederholt von einer Seite zur anderen, um den oberen Layer auszublenden und den unteren Layer anzuzeigen.
Die Körnung, also das Speckle, wurde aus der Landfläche des Trinity River National Wildlife Refuge herausgefiltert.
- Wenn Sie die Untersuchung der Bilder abgeschlossen haben, klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste auf Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk.crf, und wählen Sie Auf Layer zoomen aus.
Geometrische Terrainkorrektur anwenden
In einem früheren Schritt des Workflow korrigierten Sie mithilfe des DEM-Layers radiometrische Verzerrungen. Sie verwenden den DEM-Layer erneut, und zwar um geometrische Verzerrungen zu korrigieren und die SAR-Eingabedaten zu orthorektifizieren. Orthorektifizierung bezeichnet die Korrektur von sichtbaren Positionsverschiebungen von Bodenobjekten, die durch den Sensorsichtwinkel und das Geländerelief entstehen. Sie führen die Orthorektifizierung mit dem Werkzeug Geometrische Terrainkorrektur anwenden durch.
- Klicken Sie im Bereich Geoverarbeitung auf die Schaltfläche Zurück.
- Klicken Sie auf das Werkzeug Geometrische Terrainkorrektur anwenden, um es zu öffnen.
- Legen Sie die folgenden Werkzeugparameter fest:
- Wählen Sie für Eingaberadardaten den Eintrag Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk.crf aus.
- Vergewissern Sie sich, dass das Feld Ausgaberadardaten automatisch ausgefüllt wird.
- Aktivieren Sie für Polarisationsbänder die Kontrollkästchen HH und HV.
- Wählen Sie für DEM-Raster den Eintrag Texas_DEM_90m.tif aus.
Tipp:
Bei Vorhandensein von Land-Features in der Radarszene empfiehlt sich stets die Verwendung eines DEM. Wenn kein DEM angegeben wurde oder Bereiche vorliegen, die nicht vom angegebenen DEM abgedeckt sind, wird ein approximatives DEM berechnet, das aus den Verknüpfungspunkten in den Metadaten interpoliert wird. Der verknüpfungspunktbasierte Ansatz findet nur bei Radarszenen, die ausschließlich Meere abdecken, Anwendung.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Kurz darauf wird der neue Raster-Layer Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk_GTC.crf in der Karte angezeigt. Sie gehen beim Rendern dieses Layers ähnlich wie bei den vorherigen Layern vor.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt unter Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk_GTC.crf auf eines der Layer-Symbole, um den Bereich Symbolisierung zu öffnen.
- Legen Sie im Bereich Symbolisierung die folgenden Parameter fest:
- Wählen Sie für Primäre Symbolisierung die Option Streckung aus.
- Wählen Sie als Streckungstyp die Option Standardabweichung aus.
- Wählen Sie für Band die Polarisation HV aus.
- Geben Sie für Gamma den Wert 2,0 ein.
Sie vergleichen dieses Bild anhand eines Beispielortes, an dem die geometrische Terrainkorrektur gut erkennbar ist, mit dem vorherigen Bild.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Karte auf Lesezeichen, und wählen Sie Bookmark 4 aus.
Die Karte wird auf die im Lesezeichen gespeicherte Position aktualisiert. Eine Eisenbahnbrücke der Eisenbahngesellschaft Union Pacific Railroad ist zu sehen. Sie ändern die Grundkarte, um einen klaren Bezugspunkt zu erhalten.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf die Registerkarte Karte. Klicken Sie in der Gruppe Layer auf Grundkarte, und wählen Sie Imagery Hybrid aus.
Die Karte wird aktualisiert. Die neue Grundkarte umfasst den Hybrid-Referenz-Layer, dem relevante Features und Beschriftungen zu entnehmen sind. Zu sehen ist die Eisenbahnbrücke der Union Pacific Railroad, die diagonal über den See verläuft.
- Wählen Sie im Bereich Inhalt den Layer Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk_GTC.crf aus.
- Klicken Sie ggf. auf dem Menüband auf der Registerkarte Raster-Layer auf die Schaltfläche Ausblenden.
- Ziehen Sie den Ziehpunkt auf der Karte wiederholt von einer Seite zur anderen, um den oberen Layer auszublenden und den unteren Layer anzuzeigen.
Die Eisenbahnbrücke wurde in den Bilddaten genauer verortet und ist nun am Hybrid-Referenz-Layer ausgerichtet. Zudem wurde am Westufer des Sees die Verzerrung in der Nähe des Michael Moncrief Park korrigiert.
- Wenn Sie die Untersuchung der Bilder abgeschlossen haben, klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste auf Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk_GTC.crf, und wählen Sie Auf Layer zoomen aus.
Da Sie den DEM-Layer nicht mehr benötigen, deaktivieren Sie ihn.
- Aktivieren Sie das Kontrollkästchen neben dem Layer Texas_DEM_90m.tif, um ihn zu deaktivieren.
Das SAR-Bild wird über der Grundkarte Imagery Hybrid angezeigt, wobei der Hybrid-Referenz-Layer zuoberst zu sehen ist.
- Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Karte in der Gruppe Navigieren auf Erkunden, um den Modus "Ausblenden" zu beenden.
SAR-Einheiten konvertieren
Als Nächstes konvertieren Sie mithilfe des Werkzeugs SAR-Einheiten konvertieren die Skalierung der SAR-Eingabedaten von linear in Dezibel (dB). Da es sich bei Dezibel um eine logarithmische Einheit handelt, eignet sie sich zur Bearbeitung und Visualisierung großer Zahlen und großer dynamischer Wertebereiche. Die Konvertierung der Einheiten in dB erleichtert die Interpretation des SAR-Bildes. Zudem ergibt sich eine bessere Bildanzeige, da der Bereich der Amplituden- oder Intensitätswerte verringert wird. Nach der Konvertierung stellen positive Werte die Rückstreuung in Richtung des Sensors dar und negative Werte die Rückstreuung weg vom Sensor.
- Klicken Sie im Bereich Geoverarbeitung auf die Schaltfläche Zurück.
- Klicken Sie auf das Werkzeug SAR-Einheiten konvertieren, um es zu öffnen.
- Legen Sie die folgenden Werkzeugparameter fest:
- Wählen Sie für Eingaberadardaten den Eintrag Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk_GTC.crf aus.
- Vergewissern Sie sich, dass das Feld Ausgaberadardaten automatisch ausgefüllt wird.
- Überprüfen Sie, ob unter Konvertierungstyp die Option Linear in dB ausgewählt ist.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Kurz darauf wird der neue Raster-Layer Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk_GTC_dB.crf in der Karte angezeigt.
Der gesamte Vorbereitungs-Workflow ist nun abgeschlossen, sodass das SAR-Bild für die Visualisierung und Analyse bereit ist. Ein Verlauf der vorbereitenden Schritte ist in den Bildeigenschaften einzusehen.
- Klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste auf Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk_GTC_dB.crf, und wählen Sie Eigenschaften aus.
- Klicken Sie im Fenster Layer-Eigenschaften auf Quelle. Blenden Sie Verarbeitungsverlauf ein.
- Indem Sie verschiedene Elemente unter Verarbeitungsverlauf einblenden, können Sie bei Bedarf weitere Details anzeigen.
- Schließen Sie das Fenster Layer-Eigenschaften.
- Drücken Sie Strg+S, um das Projekt zu speichern.
Sie haben die Verarbeitung des SAR-Bildes abgeschlossen.
Analysebereite SAR-Bilddaten erkunden
Nun, da Sie das SAR-Bild verarbeitet haben, visualisieren Sie es als Farbkompositbild und werten einige der enthaltenen Features aus.
Ein Farbkompositbild erstellen
Sie erstellen mit dem Werkzeug Farbkompositbild erstellen ein Farbkompositbild. Wie zuvor gesehen, besteht das SAR-Bild aus den beiden Polarisierungsbändern HH und HV. Zwar können Sie die Bänder einzeln anzeigen, doch aus ihrer Kombination ergibt sich ein umfassenderes Bild der Landschaft, sodass Sie Oberflächenmerkmale wie Wasser, Land und Stadtstrukturen besser voneinander unterscheiden können. Dies erzielen Sie durch die Erstellung eines Farbkompositbildes, wobei jedes Band einem der Anzeigekanäle Rot, Grün und Blau (RGB) zugewiesen wird. Durch die Erstellung eines Farbkompositbildes wird ein Bild erzeugt, in dem sich Boden-Features anhand der Farbe identifizieren lassen.
- Klicken Sie im Bereich Geoverarbeitung auf die Schaltfläche Zurück.
- Blenden Sie in der Toolbox Synthetic Aperture Radar die SAR-Analyse ein, und klicken Sie auf das Werkzeug Farbkomposit erstellen, um es zu öffnen.
- Legen Sie die folgenden Werkzeugparameter fest:
- Wählen Sie für Eingaberadardaten den Eintrag Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk_GTC_dB.crf aus.
- Vergewissern Sie sich, dass das Feld Ausgaberadardaten automatisch ausgefüllt wird.
- Wählen Sie für Methode die Option Bandnamen aus.
- Vergewissern Sie sich, dass für Roter Ausdruck der Wert HH festgelegt ist.
- Vergewissern Sie sich, dass für Grüner Ausdruck der Wert HV festgelegt ist.
- Geben Sie für Blauer Ausdruck den Text HH-HV ein.
Da das Originalbild aus zwei Bändern besteht (HH und HV), liegt kein drittes Band vor, das dem Parameter Blauer Ausdruck zugewiesen werden kann. Stattdessen geben Sie die mathematische Formel HH-HV ein. Das heißt, dass für jeden Bildpixel der Wert des HV-Bandes vom Wert des HH-Bandes subtrahiert wird. Das Ergebnis fungiert als drittes Band, das im blauen Kanal angezeigt wird, wodurch weitere interessante Landschaftsmerkmale hervorgehoben werden.
Hinweis:
Die verwendete Bandformel hängt von den Einheiten der SAR-Eingabedaten ab. Liegen die SAR-Eingabedaten in Dezibel vor, muss die Bandkombination wie folgt lauten: HH für Rot, HV für Grün und HH-HV für Blau. Liegen die SAR-Eingabedaten in linearen Einheiten vor, ist folgende Kombination zu verwenden: HH für Rot, HV für Grün und HH/HV für Blau.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Der neue Raster-Layer Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk_GTC_RGB.crf wird auf der Karte angezeigt.
Das Farbkompositbild zeigt Gewässerkörper in Blau und mit Vegetation bedeckte Flächen in Hellgrün. Stadtstrukturen und andere Arten von künstlichen Strukturen werden in Gelb, Weiß oder Rosa dargestellt. Am Rand der Szene ist zudem Restrauschen in dunklen Grüntönen zu sehen.
- Drücken Sie Strg+S, um das Projekt zu speichern.
SAR-Bilddaten interpretieren
Als Nächstes erkunden Sie die restlichen Lesezeichen, um herauszufinden, wie verschiedene Feature-Typen im Kompositbild dargestellt werden. Als Erstes deaktivieren Sie die nicht benötigten Layer.
- Deaktivieren Sie im Bereich Inhalt alle Layer mit Ausnahme der Layer Galveston_Bay_S1_GRD_TNR_CalB0_RTFG0_Dspk_GTC_RGB.crf, Bilddaten und Hybrid-Referenz-Layer.
- Klicken Sie im Menüband auf der Registerkarte Karte auf Lesezeichen. Erkunden Sie die folgenden Lesezeichen: Ships, City, Surface Hydrology, Airport und Shipping Containers.
Die Lesezeichen veranschaulichen, wie bestimmte Elemente in den Bildern dargestellt werden.
- Im Lesezeichen Ships sind Schiffe in Rosa und Weiß dargestellt. Dies ist vor allem auf Mehrfachstreuung (Doppelsprungstreuung) durch Schiffswände zurückzuführen.
- Das Lesezeichen City zeigt die Strukturen der Stadt Baytown in Rosa, Gelb und Weiß. Rosa- und Weißtöne sind vor allem auf Doppelsprungstreuung durch Gebäudewände, die senkrecht zur Sichtlinie des Satelliten ausgerichtet sind, zurückzuführen, Gelbtöne hingegen auf Doppelsprungstreuung durch Gebäudewände, die nicht senkrecht zur Sichtlinie des Satelliten ausgerichtet sind.
- Im Lesezeichen Surface Hydrology sind Gewässerkörper, d. h. Seen und Flüsse, zu sehen. Sie sind hauptsächlich in Blautönen dargestellt, was auf Einfachstreuung zurückzuführen ist, und vereinzelt in Grüntönen, was an Restrauschen liegt. Die Gewässerkörper sind von Land mit Vegetation und Geländeerhebungen umgeben, das in hellen Grüntönen dargestellt ist. Dies ist auf Volumenstreuung zurückzuführen.
- Im Lesezeichen Airport wird die harte Rollfeldoberfläche des William Hobby Airport in Blau dargestellt, was auf Einfachstreuung zurückzuführen ist.
- Im Lesezeichen Shipping Containers sind Schiffscontainer in Rosa und Weiß dargestellt. Dies ist vor allem auf Doppelsprungstreuung durch Containerwände zurückzuführen.
Hinweis:
Informationen zu den verschiedenen Streuungstypen
In diesem Lernprogramm haben Sie Sentinel-1-SAR-Bilddaten der Ebene 1 verarbeitet, um ein analysebereites Bild zu generieren. Zu den Workflow-Schritten zählten das Aktualisieren der Orbitdaten, das Beseitigen von thermalem Rauschen, das Kalibrieren der Daten, das Verringern von Speckle, das Entfernen von radiometrischen und geometrischen Verzerrungen und das Konvertieren der Bildskalierung in eine andere Einheit. Anschließend erstellten Sie ein Farbkompositbild, um die Daten auf aussagekräftiger Weise zu visualisieren, und zuletzt untersuchten Sie das generierte Bild. In Ihrer Rolle als Umweltschützer, der an einem Umweltschutzprojekt für die Galveston Bay in Texas arbeitet, sind Sie nun in der Lage, die SAR-Bilddaten weitergehend zu untersuchen und so verschiedene Trends und Aktivitäten in der Bucht und den umliegenden Gemeinden besser zu verstehen.
Weitere Lernprogramme dieser Art finden Sie in der Reihe Erste Schritte mit SAR-Satellitenbildern.
