Automatic near real-time selection of flood water levels from high resolution Synthetic Aperture Radar images for assimilation into hydraulic models: a case study

Flood extents caused by fluvial floods in urban and rural areas may be predicted by hydraulic models. Assimilation may be used to correct the model state and improve the estimates of the model parameters or external forcing. One common observation assimilated is the water level at various points along the modelled reach. Distributed water levels may be estimated indirectly along the flood extents in Synthetic Aperture Radar (SAR) images by intersecting the extents with the floodplain topography. It is necessary to select a subset of levels for assimilation because adjacent levels along the flood extent will be strongly correlated. A method for selecting such a subset automatically and in near real-time is described, which would allow the SAR water levels to be used in a forecasting model. The method first selects candidate waterline points in flooded rural areas having low slope. The waterline levels and positions are corrected for the effects of double reflections between the water surface and emergent vegetation at the flood edge. Waterline points are also selected in flooded urban areas away from radar shadow and layover caused by buildings, with levels similar to those in adjacent rural areas. The resulting points are thinned to reduce spatial autocorrelation using a top-down clustering approach. The method was developed using a TerraSAR-X image from a particular case study involving urban and rural flooding. The waterline points extracted proved to be spatially uncorrelated, with levels reasonably similar to those determined manually from aerial photographs, and in good agreement with those of nearby gauges.

Scheduling satellite-based SAR acquisition for sequential assimilation of water level observations into flood modelling

Satellite-based Synthetic Aperture Radar (SAR) has proved useful for obtaining information on flood extent, which, when intersected with a Digital Elevation Model (DEM) of the floodplain, provides water level observations that can be assimilated into a hydrodynamic model to decrease forecast uncertainty. With an increasing number of operational satellites with SAR capability, information on the relationship between satellite first visit and revisit times and forecast performance is required to optimise the operational scheduling of satellite imagery. By using an Ensemble Transform Kalman Filter (ETKF) and a synthetic analysis with the 2D hydrodynamic model LISFLOOD-FP based on a real flooding case affecting an urban area (summer 2007,Tewkesbury, Southwest UK), we evaluate the sensitivity of the forecast performance to visit parameters. We emulate a generic hydrologic-hydrodynamic modelling cascade by imposing a bias and spatiotemporal correlations to the inflow error ensemble into the hydrodynamic domain. First, in agreement with previous research, estimation and correction for this bias leads to a clear improvement in keeping the forecast on track. Second, imagery obtained early in the flood is shown to have a large influence on forecast statistics. Revisit interval is most influential for early observations. The results are promising for the future of remote sensing-based water level observations for real-time flood forecasting in complex scenarios.

Detection of flooded urban areas in high resolution Synthetic Aperture Radar images using double scattering

Flooding is a particular hazard in urban areas worldwide due to the increased risks to life and property in these regions. Synthetic Aperture Radar (SAR) sensors are often used to image flooding because of their all-weather day-night capability, and now possess sufficient resolution to image urban flooding. The flood extents extracted from the images may be used for flood relief management and improved urban flood inundation modelling. A difficulty with using SAR for urban flood detection is that, due to its side-looking nature, substantial areas of urban ground surface may not be visible to the SAR due to radar layover and shadow caused by buildings and taller vegetation. This paper investigates whether urban flooding can be detected in layover regions (where flooding may not normally be apparent) using double scattering between the (possibly flooded) ground surface and the walls of adjacent buildings. The method estimates double scattering strengths using a SAR image in conjunction with a high resolution LiDAR (Light Detection and Ranging) height map of the urban area. A SAR simulator is applied to the LiDAR data to generate maps of layover and shadow, and estimate the positions of double scattering curves in the SAR image. Observations of double scattering strengths were compared to the predictions from an electromagnetic scattering model, for both the case of a single image containing flooding, and a change detection case in which the flooded image was compared to an un-flooded image of the same area acquired with the same radar parameters. The method proved successful in detecting double scattering due to flooding in the single-image case, for which flooded double scattering curves were detected with 100% classification accuracy (albeit using a small sample set) and un-flooded curves with 91% classification accuracy. The same measures of success were achieved using change detection between flooded and un-flooded images. Depending on the particular flooding situation, the method could lead to improved detection of flooding in urban areas.

The potential of flood forecasting using a variable-resolution global Digital Terrain Model and flood extents from Synthetic Aperture Radar images

A basic data requirement of a river flood inundation model is a Digital Terrain Model (DTM) of the reach being studied. The scale at which modeling is required determines the accuracy required of the DTM. For modeling floods in urban areas, a high resolution DTM such as that produced by airborne LiDAR (Light Detection And Ranging) is most useful, and large parts of many developed countries have now been mapped using LiDAR. In remoter areas, it is possible to model flooding on a larger scale using a lower resolution DTM, and in the near future the DTM of choice is likely to be that derived from the TanDEM-X Digital Elevation Model (DEM). A variable-resolution global DTM obtained by combining existing high and low resolution data sets would be useful for modeling flood water dynamics globally, at high resolution wherever possible and at lower resolution over larger rivers in remote areas. A further important data resource used in flood modeling is the flood extent, commonly derived from Synthetic Aperture Radar (SAR) images. Flood extents become more useful if they are intersected with the DTM, when water level observations (WLOs) at the flood boundary can be estimated at various points along the river reach. To illustrate the utility of such a global DTM, two examples of recent research involving WLOs at opposite ends of the spatial scale are discussed. The first requires high resolution spatial data, and involves the assimilation of WLOs from a real sequence of high resolution SAR images into a flood model to update the model state with observations over time, and to estimate river discharge and model parameters, including river bathymetry and friction. The results indicate the feasibility of such an Earth Observation-based flood forecasting system. The second example is at a larger scale, and uses SAR-derived WLOs to improve the lower-resolution TanDEM-X DEM in the area covered by the flood extents. The resulting reduction in random height error is significant.

Improving the TanDEM-X Digital Elevation Model for flood modelling using flood extents from Synthetic Aperture Radar images

The topography of many floodplains in the developed world has now been surveyed with high resolution sensors such as airborne LiDAR (Light Detection and Ranging), giving accurate Digital Elevation Models (DEMs) that facilitate accurate flood inundation modelling. This is not always the case for remote rivers in developing countries. However, the accuracy of DEMs produced for modelling studies on such rivers should be enhanced in the near future by the high resolution TanDEM-X WorldDEM. In a parallel development, increasing use is now being made of flood extents derived from high resolution Synthetic Aperture Radar (SAR) images for calibrating, validating and assimilating observations into flood inundation models in order to improve these. This paper discusses an additional use of SAR flood extents, namely to improve the accuracy of the TanDEM-X DEM in the floodplain covered by the flood extents, thereby permanently improving this DEM for future flood modelling and other studies. The method is based on the fact that for larger rivers the water elevation generally changes only slowly along a reach, so that the boundary of the flood extent (the waterline) can be regarded locally as a quasi-contour. As a result, heights of adjacent pixels along a small section of waterline can be regarded as samples with a common population mean. The height of the central pixel in the section can be replaced with the average of these heights, leading to a more accurate estimate. While this will result in a reduction in the height errors along a waterline, the waterline is a linear feature in a two-dimensional space. However, improvements to the DEM heights between adjacent pairs of waterlines can also be made, because DEM heights enclosed by the higher waterline of a pair must be at least no higher than the corrected heights along the higher waterline, whereas DEM heights not enclosed by the lower waterline must in general be no lower than the corrected heights along the lower waterline. In addition, DEM heights between the higher and lower waterlines can also be assigned smaller errors because of the reduced errors on the corrected waterline heights. The method was tested on a section of the TanDEM-X Intermediate DEM (IDEM) covering an 11km reach of the Warwickshire Avon, England. Flood extents from four COSMO-SKyMed images were available at various stages of a flood in November 2012, and a LiDAR DEM was available for validation. In the area covered by the flood extents, the original IDEM heights had a mean difference from the corresponding LiDAR heights of 0.5 m with a standard deviation of 2.0 m, while the corrected heights had a mean difference of 0.3 m with standard deviation 1.2 m. These figures show that significant reductions in IDEM height bias and error can be made using the method, with the corrected error being only 60% of the original. Even if only a single SAR image obtained near the peak of the flood was used, the corrected error was only 66% of the original. The method should also be capable of improving the final TanDEM-X DEM and other DEMs, and may also be of use with data from the SWOT (Surface Water and Ocean Topography) satellite.

Sistema inteligente para detecção de manchas de óleo na superfície marinha através de imagens de SAR

Oil spill on the sea, accidental or not, generates enormous negative consequences for the affected area. The damages are ambient and economic, mainly with the proximity of these spots of preservation areas and/or coastal zones. The development of automatic techniques for identification of oil spots on the sea surface, captured through Radar images, assist in a complete monitoring of the oceans and seas. However spots of different origins can be visualized in this type of imaging, which is a very difficult task. The system proposed in this work, based on techniques of digital image processing and artificial neural network, has the objective to identify the analyzed spot and to discern between oil and other generating phenomena of spot. Tests in functional blocks that compose the proposed system allow the implementation of different algorithms, as well as its detailed and prompt analysis. The algorithms of digital image processing (speckle filtering and gradient), as well as classifier algorithms (Multilayer Perceptron, Radial Basis Function, Support Vector Machine and Committe Machine) are presented and commented.The final performance of the system, with different kind of classifiers, is presented by ROC curve. The true positive rates are considered agreed with the literature about oil slick detection through SAR images presents

Aplicação de dados multisensor (SAR e ETM+) no reconhecimento de padrões de uso e ocupação do solo em costas tropicais: Costa Amazônica, Amapá, Brasil

Os estudos ambientais necessitam de informações sobre a cobertura e o uso da terra. Este trabalho apresenta a aplicação de dados de sensores remotos orbitais (óticos e de radares) na validação de padrões de uso e cobertura do solo na planície costeira amapaense para fins de mapeamento e reconhecimento da dinâmica natural e antrópica. Esta costa é submetida a uma dinâmica intensa devido à magnitude dos processos costeiros (marés-pororoca), sua localização geográfica, influenciada pelo rio Amazonas e pela Zona de Convergência Intertropical, e processos antrópicos associados à bubalinocultura. A análise foi realizada aplicando-se dados de satélite (JERS-1, RADARSAT-1, Landsat 7 e DEM do SRTM) digitalmente processados em abordagem multisensor, multiescala e multitemporal, correlacionada com dados pretéritos e informações de campo. A análise dos produtos gerados e dados colaterais permitiu distinguir oito padrões de uso e cobertura do solo: florestas de mangue, florestas de várzeas, campos arbustivos, áreas de vegetação campestre, campo antrópico, zona de intermaré, canal estuarino e lagos, além de feições morfológicas lineares associadas a estes padrões. Estas informações são importantes para o mapeamento dos ambientes costeiros e fundamentais para o reconhecimento da dinâmica na região.

Mapping surface deformation in open pit iron mines of Carajas Province (Amazon Region) using an integrated SAR analysis

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Applicazioni di interferometria radar da satellite per la generazione di mappe di spostamento nell'analisi di fenomeni dinamici

Scopo di questa tesi è la produzione di una serie di mappe di deformazione del suolo o della copertura superficiale del terreno mediante l'utilizzo di una tecnica di monitoraggio territoriale da satellite denominata Interferometria SAR. Tale tecnica si colloca nell'ambito del Telerilevamento a sensori attivi. Le mappe di spostamento sono state prodotte per quattro casi di studio, due riguardanti eventi sismici (terremoto del 2009 a L'Aquila in Italia e terremoto del 2003 a Bam in Iran) e due relativi al movimento di deriva conseguente allo scioglimento dei ghiacciai alpini (ghiacciaio dell'Aletsch in Svizzera) e delle calotte polari (ghiacciaio David-Drygalski in Antartide).

Informationsgehalt von ERS-1/-2 SAR-Daten zur Erfassung der Arteninventare und des Zustandes landwirtschaftlich genutzter Böden und Vegetation

Auf einer drei Anbauperioden umfassenden Ground Truth Datenbasis wird der Informationsgehalt multitemporaler ERS-1/-2 Synthetic Aperture Radar (SAR) Daten zur Erfassung der Arteninventare und des Zustandes landwirtschaftlich genutzter Böden und Vegetation in Agrarregionen Bayerns evaluiert.Dazu wird ein für Radardaten angepaßtes, multitemporales, auf landwirtschaftlichen Schlägen beruhendes Klassifizierungsverfahren ausgearbeitet, das auf bildstatistischen Parametern der ERS-Zeitreihen beruht. Als überwachte Klassifizierungsverfahren wird vergleichend der Maximum-Likelihood-Klassifikator und ein Neuronales-Backpropagation-Netz eingesetzt. Die auf Radarbildkanälen beruhenden Gesamtgenauigkeiten variieren zwischen 75 und 85%. Darüber hinaus wird gezeigt, daß die interferometrische Kohärenz und die Kombination mit Bildkanälen optischer Sensoren (Landsat-TM, SPOT-PAN und IRS-1C-PAN) zur Verbesserung der Klassifizierung beitragen. Gleichermaßen können die Klassifizierungsergebnisse durch eine vorgeschaltete Grobsegmentierung des Untersuchungsgebietes in naturräumlich homogene Raumeinheiten verbessert werden. Über die Landnutzungsklassifizierung hinaus, werden weitere bio- und bodenphysikalische Parameter aus den SAR-Daten anhand von Regressionsmodellen abgeleitet. Im Mittelpunkt stehen die Paramter oberflächennahen Bodenfeuchte vegetationsfreier/-armer Flächen sowie die Biomasse landwirtschaftlicher Kulturen. Die Ergebnisse zeigen, daß mit ERS-1/-2 SAR-Daten eine Messung der Bodenfeuchte möglich ist, wenn Informationen zur Bodenrauhigkeit vorliegen. Hinsichtlich der biophysikalischen Parameter sind signifikante Zusammenhänge zwischen der Frisch- bzw. Trockenmasse des Vegetationsbestandes verschiedener Getreide und dem Radarsignal nachweisbar. Die Biomasse-Informationen können zur Korrektur von Wachstumsmodellen genutzt werden und dazu beitragen, die Genauigkeit von Ertragsschätzungen zu steigern.

Diagnosi non distruttiva del patrimonio architettonico: esempi applicativi di radar e termografia attiva

La necessità di conservazione e recupero di murature, di qualsiasi interesse storico/architettonico, ha evidenziato la necessità di conoscere il più dettagliatamente possibile le caratteristiche strutturali delle opere interessate: un intervento risulterà tanto più efficace e adatto agli scopi prefissi quanto maggiore sarà la conoscenza dell’opera, della sua evoluzione, dei materiali utilizzati per la realizzazione, della tecnica costruttiva e della struttura portante. Spesso è necessario eseguire interventi di adeguamento sismico di comuni edifici su cui poter intervenire più o meno indiscriminatamente, mentre, per opere di interesse storico è necessario ridurre al minimo l’invasività degli interventi: in tutti e due i casi, una buona riuscita dell’intervento dipende dalla conoscenza dell’organismo strutturale sul quale si deve operare. Come spesso accade, anche per opere di recente costruzione, risulta difficile poter recuperare i dati progettuali (disegni e calcoli) e spesso le tecniche e le tipologie utilizzate per le costruzioni si differenziavano da zona a zona, così come diversi erano i materiali da costruzione; risulta quindi evidente che per progettare una serie di interventi di recupero è necessario poter ottenere il maggior numero di informazioni al riguardo. Diverse sono le esperienze maturate in questo campo in tutta Europa e queste hanno mostrato come non è sufficiente intervenire con tecniche innovative per adeguare agli standard attuali di sicurezza opere del passato: infatti, in molti casi, l’applicazione sbagliata di queste tecniche o gli interventi progettati in modo non adeguato non hanno svolto il loro compito e in alcuni casi hanno peggiorato la situazione esistente. Dalle esperienze maturate è stato possibile osservare che anche le migliore tecniche di recupero non possono risultare efficaci senza un’adeguata conoscenza dello stato di degrado degli edifici, del loro assetto strutturale e delle possibili carenze. La diagnostica strutturale si vuole inserire proprio in questo livello potendo fornire ad un progettista tutte le informazioni necessarie per effettuare al meglio ed in maniera efficace gli interventi di recupero e restauro necessari. Oltre questi aspetti, le analisi diagnostiche possono essere utilizzate anche per verificare l’efficacia degli interventi effettuati. Diversi sono gli aspetti che si possono analizzare in un’indagine di diagnostica ed in base alle esigenze e alle necessità del rilievo da effettuare sono varie le tecniche a disposizione, ognuna con le sue peculiarità e potenzialità. Nella realizzazione di questa tesi sono state affrontate diverse problematiche che hanno previsto sia l’analisi di situazioni reali in cantiere, sia lo studio in laboratorio. La prima parte del presente elaborato prevede lo studio delle attività svolte a Palazzo Malvezzi, attuale sede della Provincia di Bologna. L’edificio, di interesse storico, ha subito diverse trasformazioni durate la sua vita ed in alcuni casi, queste, eseguite con tecnologie e materiali inadatti, hanno provocato variazioni nell’assetto statico della struttura; inoltre, il palazzo, è soggetto a movimenti a livello di fondazione in quanto è presente una faglia di subsidenza che attraversa l’edificio. Tutte queste problematiche hanno creato movimenti differenziali alla struttura in elevazione che si sono evidenziati con crepe distribuite in tutto l’edificio. Il primo aspetto analizzato (capitoli 4 e 5) è lo studio della profondità delle fessure presenti nel solaio della sala Rossa, sede dei comunicati stampa e delle conferenze della Provincia. Senza dubbio antiestetiche, le crepe presenti in una struttura, se sottovalutate, possono compromettere notevolmente le funzioni statiche dell’elemento in cui si sviluppano: la funzione di protezione fornita dal solaio o da qualsiasi altro elemento strutturale alle armature in questo immerse, viene meno, offrendo vie preferenziali a possibili situazioni di degrado, specialmente se in condizioni ambientali aggressive. E' facile intuire, quindi, che un aspetto all’apparenza banale come quello delle fessure non può essere sottovalutato. L’analisi è stata condotta utilizzando prove soniche ed impact-echo, tecniche che sfruttano lo stresso principio, la propagazione delle onde elastiche nel mezzo, ma che si differenziano per procedure di prova e frequenze generate nel test. Nel primo caso, la presenza del martello strumentato consente di valutare anche la velocità di propagazione delle onde elastiche, fenomeno utilizzato per ottenere indicazioni sulla compattezza del mezzo, mentre nel secondo non è possibile ricavare queste informazioni in quanto la tecnica si basa solamente sullo studio in frequenza del segnale. L’utilizzo dell’impact-echo è stato necessario in quanto la ristilatura effettuata sulle fessure scelte per l’analisi, non ha permesso di ottenere risultati utili tramite prove soniche ; infatti, le frequenze generate risultano troppo basse per poter apprezzare queste piccole discontinuità materiali. La fase di studio successiva ha previsto l’analisi della conformazione dei solai. Nel capitolo 6, tale studio, viene condotto sul solaio della sala Rossa con lo scopo di individuarne la conformazione e la presenza di eventuali elementi di rinforzo inseriti nelle ristrutturazioni avvenute nel corso della vita del palazzo: precedenti indagini eseguite con endoscopio, infatti, hanno mostrato una camera d’aria ed elementi metallici posizionati al di sotto della volta a padiglione costituente il solaio stesso. Le indagini svolte in questa tesi, hanno previsto l’utilizzo della strumentazione radar GPR: con questa tecnica, basata sulla propagazione delle onde elettromagnetiche all’interno di un mezzo, è possibile variare rapidamente la profondità d’ispezione ed il dettaglio ottenibile nelle analisi cambiando le antenne che trasmettono e ricevono il segnale, caratteristiche fondamentali in questo tipo di studio. I risultati ottenuti hanno confermato quanto emerso nelle precedenti indagini mostrando anche altri dettagli descritti nel capitolo. Altro solaio oggetto d’indagine è quello della sala dell’Ovale (capitoli 7 e 8): costruito per dividere l’antica sala da ballo in due volumi, tale elemento è provvisto al suo centro di un caratteristico foro ovale, da cui ne deriva il nome. La forma del solaio lascia supporre la presenza di una particolare struttura di sostegno che le precedenti analisi condotte tramite endoscopio, non sono riuscite a cogliere pienamente. Anche in questo caso le indagini sono state eseguite tramite tecnica radar GPR, ma a differenza dei dati raccolti nella sala Rossa, in questo caso è stato possibile creare un modello tridimensionale del mezzo investigato; inoltre, lo studio è stato ripetuto utilizzando un’antenna ad elevata risoluzione che ha consentito di individuare dettagli in precedenza non visibili. Un ulteriore studio condotto a palazzo Malvezzi riguarda l’analisi della risalita capillare all’interno degli elementi strutturali presenti nel piano interrato (capitolo 9): questo fenomeno, presente nella maggior parte delle opere civili, e causa di degrado delle stesse nelle zone colpite, viene indagato utilizzando il radar GPR. In questo caso, oltre che individuare i livelli di risalita osservabili nelle sezioni radar, viene eseguita anche un’analisi sulle velocità di propagazione del segnale e sulle caratteristiche dielettriche del mezzo, variabili in base al contenuto d’acqua. Lo scopo è quello di individuare i livelli massimi di risalita per poterli confrontare con successive analisi. Nella fase successiva di questo elaborato vengono presentate le analisi svolte in laboratorio. Nella prima parte, capitolo 10, viene ancora esaminato il fenomeno della risalita capillare: volendo studiare in dettaglio questo problema, sono stati realizzati dei muretti in laterizio (a 2 o 3 teste) e per ognuno di essi sono state simulate diverse condizioni di risalita capillare con varie tipologie di sale disciolto in acqua (cloruro di sodio e solfato di sodio). Lo scopo è di valutare i livelli di risalita osservabili per diverse tipologie di sale e per diverse concentrazioni dello stesso. Ancora una volta è stata utilizzata la tecnica radar GPR che permette non solo di valutare tali livelli, ma anche la distribuzione dell’umidità all’interno dei provini, riuscendo a distinguere tra zone completamente sature e zone parzialmente umide. Nello studio è stata valutata anche l’influenza delle concentrazioni saline sulla propagazione del segnale elettromagnetico. Un difetto delle tecniche di diagnostica è quello di essere strumenti qualitativi, ma non quantitativi: nel capitolo 11 viene affrontato questo problema cercando di valutare la precisione dei risultati ottenuti da indagini condotte con strumentazione radar GPR. Studiando gli stessi provini analizzati nel capitolo precedente, la tecnica radar è stata utilizzata per individuare e posizionare i difetti (muretti a 3 teste) e le pietre (muretti a 2 teste) inserite in questi elementi: i risultati ottenuti nella prova sono stati confrontati, infine, con la reale geometria. Nell’ultima parte (capitolo 12), viene esaminato il problema dell’individuazione dei vuoti all’interno di laterizi: per questo scopo sono state create artificialmente delle cavità di diversa forma e a diverse profondità all’interno di laterizi pieni che, dopo un trattamento in cella climatica per aumentarne la temperatura, sono stati sottoposti a riprese termografiche nella fase di raffreddamento. Lo scopo di queste prove è quello di valutare quale sia la massima differenza di temperatura superficiale causata dai diversi difetti e per quale intervallo di temperature questa si verifica.

Interferometria SAR per lo studio di movimenti e generazione di modelli digitali del terreno in Antartide

Satellite SAR (Synthetic Aperture Radar) interferometry represents a valid technique for digital elevation models (DEM) generation, providing metric accuracy even without ancillary data of good quality. Depending on the situations the interferometric phase could be interpreted both as topography and as a displacement eventually occurred between the two acquisitions. Once that these two components have been separated it is possible to produce a DEM from the first one or a displacement map from the second one. InSAR DEM (Digital Elevation Model) generation in the cryosphere is not a straightforward operation because almost every interferometric pair contains also a displacement component, which, even if small, when interpreted as topography during the phase to height conversion step could introduce huge errors in the final product. Considering a glacier, assuming the linearity of its velocity flux, it is therefore necessary to differentiate at least two pairs in order to isolate the topographic residue only. In case of an ice shelf the displacement component in the interferometric phase is determined not only by the flux of the glacier but also by the different heights of the two tides. As a matter of fact even if the two scenes of the interferometric pair are acquired at the same time of the day only the main terms of the tide disappear in the interferogram, while the other ones, smaller, do not elide themselves completely and so correspond to displacement fringes. Allowing for the availability of tidal gauges (or as an alternative of an accurate tidal model) it is possible to calculate a tidal correction to be applied to the differential interferogram. It is important to be aware that the tidal correction is applicable only knowing the position of the grounding line, which is often a controversial matter. In this thesis it is described the methodology applied for the generation of the DEM of the Drygalski ice tongue in Northern Victoria Land, Antarctica. The displacement has been determined both in an interferometric way and considering the coregistration offsets of the two scenes. A particular attention has been devoted to investigate the importance of the role of some parameters, such as timing annotations and orbits reliability. Results have been validated in a GIS environment by comparison with GPS displacement vectors (displacement map and InSAR DEM) and ICEsat GLAS points (InSAR DEM).

Eisströme und Schelfeise an der Küste der Amundsen See (West-Antarktis), beobachtet mit ERS-SAR /// Es stehen 2 Dateien zur Auswahl: pdf-Datei Abbildungen nur schwarz-weiss, zip-Datei Abbildungen farbig

In der vorliegenden Diplomarbeit erfolgte die Beobachtung von Eisströmen und Schelfeisen an der Küste der Amundsen See in der West-Antarktis, unter Verwendung von ERS-SAR-Amplitudenbildprodukten. Bestandteile dieser Beobachtung waren die Erstellung eines Gletscherinventares, die Erstellung von Multitemporalbildern, die Auswertung von Veränderungen der Eisfronpositionen und - schwerpunktmäßig - die Bestimmung von Eisfließgeschwindigkeiten und deren räumlicher und zeitlicher Vergleich.

Confronto tra stime GPS e SAR di deformazioni del suolo e di ritardi troposferici

Il Global Positioning System (GPS) e l’Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) sono due tecniche osservative di grande importanza che utilizzano segnali nel campo delle microonde. Questa tesi intende contribuire a sviluppare una base di confronto tra i risultati derivati da queste due tecniche osservative. Una parte del lavoro riguarda uno studio delle deformazioni del suolo, in particolare, la stima dei movimenti verticali e di quelli che riguardano la componente Est della posizione delle stazioni. Un secondo ambito di ricerca è invece focalizzato alla determinazione del ritardo introdotto, nella propagazione dei segnali GPS e SAR, dal loro passaggio in atmosfera. In particolare, si è studiato l’effetto della componente umida della troposfera.

Estimation of scots pine defoliation by the common pine sawfly (Diprion pini L.) using multi-temporal radar data

In 1998-2001 Finland suffered the most severe insect outbreak ever recorded, over 500,000 hectares. The outbreak was caused by the common pine sawfly (Diprion pini L.). The outbreak has continued in the study area, Palokangas, ever since. To find a good method to monitor this type of outbreaks, the purpose of this study was to examine the efficacy of multi-temporal ERS-2 and ENVISAT SAR imagery for estimating Scots pine (Pinus sylvestris L.) defoliation. Three methods were tested: unsupervised k-means clustering, supervised linear discriminant analysis (LDA) and logistic regression. In addition, I assessed if harvested areas could be differentiated from the defoliated forest using the same methods. Two different speckle filters were used to determine the effect of filtering on the SAR imagery and subsequent results. The logistic regression performed best, producing a classification accuracy of 81.6% (kappa 0.62) with two classes (no defoliation, >20% defoliation). LDA accuracy was with two classes at best 77.7% (kappa 0.54) and k-means 72.8 (0.46). In general, the largest speckle filter, 5 x 5 image window, performed best. When additional classes were added the accuracy was usually degraded on a step-by-step basis. The results were good, but because of the restrictions in the study they should be confirmed with independent data, before full conclusions can be made that results are reliable. The restrictions include the small size field data and, thus, the problems with accuracy assessment (no separate testing data) as well as the lack of meteorological data from the imaging dates.