title: Παρακολούθηση της στάθμης νερού με χρήση εικόνων ραντάρ συνθετικού ανοίγματος (SAR) και τεχνικές συμβολομετρίας (ΙnSAR)
title: Monitoring water level using Sentinel-1 Interferometric Synthetic aperture Radar (InSAR) images
Creators: name: Σταυρουλακη Ελενη
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2017

description: Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάστηκε η μέθοδος της διαφορικής συμβολομετρίας ραντάρ μέσω χρήσης δορυφορικών εικόνων σε σχέση με τη διακύμανση της στάθμης νερού σε δύο υγροτόπους της Κρήτης. Οι υγρότοποι που χρησιμοποιήθηκαν ως περιοχές μελέτης ήταν η τεχνητή λίμνη της Αγιάς και η φυσική λίμνη του Κουρνά. Οι δύο λίμνες βρίσκονται στο νομό Χανίων, στο βορειοδυτικό άκρο της νήσου Κρήτης. Οι δορυφορικές εικόνες που αποτέλεσαν τα αντικείμενα της επεξεργασίας προήλθαν από λήψεις του δορυφόρου Sentinel-1Α, τον οποίο διαχειρίζεται ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (European Space Agency – ESA). Ο δορυφόρος αυτός κατατάσσεται στα συστήματα ενεργητικής τηλεπισκόπησης, καθώς οι επίγειοι στόχοι ανιχνεύονται με χρήση ραντάρ. Το ραντάρ που χρησιμοποιεί ο Sentinel-1Α εκπέμπει σήμα στην περιοχή των μικροκυμάτων με συχνότητα  5,405 GHz και μήκος κύματος 5,6 cm. Συμπληρωματικά, χρησιμοποιήθηκαν εικόνες του δορυφόρου Landsat-8, ο οποίος χρησιμοποιεί σύστημα παθητικής τηλεπισκόπησης, με στόχο τον υπολογισμό του δείκτη βλάστησης NDVI. Οι εικόνες του δορυφόρου Sentinel-1A λήφθησαν από την ηλεκτρονική βάση δεδομένων ελεύθερης πρόσβασης Copernicus. Η επεξεργασία των εικόνων έγινε στο περιβάλλον του διαθέσιμου από την ESA λογισμικού SNAP (Sentinel Application Form). Από αυτές προέκυψαν ως βασικά προϊόντα συμβολογραφήματα, τα οποία στη συνέχεια υπέστησαν περαιτέρω επεξεργασία. Σημαντικά στάδια στη διαδικασία δημιουργίας των συμβολογραφημάτων ήταν η εγγραφή, ο σχηματισμός συμβολογραφήματος, η αποκατάσταση της συμβολομετρικής φάσης και η γεωμετρική διόρθωση. Ειδικά για το βήμα της αποκατάστασης του συμβολογραφήματος χρησιμοποιήθηκε ο αλγόριθμος SNAPHU (Statistical-Cost, Network-Flow Algorithm for Phase Unwrapping), ο οποίος αναπτύχθηκε από το πανεπιστήμιο του Stanford και η εφαρμογή Cygwin. Στο τέλος της επεξεργασίας τα δεδομένα των συμβολογραφημάτων εισάχθηκαν στο λογισμικό συστημάτων γεωγραφικών πληροφοριών ArcGIS. Το λογισμικό SNAP χρησιμοποιήθηκε ακόμη για την επεξεργασία των εικόνων του Sentinel-1A, με σκοπό τον υπολογισμό της οπισθοσκεδαζόμενης ακτινοβολίας. Βασικό στάδιο στη διαδικασία αυτή ήταν η ραδιομετρική διόρθωση (radiometric calibration).
Με τη βοήθεια του λογισμικού ArcGIS έγινε δυνατή η ποσοτικοποίηση των πληροφοριών των συμβολογραφημάτων για τις περιοχές μελέτης. Έτσι, προέκυψε για την κάθε λίμνη διάγραμμα συσχέτισης της οπισθοσκεδαζόμενης ακτινοβολίας με τα στάθμη νερού, διάγραμμα συσχέτισης της συνάφειας με τον δείκτη βλάστησης NDVI, διάγραμμα συσχέτισης της αποκατεστημένης ή «ξεδιπλωμένης» φάσης με τη μεταβολή της στάθμης νερού, διάγραμμα συσχέτισης της κάθετης μετατόπισης της εξεταζόμενης επιφάνειας που υπολογίστηκε από τα συμβολογραφήματα με τη μεταβολή της στάθμης νερού, διάγραμμα συσχέτισης της «ξεδιπλωμένης» φάσης με τη διαφορά οπισθοσκέδασης (μεταξύ των ημερών των εκάστοτε εικόνων master και slave). Τέλος, έγινε σύγκριση των αποτελεσμάτων για δύο σενάρια. Στο πρώτο σενάριο εξετάστηκε η συμπεριφορά των δεδομένων για όλες τις τιμές, ενώ στο δεύτερο έγινε αφαίρεση των τιμών που αφορούσαν ημερομηνίες λήψεις με ύπαρξη έντονης βλάστησης εντός των λιμνών. Τα συμπεράσματα που προκύπτουν δείχνουν ότι η μέθοδος της συμβολομετρίας έχει δυνατότητες ακόμα και για εφαρμογές σε υγρότοπους. Βέβαια  το πεδίο βελτίωσης της μεθόδου παραμένει μεγάλο και για αυτό προτείνονται συγκεκριμένες τεχνικές για βελτίωση των αποτελεσμάτων σε ενδεχόμενες μελλοντικές έρευνες.