SARScape中用sentinel-1数据做SBAS-InSAR完整流程
- 1 SABA-InSAR原理简述
- 2 数据采集和预设
- 2.1 SAR数据采集
- 2.2 DEM数据下载与放置
- 2.3 精密轨道数据下载与放置
- 2.4 制作研究区范围矢量
- 2.5 SARscape Preferences预设
- 3 SAR数据预处理
- 3.1 导入数据
- 3.2 optional files设置
- 3.3 参数设置
- 4 生成连接图Connection Graph
- 4.1 输入数据
- 4.2 optional files设置
- 4.3 参数设置
- 4.4 查看输出文件和连接图
- 5 干涉工作流Interferometric Process
- 5.1 Input Files中选择上一步得到的工程文件auxiliary.sml
- 5.2 制作参考DEM
- 5.3 optional files设置
- 5.3.1 Geometry GCP file ，控制点文件，可选
- 5.3.2 Avoid Moving Area File ，无位移区域，可选
- 5.3.3 Optional Water Vapour File List，水蒸气数据，可用GACOS数据，可选
- 5.3.4 Classification Mask File，分类掩膜文件
- 5.4 parameters设置
- 5.5 输出文件
- 6 连接图编辑SBAS Edit Connection Graph
- 6.1 打开auxiliary.sml文件，会自动加载连接图，自动选择主影像
- 6.2 连接图编辑的参数说明
- 6.3 连接图编辑操作
- 6' 轨道精炼和重去平，SARscape562集成在干涉数据流中，560及以下版本在SABS工具路径中
1 SABA-InSAR原理简述
**差分干涉测量短基线集时序分析技术(SmallBaselineSubsetInSAR,SBAS-InSAR)**由Berardino等人于2002年提出，不同于PS - InSAR的单主影像，该方法是一种基于多主影像的InSAR时间序列方法。它通过短基线原则，将大量SAR数据组合为具有多个主影像的干涉子集，每个子集内的干涉对基线长度均低于临界基线值，时间基线也尽可能短，集合间的 SAR影像基线距大，通过这种方式克服了时间和空间上的失相关，因此SBAS - InSAR可以通过较少的数据量来获取较可靠的监测结果。
基于短基线集原则，SBAS - InSAR具有多个主影像，但仍需选取其中一景影像作为公共主影像进行配准；组成各干涉子集后，利用外部参考数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)数据模拟并去除每个干涉相对的地形相位，然后生成时间序列差分干涉图集；相位解缠后得到每个相干目标的相位信息，包括形变相位、大气延迟相位、轨道误差相位等信息，各误差相位可在时间序列上采用滤波方法或多项式模型予以去除；由于SBAS - InSAR具有多个主影像，各干涉子集在联合求解时容易出现方程秩亏现象，因此引入奇异值分解方法，利用最小二乘原理得到地表时间序列形变信息。
下图为SBAS-InSAR的技术路线，图源ESRI的ENVI SARscape教程
2 数据采集和预设
实验所用的软件版本为SARScape5.6.2教育版
实验所用到的数据如下：
- SAR数据，即sentinel-1的SLC数据
- 对应的轨道数据
- DEM数据
2.1 SAR数据采集
目前免费的，还在更新的，比较容易下载的SAR数据就是sentinel-1数据，sentinel-1本来有2颗星，但是1B出故障，停止运行了，以前也有很多SAR卫星，比如ASAR
有很多个网站可以下载Sentinel-1数据，本文以ASF网站为例，下载教程参考文章：
哨兵-1 Sentinel-1数据下载（ASF）
也可以在欧空局下载Sentinel-1数据
哨兵-2 Sentinel-2 数据下载（欧空局）
2.2 DEM数据下载与放置
做DInSAR有多个方法，本文使用是两期SAR数据+DEM，因此要事先准备DEM数据，通常使用SRTM数据，具体来说是SRTM-1 V3，分辨率30m。
虽然SARscape理论上可以自动下载DEM，但是国内的网络经常出故障，因此还是需要手动下载。
如果不知道SAR数据对应的DEM怎么下载，不知道DEM的位置是哪里，不知道DEM切片编号，可以参考文章：
SARscape手动下载30mDEM（SRTM1 V3）切片数据-[EC: 40008]
2.3 精密轨道数据下载与放置
精密轨道数据不是必须的，一般来说，SAR数据自带参考轨道数据，但是精度稍低，精密轨道一般在数据发布后的一个礼拜后才会公布，因此，在处理突发情况的SAR数据时，短时间内无法获取到相应的精密轨道数据。
精密轨道下载教程见：
3种方法下载Sentinel-1精密轨道数据
精密轨道需要放置在特定的文件夹路径下面才能被SARscape识别并使用，放置教程见：
SARscape存放sentinel-1精密轨道数据并自动读取
2.4 制作研究区范围矢量
一景SAR数据很大，如果电脑性能不足，处理起来需要很多时间，为了提高处理速度和效率，建议提前制作研究区范围矢量，在SARscape中，可以导入.shp .kml .kmz格式的矢量作为处理范围。
直接在GIS软件中新建一个矢量面图层，然后画一个即可，或者在Google Earth里面圈一个kml也可以，这一步很简单，就不
这个不是必须的，如果不导入范围，那么默认处理整个数据。
2.5 SARscape Preferences预设
首先选择适用于 Sentinel-1的一套系统参数。打开SARscape----Preferences----Perference specific，单 击 Load Preferences，选择Sentinel TOPSAR，在弹出的对话框上选择“是”。在参数设置面板上点击 OK。
3 SAR数据预处理
3.1 导入数据
工具路径为：/SARscape/Import Data/SAR Spaceborne/Single Sensor/Sentinel-1 由于是SARScape562，直接导入zip压缩包即可，不用解压
3.2 optional files设置
这一步就是添加
- 兴趣区矢量文件，kml、kmz或者shp格式都行，作者亲测矢量名必须是英文且不可以有下划线！！可选，不选择矢量文件就直接处理整景的数据
- 和处理过程文件
_progress.txt，可选
3.3 参数设置
极化方式这里可以选择你需要的，一般是用VV
输出的时候直接选择文件夹就行
查看输出的文件
如果最后提示complete的同时又有一个警告，内容是无法找到有效的轨道数据，但其实你已经将轨道数据存放在合适的位置了，那可能是软件的bug，我遇到过很多次。在无法连接到指定的下载轨道数据的网址的时候，我们就不得不忽略轨道数据了。
No valid orbit file found in repository https ://scihub.copernicus.eu/gnss/
Please see the help page of "Sentinel Auxiliary Files Download" for more details !
其实从这一步开始才是真正的SBAS-InSAR核心流程
对输入的数据进行干涉像对的配对，像对结果图表方式输出到屏幕，输入 N 景数据，能得到的最大配对数是(N*(N-1))/2，生成连接图工具会选择最优的组合方式进行配对。这些像对会进行干涉工作流处理，然后用于 SBAS 反演。
程序会自动选择超级主影像，在整个处理中，超级主影像作为参考影像，所有的像对都会配准到超级主影像上。用户也可以自己选择超级主影像，超级主影像的选择也不是很严格因为对结果不会有什么影响，不过可能会导致较少的配对，所以还是建议自动选择超级主影响，这样有足够的像对，在像对编辑的时候，就可以去掉相干性小的像对。
工具路径：/SARscape/Interferometric Stacking/SBAS/1 - Connection Graph
4.1 输入数据
选择上一步处理好的VV数据
4.2 optional files设置
选择超级主影像super master file，这里不选择，程序会自动判断最适合的影像
4.3 参数设置
单击 Parameters 面板，选择 Principal Parameters，设置以下参数：
- Min Normal Baseline (%)：0，临界基线最小百分比。
- Max Normal Baseline (%)：2，临界基线最大百分比。
提示：建议把空间和时间基线阈值调大一些，最大临界基线推荐值为 45%~50%，主要依
赖传感器类型和经验，目的是避免完全空间失相关。 - Min Temporal Baseline：0，最小时间基线。
- Max Temporal Baseline：180，最大时间基线。
- Degree of Redundancy：冗余度
在对连接（干涉图）选择的最小和最大时间基线和正常基线应用阈值后，可以指定进一步的冗余度选择标准： - 高，接受与先前基线阈值相关的所有干涉图。
- 低，程序根据图形冗余标准和每次采集的最小连接数，尽量减少保留的干涉图数量
- Redundacy Criteria：冗余标准
当冗余度较低时，预计以下选择标准用于删除冗余连接： - 最小正常基线，通过仅保留具有最小空间基线的连接，将连接数最小化。
- 最大正常基线，通过仅保留具有最大空间基线的连接，将连接数最小化。
- 最小时间基线，通过仅保留具有最小时间基线的连接，将连接数最小化。
- Max Connections per Acquisition：最大连接数，撇除后每个采集剩余的连接数（干涉图），以减少冗余。此参数表示连接图的平均冗余，参考文献建议设置大于5的值以获得可靠的反演解。
- Allow Disconnected Blocks：False。不允许孤立的像对连接。
输出面板
填写一个文件的根名，后续处理的数据会据此根名自动命名
选择输出路径即可
查看报告
4.4 查看输出文件和连接图
- 在输出目录中可以看到如下的文件，重点看connection_graphy里面的plot和report
- auxiliary.sml文件记录相关的处理信息，包括处理进度、步骤和生成的文件记录等，后面会用到
- 连接图中，黄点是超级主影像super master ，这个在报告中也能看到，打开CG_report.txt文件，可以看到super master的信息。绿点是从影像，如果有红点，就是在限制条件外的影像。
- 像对连接时间基线图
像对连接空间基线图
SARscape562版本的干涉工作流里面可以自动进行轨道精炼和重去平，这一步有点复杂，处理时间也比较久
- 工具路径：
/SARscape/Interferometric Stacking/SBAS/2 - Interferometric Process
5.1 Input Files中选择上一步得到的工程文件auxiliary.sml
对所有的配对的干涉像对进行干涉处理，从相干性生成，去平、滤波和相位解缠，所有的数据对都配准到超级主影像上，为下一步轨道精炼和重去平，以及 SBAS 反演做好数据准备。包括：
- 干涉图生成 Interferogram Generation
- 干涉图去平 Interferogram Flattening
- 自适应滤波和相干系数生成 Adaptive Filter and Coherence Generation
- 相位解缠 Phase Unwrapping
生成一系列解缠之后的相位图。所有的干涉图最终都与超级主影像进行了配准，为下一
步轨道精炼、重去平以及 SBAS 的反演做准备。
5.2 制作参考DEM
为啥要提前制作DEM呢？因为之前的步骤都不需要用到DEM，但是optional files里面的GCP需要DEM
- 在工具的DEM/Cartographic System中，点击DEM file 右边的望远镜符号
- 选择SRTM-1，会跳出一个新的工具DEM Erxtraction-SRTM1 Version3，
- 输入位置参考数据，也就是上一步处理好的数据，随便选一个就行，我选的是超级主影像
- 选择输出文件的坐标GEO-GLOBAL
- 设定好输出路径之后就点击exec开始运行
- 日常报错
- 其实这一步的过程和前文提到的文章里面一模一样
SARscape手动下载30mDEM（SRTM1 V3）切片数据-[EC: 40008] - 打开
SARscape----Administration----View Files----Log File 拉到最下面，查看DEM切片的名称 去USGS下载这两个切片，不再赘述，看链接里面的文章即可
SARscape手动下载30mDEM（SRTM1 V3）切片数据-[EC: 40008]- 制作好了之后点击文件夹图标直接加载进来
5.3 optional files设置
5.3.1 Geometry GCP file ，控制点文件，可选
加载先前创建的地面控制点文件（.xml）（加载 GCP 文件）或自动加载创建新地面控制点文件的界面（创建 GCP 文件）
- 点击望远镜，创建GCP
点击之后，会自动打开Generate Ground Control Points界面
- Input File：必选项。用于 GCP 定位。这里选择上一步做好的解缠结果文件或者干涉文件。
- DEM File：可选项。用于检测 GCP 对应的高程值。这里选择 DEM 文件。
- Reference File：可选项。为选择 GCP 提供一个参考依据，可以选择相干系数图、干涉图等。Reference File 与 Input File 同时显示在一个窗口中。
说明：选择 GCP 重要的标准包括：
1、没有残余地形条纹；
2、没有形变条纹，远离形变区域，除非已知这个点的形变速率；
3、没有相位跃变，如果 GCP 点位于一个孤立相位上，并且解缠的值非常差，这个位置可能是斜坡相位（phase ramp）的一部分，那么选择的这个 GCP 是不对的；
4、由于在 SBAS 中，很难找到完美的 GCP 可以全部用在所有的数据对中，因为数据对拥有不同的相干性。因此建议多选择一些 GCP，至少 20-30 个点。
