Analysis of the Relationship between Vegetation and Radar Interferometric Coherence
植被与雷达干涉相干性的关系分析
中国矿业大学 (北京) 地球科学与测绘工程学院, 北京 100083
Dongqu Coal Mine, 山西炼焦煤集团有限公司, 中国 太原 030024
通信应收件人的作者。
可持续性 2022, 14(24), 16471;https://doi.org/10.3390/su142416471
收到意见:2022 年 10 月 11 日 / 修订:2022 年 12 月 3 日 / 接受日期:2022 年 12 月 6 日 / 发布时间:2022 年 12 月 8 日
Abstract 抽象
为有效降低植被覆盖对地表沉降监测的影响,建立了归一化差值植被指数 (NDVI) 与相干系数的关系。它提供了一种通过 NDVI 估计相干系数的方法。在研究中,尝试了一种新方法使 NDVI 结果和相干系数结果之间的时间范围重合。利用研究区各干涉图像对的相干系数结果和 NDVI 结果,在对指数模型、对数模型和线性模型的拟合结果进行统计分析的基础上,建立了 NDVI 与相干系数的数学关系。选取均方根误差、行列式系数、预测区间覆盖概率和预测区间归一化平均宽度 4 个指标对拟合结果进行评价。指数模型的拟合效果优于对数模型和线性模型。研究区域 ROI1 的误差平均值为 -0.041,研究区域 ROI2 的误差平均值为 -0.126。研究区 ROI1 的误差标准差为 0.165,研究区 ROI2 的误差标准差为 0.140。拟合结果与相干系数结果一致。该研究方法使用 NDVI 结果估计 InSAR 相干系数。这为间接评估干涉相干性和 InSAR 数据处理的基础提供了一种简单有效的方法。结果可为宁夏地区光学图像相干信息提供预估计。
1. Introduction 1. 引言
干涉合成孔径雷达 (InSAR) 是生成数字高程模型和监测表面变形的一种有用技术 [ 1, 2, 3, 4]。它基于卫星或飞机接收到的回波的相位差。它的优势在于,在所有天气条件下,白天或黑夜都会在站点上采集数据,并且不受云层覆盖的阻碍。
干涉相干性是 InSAR 数据处理中衡量干涉图质量的最重要参数之一。它主要使用相干系数进行评估。影响干涉相干性的主要因素是多普勒去相关、热噪声去相关、空间去相关和时间去相关。多普勒去相关是指由于两次成像的多普勒中心频率不一致而产生的去相关现象,这种现象可以通过方位滤波来抑制,也可以通过估计多普勒函数来进一步降低 [ 5]。雷达系统中在发射、接收电磁波信号和记录地面回波信息时会产生热噪声去相关 [ 2]。雷达系统主要依靠硬件设置来减少系统热噪声的影响。空间去相关是指由于两幅雷达图像的空间基线过长,并且两幅图像在同一目标上观测到的侧视角度不同,导致相位发生较大变化而引起的去相关现象 [ 6]。临界基线可用于评估空间去相关。随着基线的增加,相关性降低。当基线增加到临界基线时,相干系数为 0。要减少空间去相关的影响,必须设置一个较短的空间基线。时间去相关是指在成像两次时,由于地面物体的散射特性发生较大变化而引起的去相关现象 [ 2]。为了减少时间去相关的影响,有必要设置一个较短的时间基线。此外,长波长对时间相关性有很好的影响 [ 7]。
地表植被的生长是导致雷达图像脱切的主要因素之一。很难通过后处理来减少其影响。归一化差值植被指数 (NDVI) 可以通过基于光学影像的计算获得,通常用于监测植被覆盖和生长。NDVI 与雷达图像相干系数的关系可以有效反映植被覆盖对干涉相干性的影响。已经对它进行了研究 [ 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15]。Bai et al. (2020) 在干涉相干性和 NDVI 之间建立了线性关系,发现 NDVI 低的月份适合进行变形监测 [ 10]。Chen et al. (2021) 使用 Landsat 和 ALOS-1 数据建立了湖南省眉丹坝 NDVI 与相干系数之间的关系 [ 14]。Liu et al. (2021) 使用线性和幂函数模型研究了南方地区相干系数与 NDVI 之间的关系,并确定其具有负相关关系,考虑到幂函数模型的准确性高于线性函数模型 [ 15]。该关系可用于简单估计相干系数。
利用 NDVI 与相干系数之间的函数,可以有效地提取雷达图像中植被覆盖的退相干区域,并提供可访问的光学图像。该方法为获取 SAR 图像中的退相干面积提供了一种简便的方法,为 InSAR 数据处理提供了依据。在本研究中,我们获得了在中国宁夏回族自治区采集的 Sentinel-1 和 Sentinel-2 图像。我们建立了 3 个模型来建立 NDVI 与相干系数之间的关系,并选择了 4 个指标来评价拟合结果。结果可为宁夏地区光学图像相干信息提供预估计。
本文的组织结构如下。在下一节中,将详细介绍 Sentinel-1 和 Sentinel-2 的研究区域以及数据信息。第 3 节介绍了建立模型的关键方法。尝试了一种新的方法,使 NDVI 结果和相干系数结果的时间范围重合。第 4 节专门介绍获得的结果。最后,得出结论。
2. Overview of the Study Area and Data
2. 研究区域和数据概述
2.1. Overview of the Study Area
2.1. 研究区域概述
研究区位于宁夏东部,位于盐池县,图 1 中用红色矩形表示。ROI1 用于模型构建和模型准确性验证。ROI2 用于模型可行性分析。研究区属中温带半干旱大陆性季风气候。气候干燥炎热,冬季严寒,夏季极热,条件多变 [ 16]。温度昼夜波动很大,年平均气温约为 9 °C,年平均降水量为 205.2 mm [ 16]。研究区地形南高北低,北平缓地形。
图 1.(a) 是中国地图,(b) 是研究区域的位置和遥感影像覆盖范围。两个红色角表示研究区域。紫色矩形表示 Sentinel-1 影像覆盖范围。蓝色矩形表示 Sentinel-2 影像覆盖范围。底图基于 SRTM 30 m 数字高程模型 (DEM) 数据。注:图(a)基于从国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审核编号为 GS(2019) 1673 的标准地图,底图未作修改。
2.2. Data 2.2. 数据
2.2.1. Radar Data 2.2.1. 雷达数据
Sentinel-l 是一颗波长约为 5.6 cm 的 C 波段雷达卫星,具有全天候、昼夜观测、重访时间稳定、接入方便等优点。Sentinel-1 的重访周期为 12 天,可从 Earth Data 网站下载(https://asf.alaska.edu/(于 2021 年 12 月 6 日访问))。SAR 图像的时间范围为 2017 年 9 月至 2018 年 8 月。采集日期信息如表 A1 所示。在时间范围内,研究区域 ROI1 稳定,无明显变形。它可以减少变形对模型的影响。研究中使用了单视复杂图像。数据扫描模式为 IW 模式,具有升序跟踪模式。Sentinel-1 影像覆盖范围在图 1 中由紫色矩形表示。
2.2.2. Optical Image Data
2.2.2. 光学图像数据
Sentinel-2 是一颗高分辨率多光谱成像卫星,由 Sentinel-2A 和 Sentinel-2B 两颗卫星组成。在无云条件下,单星重访周期为 10 d,双星重访周期可达 5 d。Sentinel-2 有 12 个波段和 3 个分辨率,详细信息如表 1 所示。红波段和近红外波段用于 NDVI 计算,分辨率为 10 m。Sentinel-2 影像覆盖范围在图 1 中由蓝色矩形表示。Sentinel-2 数据包括两个产品级别:L1C 产品和 L2A 产品。L2A 产品可以使用 L1C 产品和大气校正处理获得。研究中使用了 L2A 产品,云覆盖率不到 10%。研究中使用的光学图像数据信息如表 A2 所示。
3. Modeling Processing 3. 建模处理
3.1. Preprocessing 3.1. 预处理
预处理的关键步骤包括从研究区域的光学图像中获取雷达图像和 NDVI 的相干系数、对 NDVI 结果进行重采样、选择图像以及使用最大值合成 (MVC) 算法计算 NDVI。
3.1.1. Coherence Coefficient Calculation
3.1.1. 相干系数计算
干涉相干性是 InSAR 数据处理中衡量干涉图质量的关键参数之一,主要使用相干系数进行评价。相干系数值介于 之间 。值越高,干涉相干性越好。相干系数计算方程如 (1) [ 17, 18] 所示。
其中 和 表示参考图像和辅助图像, 表示共轭复数。计算相干系数的工具是 GMTSAR,一个开源的 InSAR 处理系统 [ 5, 19],相干系数结果的空间分辨率为 25 m。DEM 数据是 SRTM 30 m 数字高程模型 (DEM) 数据。
有关干涉对的信息如表 A3 所示,相干系数结果如图 A1 所示。干涉图像的时间基线阈值为 24 d,垂直基线阈值为 100 m。较短的垂直基线意味着高基线相关性,这代表了高空间相关性 [ 20]。计算基线相关性的方程式如 (2) [ 21] 所示。
其中 ,表示垂直基线, 表示临界垂直基线。计算临界基线的方程式如 (3) [ 21] 所示。
其中 是波长, 是倾斜范围, 是入射角, 是斜率, 是距离分辨率。以 Sentinel-1 为例。 是 90 公里, 是 44 度。我们可以通过在平坦范围内使用 (3) 得到临界垂直基线约为 5 公里。当垂直基线为 100 m 时,基线相关性约为 0.98。
3.1.2. NDVI Calculation 3.1.2. NDVI 计算
NDVI 值介于 [−1,1] 之间,负值表示表面被水、冰或雪覆盖。零表示裸露的土壤、岩石或建筑物。正值表示存在植被,NDVI 值随着植被覆盖率的增加而增加。NDVI 计算方程如图 (4) 所示,NDVI 结果如图 A2 所示。
其中 是近红外波段的反射率值, 是红色波段的反射率值。计算 NDVI 的工具是 SNAP,这是欧洲航天局 (ESA) 提供的开源数据处理软件。
3.1.3. Resampling, Selecting Images, and Calculating the NDVI Using the MVC Algorithm
3.1.3. 使用 MVC 算法重新采样、选择图像和计算 NDVI
相干系数图像的分辨率等于干涉图像。由于它低于 NDVI 影像的分辨率,因此 NDVI 影像的分辨率将重采样为相干系数影像的分辨率,以便相干系数和 NDVI 影像中的格网数量相同。
在理想条件下,SAR 数据的重访周期为 12 天,光学数据的重访周期为 5 天。NDVI 和干涉对之间的成像时间不一致是主要问题。Chen et al. (2021) 通过建立时间基线和相干系数之间的关系,并将时间变量 引入 NDVI 和相干系数的函数中来解决这个问题 [ 14]。Liu et al. (2021) 基于 2016-2017 年的月度 NDVI 数据集,并使用干涉测量对在月份的平均相干系数 [ 15] 解决了 NDVI 和干涉对之间的不一致成像问题。本研究采用 MVC 算法计算主、副像成像时间之间时间范围内的 NDVI 图像,使干涉对与 NDVI 图像相对应。MVC 是指获取 NDVI 图像中每个网格在一定时间内的最大值,相对容易实现。能有效降低云、大气、太阳高度角等因素对遥感影像的影响,广泛应用于 NDVI 的制作中。MVC 结果如图 A3 所示。
3.2. Data Sampling 3.2. 数据采样
根据 main 参数对图像进行采样:样本窗口大小为 像素。尽管 NDVI 图像是使用 MVC 方法处理的,但有相当数量的网格包含来自云的信息,其中水也对实验有相当大的影响。因为与水中相干系数和 NDVI 的图像相比,相干系数和 NDVI 的某些值小于 0.2,因此需要对网格进行遮罩。计算平均值和相关系数 R 以进行抽样和选择。如果相关系数大于 0.6,则拟合相干系数和 NDVI 的平均值。相关系数计算公式如 (5) 所示。
其中 and 表示每个栅格元素的值, 而 and 表示正在采样的栅格元素的平均值。
3.3. Data Fitting Results Evaluation
3.3. 数据拟合结果评估
拟合函数使用均方根误差 (RMSE) 和确定的系数 ( ) 进行评估。在 99% 置信水平的条件下,预测区间覆盖率概率 (PICP) 和预测区间归一化平均宽度 (PINAW) 用于评估拟合函数。
是真实值与预测值之间的偏差,计算方式如 (6) 所示。RMSE 值越小,真实值和预测值之间的差距就越小。
其中 是 true 值, 是 Fitting 函数计算的预测值。
用于确定回归方程的拟合度,其计算方式如 (7) 所示。值字段为 [0,1]。 值越大,模型拟合的程度越好。
其中 是 Fitting 函数计算的预测值, 是 true 值, 是平均值。
这三者之间的关系是:
其中 是总平方和, 是残差平方和, 是解释的平方和。
PICP 表示观测值落在预测区间内的实际频率,用于评估预测区间的可靠性,其计算方式如 (12) [ 22] 所示。PICP 值越高,预测结果越好,模型越可靠。
其中 是样本量, 是表示预测区间和观察值之间关系的布尔变量, 是样本真值, 和 分别是预测区间的最小和最大边界。
计算公式 如 (13) 所示。较小的 值意味着更敏感的预测区间和更可靠的模型 [ 22]。
其中 是样本大小, 是样本目标变量的范围, 和 分别表示预测区间的最小和最大边界。
3.4. The Method of Model Accuracy Validation
3.4. 模型准确性验证方法
将计算出的相干系数与实际的相干系数进行比较,可以获得误差来评估拟合函数的精度。误差计算方程如 (14) 所示:
其中 表示真正的相干系数, 表示由 和 NDVI 影像计算的预测相干系数。
4. Results and Discussion
4. 结果与讨论
4.1. Data Fitting Results
4.1. 数据拟合结果
采样结果如图 2a 所示。NDVI 的范围是 ,相干系数的范围是 。NDVI 和相干系数呈负相关。随着 NDVI 的增加,干涉相干性降低。采用指数模型、线性模型和对数模型进行拟合,拟合结果如(15)、(16)、(17)所示,3.3 节中的四个评价指标用于评价拟合函数。
图 2.指数模型 (a) 的拟合结果是拟合曲线图,红线是拟合函数曲线,蓝色折断线是预测区间曲线。(b) 是残差图。
如图 2a 所示,几乎所有的点都在预测区间内。图 2b 是残差分布图,显示残差分布大致, 残差分布相对均匀。根据统计结果, 分别为 0.06272 和 0.8767。在 99% 置信水平的情况下, 为 99.52% 和 0.3249。
如图 3a 所示,几乎所有的点都在预测区间内。图 3b 是一个残差分布图,显示残差大致分布 [−0.3,0.3],残差中存在异常,当 NDVI 值高于 0.6 时,残差会变得更大。根据统计结果, 分别为 0.07551 和 0.8207。在 99% 置信水平的条件下, 为 99.36% 和 0.3908。
图 3.线性模型 (a) 的拟合结果是拟合曲线图,红线是拟合函数曲线,蓝色折断线是预测区间曲线。(b) 是残差图。
如图 4a 所示,几乎所有的点都在预测区间内。图 4b 是一个残差分布图,显示残差大致分布 [−0.2,0.2],残差分布相对均匀。根据统计结果, 分别为 0.06407 和 0.8711。在 99% 置信水平的情况下, 为 99.36% 和 0.3316。
图 4.对数模型 (a) 的拟合结果是拟合曲线图,红线是拟合函数曲线,蓝色折断线是预测区间曲线。(b) 是残差图。
评估结果如表 2 所示。比较 ,可以认为 的真实值和预测值之间的差距 小于 和 的 差距。比较 ,可以看出 的 模型拟合值优于 和 的模型拟合值。在 99% 置信水平的条件下,比较 和 可以看出,模型可靠性和预测区间敏感性 高于 其他模型。综上所述, 评估结果优于 和 。因此,选择 作为拟合函数更可靠。
4.2. Model Accuracy Validation
4.2. 模型准确性验证
选择干涉对中的一个来验证 ROI1 中拟合函数的精度。参考成像时间为 2019 年 8 月 15 日,二次成像时间为 2019 年 8 月 27 日。结果如图 5 所示。图 5a 显示了研究区域的 ROI1 NDVI 结果。图 5b 显示了研究区域中的 ROI1 相干系数结果。图 5c 显示了相干系数的真实值和预测值之间的误差。研究区整体拟合效果较好,较大的误差值集中在研究区南部。图 5d 表示误差分布,误差大约后跟正态分布。误差均值为 −0.041,误差标准差为 0.165,误差主要集中 。图 5e 是 ROI1 中的斜率分布。
图 5.ROI1 中干涉对 20190815–20190827 的拟合函数精度验证图,(a) 为 NDVI 结果;(b) 是相干系数映射;(c) 是错误结果;(d) 是误差分布;(e) 是 ROI1 的斜率。
从图 5c 中可以看出,研究区域北部的误差为 。但是,某些区域的估计值高于真实值。在研究区域的南部,存在较大的误差值。此区域的估计值主要低于真实值。从图 5c,e 中可以看出,较大的误差值和高坡度具有大致相同的空间分布。高浮雕可能是较大误差值的主要原因 [ 14]。
然后,选择另一个干涉测量对,其时间基线为 24 天。参考成像时间为 2019 年 8 月 3 日,二次成像时间为 2019 年 8 月 27 日。结果如图 6 所示。图 6a 显示了研究区域的 ROI1 NDVI 结果。图 6b 显示了研究区域中的 ROI1 相干系数结果。图 6c 显示了相干系数的真实值和预测值之间的误差。研究区整体拟合效果较好,较大的误差值集中在研究区南部。图 6d 表示误差分布,误差大约后跟正态分布。误差均值为 −0.069,误差标准差为 0.170,误差主要集中 。图 6e 是 ROI1 中的斜率分布。图 6 所示的结果与图 5 所示的结果一致。误差的平均值和标准差显示小幅增加,大误差值和高坡度数显示与图 5 相同的空间分布。
图 6.ROI1 中干涉对 20190803–20190827 的拟合函数精度验证图,(a) 是 NDVI 结果;(b) 是相干系数映射;(c) 是错误结果;(d) 是误差分布;(e) 是 ROI1 的斜率。
另一个研究区域 ROI2 用于验证模型的可行性。结果如图 7 所示。图 7a 显示了 ROI2 的 NDVI 结果,图 7b 显示了图 7a 和拟合模型对 ROI2 中相干系数的预测结果。图 7c 显示了 ROI2 中相干系数的真实值。图 7d 显示了相干系数的真实值与预测值之间的误差,研究区域的整体拟合效果良好。图 7e 显示了误差分布,误差大致后跟正态分布。误差均值为 −0.126,误差标准差为 0.140,误差主要集中 。图 7f 是 DEM 的地图,图 7g 是斜率的地图。图 7h 是 2018 年土地利用类型分布图。
图 7.ROI2 中干涉对 20190803–20190827 的拟合函数精度验证图,(a) 是 NDVI 结果;(b) 是相干系数的预测结果;(c) 是相干系数图;(d) 是错误结果;(e) 是误差分布;(f) 是 DEM 的地图;(g) 是坡度地图;(h) 为 2018 年土地利用类型分布图 [ 23],T 表示土地利用类型。其中,1 表示耕地,2 表示林地,3 表示草地,4 表示水域,5 表示城乡、工矿、居住用地、建设用地,6 表示未利用地。注:(f) 由中国科学院资源与环境科学数据中心 ( http://www.resdc.cn(于 2021 年 7 月 20 日浏览)) 提供)。
与图 7c 相比,图 7b 中相干系数的预测结果是一致的。图 7a 中的高 NDVI 值区域是图 7b,c 中低相干系数的区域。从图 7d 中可以看出,误差为 [−0.3,0.3],这与图 7e 中显示的结果相似。与相同的干涉对结果 ROI1 相比,平均误差的绝对值变大,标准差变小,均服从正态分布。图 7f、g 显示 ROI2 是平坦区域,误差分布和斜率程度不一致。图 7d、h 显示较大的误差区域分布一般在城市和农村、工矿和住宅用地、建设用地等区域,这些区域大多被误估。然而,ROI2 的结果表明,这 非常适合大部分地区。因此,该模型是有效的。
本文获得了研究区 ROI1 的 NDVI 和相干系数的经验模型,并在研究区 ROI1 和 ROI2 中验证了模型的准确性。研究表明,该模型是可靠的。研究结果可用于形变监测的 DInSAR 数据处理:
(1) NDVI 值可以作为评价 DInSAR 可用性的标准。NDVI 较低是好事,而 NDVI 较高地区则是坏事。当 NDVI 高于 0.4 时,它没有用。在这种情况下,较长的波段 SAR 数据或技术更好。
(2) 可用于减少植被对变形监测的影响。采用 DInSAR 技术得到的变形应在较高的 NDVI 中进行掩盖,以提高变形结果的可靠性。
(3) 也可以作为评价 InSAR 监测结果精度的依据。不同 NDVI 面积下的 DInSAR 变形结果和精度应单独讨论。它是计算 DInSAR 形变结果误差的重要依据。
未来,应考虑 NDVI 和干涉相干性相关性中不同类型的土地覆盖 [ 24]。此外,在模型中引入 time 参数可能是一个好主意 [ 14]。此外,还可以构建多波段、多极化和多植被指数之间的连接模型 [ 9]。
5. Conclusions 5. 结论
利用光学图像和 C 波段 SAR 图像研究了宁夏 NDVI 与干涉相干的关系,并通过拟合分析构建了 NDVI 与相干系数之间的经验模型。主要结论如下:
(1)在研究中,采用了一种新的方法使 NDVI 结果和相干系数结果的时间范围重合。良好的拟合结果表明,这可能是研究 NDVI 与干涉相干性之间关系的好方法。
(2) 使用指数模型、对数模型和线性模型构建了相干系数和 NDVI 之间的三个统计模型。在 99% 置信水平的条件下,分别计算 RMSE 、行列式系数、PICP 和 PINAW。结果表明,指数模型的拟合效果优于其他模型。基于指数函数,分析研究区域 ROI1 和 ROI2 的计算精度。结果表明,计算误差符合正态分布。ROI1 的误差均值为 -0.041,ROI2 的误差均值为 -0.126。误差标准差在 ROI1 中为 0.165,在 ROI2 中为 0.140,使用指数函数显示出良好的拟合结果。
(3) 结果表明,可以使用光学遥感数据评估相干系数值。它可以作为研究 NDVI 与相干性关系的补充内容,可以指导雷达图像中由于植被覆盖过大而出现的非相干区域的选择,可为 DInSAR 的变形监测数据处理提供依据。结果可为宁夏地区光学图像相干信息提供预估计。
Author Contributions 作者贡献
方法论,Y.C.;软件,DH;资源,Y.L. 和 S.Z.;写作——原稿,Y.C.;写作—审查和编辑,P.L. 和 Y.W.;项目管理,P.L.;资金收购,P.L.所有作者均已阅读并同意手稿的已发表版本。
Funding 资金
本研究由中央高校基本科研业务费业务费(批准号:2022YQDC01 和 2022YJSDC08)、河北省自然科学基金生态-智慧矿山联合研究基金(批准号:E2020402086)和煤炭开采与清洁利用国家重点实验室开放基金资助(批准号:2021-CMCU-KF014)。
Institutional Review Board Statement
机构审查委员会声明
Informed Consent Statement
知情同意书
Data Availability Statement
数据可用性声明
Acknowledgments 确认
作者要感谢 Sentinel-1 和 Sentinel-2 的开放数据集以及欧洲航天局 (ESA) 提供的数据处理软 SNAP。作者要感谢基于 GMT 的 InSAR 处理系统 GMTSAR。
Conflicts of Interest 利益冲突
作者声明没有利益冲突。
Appendix A 附录 A
| Num | Imaging Time | Num | Imaging Time | Num | Imaging Time |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 20180901 | 12 | 20190111 | 22 | 20190511 |
| 2 | 20180913 | 13 | 20190123 | 23 | 20190523 |
| 3 | 20180925 | 14 | 20190204 | 24 | 20190604 |
| 4 | 20181007 | 15 | 20190216 | 25 | 20190616 |
| 5 | 20181019 | 16 | 20190228 | 26 | 20190628 |
| 6 | 20181031 | 17 | 20190312 | 27 | 20190710 |
| 7 | 20181112 | 18 | 20190324 | 28 | 20190722 |
| 8 | 20181124 | 19 | 20190405 | 29 | 20190803 |
| 9 | 20181206 | 20 | 20190417 | 30 | 20190815 |
| 10 | 20181218 | 21 | 20190429 | 31 | 20190827 |
| 11 | 20181230 |
| Num | Imaging Time | Num | Imaging Time | Num | Imaging Time |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 20181218 | 7 | 20190318 | 13 | 20190522 |
| 2 | 20190102 | 8 | 20190323 | 14 | 20190601 |
| 3 | 20190107 | 9 | 20190328 | 15 | 20190606 |
| 4 | 20190117 | 10 | 20190417 | 16 | 20190706 |
| 5 | 20190122 | 11 | 20190512 | 17 | 20190731 |
| 6 | 20190211 | 12 | 20190517 | 18 | 20190815 |
| Num | Reference Image | Secondary Image | Temporal Baseline /m | Perpendicular Baseline /m | Resolution /m |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 20180901 | 20180913 | 12 | 87.0489 | 25 |
| 2 | 20180913 | 20180925 | 12 | 36.5774 | 25 |
| 3 | 20180913 | 20181007 | 24 | 27.866 | 25 |
| 4 | 20180925 | 20181007 | 12 | 8.71134 | 25 |
| 5 | 20181007 | 20181019 | 12 | 96.421 | 25 |
| 6 | 20181019 | 20181031 | 12 | 4.10631 | 25 |
| 7 | 20181019 | 20181112 | 24 | 54.6995 | 25 |
| 8 | 20181031 | 20181112 | 12 | 58.8058 | 25 |
| 9 | 20181112 | 20181124 | 12 | 78.5131 | 25 |
| 10 | 20181112 | 20181206 | 24 | 20.324 | 25 |
| 11 | 20181124 | 20181206 | 12 | 58.1891 | 25 |
| 12 | 20181124 | 20181218 | 24 | 9.97468 | 25 |
| 13 | 20181206 | 20181218 | 12 | 48.2144 | 25 |
| 14 | 20181206 | 20181230 | 24 | 39.6463 | 25 |
| 15 | 20181218 | 20181230 | 12 | 87.8607 | 25 |
| 16 | 20181218 | 20190111 | 24 | 66.7602 | 25 |
| 17 | 20181230 | 20190111 | 12 | 21.1005 | 25 |
| 18 | 20181230 | 20190123 | 24 | 10.6224 | 25 |
| 19 | 20190111 | 20190123 | 12 | 10.4781 | 25 |
| 20 | 20190123 | 20190216 | 24 | 40.7835 | 25 |
| 21 | 20190204 | 20190216 | 12 | 96.5544 | 25 |
| 22 | 20190216 | 20190228 | 12 | 74.7184 | 25 |
| 23 | 20190216 | 20190312 | 24 | 75.875 | 25 |
| 24 | 20190228 | 20190312 | 12 | 1.15659 | 25 |
| 25 | 20190228 | 20190324 | 24 | 8.94817 | 25 |
| 26 | 20190312 | 20190324 | 12 | 7.79159 | 25 |
| 27 | 20190312 | 20190405 | 24 | 36.0626 | 25 |
| 28 | 20190324 | 20190405 | 12 | 43.8542 | 25 |
| 29 | 20190324 | 20190417 | 24 | 44.4763 | 25 |
| 30 | 20190405 | 20190417 | 12 | 0.622107 | 25 |
| 31 | 20190405 | 20190429 | 24 | 96.1843 | 25 |
| 32 | 20190417 | 20190429 | 12 | 96.8064 | 25 |
| 33 | 20190417 | 20190511 | 24 | 23.9404 | 25 |
| 34 | 20190429 | 20190511 | 12 | 72.866 | 25 |
| 35 | 20190429 | 20190523 | 24 | 96.0215 | 25 |
| 36 | 20190511 | 20190523 | 12 | 23.1555 | 25 |
| 37 | 20190511 | 20190604 | 24 | 38.3302 | 25 |
| 38 | 20190523 | 20190604 | 12 | 15.1747 | 25 |
| 39 | 20190523 | 20190616 | 24 | 59.171 | 25 |
| 40 | 20190604 | 20190616 | 12 | 43.9963 | 25 |
| 41 | 20190604 | 20190628 | 24 | 30.9379 | 25 |
| 42 | 20190616 | 20190628 | 12 | 74.9343 | 25 |
| 43 | 20190616 | 20190710 | 24 | 56.8686 | 25 |
| 44 | 20190628 | 20190710 | 12 | 18.0656 | 25 |
| 45 | 20190628 | 20190722 | 24 | 32.9689 | 25 |
| 46 | 20190710 | 20190722 | 12 | 51.0345 | 25 |
| 47 | 20190710 | 20190803 | 24 | 32.2786 | 25 |
| 48 | 20190722 | 20190803 | 12 | 83.3131 | 25 |
| 49 | 20190722 | 20190815 | 24 | 56.3615 | 25 |
| 50 | 20190803 | 20190815 | 12 | 26.9516 | 25 |
| 51 | 20190803 | 20190827 | 24 | 68.1896 | 25 |
| 52 | 20190815 | 20190827 | 12 | 41.2379 | 25 |
References
- Rosenp, A.; Hensleys, S.; Joughin, I.R.; Li, F.K.; Madsen, S.N.; Rodriguez, E.; Goldstein, R.M. Synthetic aperture radar interferometry. Proc. IEEE 2000, 88, 333–382. [Google Scholar] [CrossRef]
- Moreira, A.; Prats-Iraola, P.; Younis, M.; Krieger, G.; Hajnsek, I.; Papathanassiou, K.P. A Tutorial on Synthetic Aperture Radar. IEEE Geosci. Remote Sens. Mag. 2013, 1, 6–43. [Google Scholar] [CrossRef] [Green Version]
- Yufen, N.I.U. Applications of SAR interferometry for co-seismic, interseismic and volcano deformation monitoring, modeling and interpretation. Acta Geod. Cartogr. Sin. 2022, 51, 471. [Google Scholar]
- Meng, Z.; Shu, C.; Yang, Y.; Wu, C.; Dong, X.; Wang, D.; Zhang, Y. Time Series Surface Deformation of Changbaishan Volcano Based on Sentinel-1B SAR Data and Its Geological Significance. Remote Sens. 2022, 14, 1213. [Google Scholar] [CrossRef]
- Sandwell, D.; Mellors, R.; Tong, X.; Wei, M.; Wessel, P. GMTSAR: An InSAR Processing System Based on Generic Mapping Tools: LLNL-TR-481284, 1090004[R/OL]. 2016: LLNL-TR-481284, 1090004[2022-09-02]. Available online: https://www.osti.gov/servlets/purl/1090004/ (accessed on 1 June 2022).
- Zebker, H.A.; Villasenor, J. Decorrelation in interferometric radar echoes. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 1992, 30, 950–959. [Google Scholar] [CrossRef] [Green Version]
- Massonnet, D.; Feigl, K.L. Radar interferometry and its application to changes in the Earth’s surface. Rev. Geophys. 1998, 36, 441–500. [Google Scholar] [CrossRef] [Green Version]
- Arab-Sedze, M.; Heggy, E.; Bretar, F.; Berveiller, D.; Jacquemoud, S. Quantification of L-band InSAR coherence over volcanic areas using LiDAR and in situ measurements. Remote Sens. Environ. 2014, 152, 202–216. [Google Scholar] [CrossRef]
- Wang, C.; Fan, J.; Lin, S.; Rao, Y.; Huang, H. Study of the correlation between optical vegetation index and SAR data and the main affecting factors. Remote Sens. Land Resour. 2020, 32, 130–137. [Google Scholar]
- Bai, Z.; Fang, S.; Gao, J.; Zhang, Y.; Jin, G.; Wang, S.; Zhu, Y.; Xu, J. Could Vegetation Index be Derive from Synthetic Aperture Radar?—The Linear Relationship between Interferometric Coherence and NDVI. Sci. Rep. 2020, 10, 6749. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed] [Green Version]
- Liao, T.-H.; Simard, M.; Denbina, M.; Lamb, M.P. Monitoring Water Level Change and Seasonal Vegetation Change in the Coastal Wetlands of Louisiana Using L-Band Time-Series. Remote Sens. 2020, 12, 2351. [Google Scholar] [CrossRef]
- Pulella, A.; Aragão Santos, R.; Sica, F.; Posovszky, P.; Rizzoli, P. Multi-Temporal Sentinel-1 Backscatter and Coherence for Rainforest Mapping. Remote Sens. 2020, 12, 847. [Google Scholar] [CrossRef] [Green Version]
- Nikaein, T.; Iannini, L.; Molijn, R.A.; Lopez-Dekker, P. On the Value of Sentinel-1 InSAR Coherence Time-Series for Vegetation Classification. Remote Sens. 2021, 13, 3300. [Google Scholar] [CrossRef]
- Chen, Y.; Sun, Q.; Hu, J. Quantitatively Estimating of InSAR Decorrelation Based on Landsat-Derived NDVI. Remote Sens. 2021, 13, 2440. [Google Scholar] [CrossRef]
- Liu, Z.Y.; Zhang, C.; Liu, Z.K.; Yuan, J.J.; Qi, H.C.; Pan, Y.F.; Zhu, H.L.; Wu, X.W.; Wang, H. Empirical relationship between radar coherence and NDVI. Bull. Surv. Mapp. 2021, 4, 45–51+59. [Google Scholar] [CrossRef]
- Ningxia Provincial Bureau of Statistics; Nbs Survey of-Fice in Ningxia. Ning Xia Statistical Yearbook; China Statistics Press: Beijing, China, 2018. [Google Scholar]
- Bamler, R.; Hartl, P. Synthetic aperture radar interferometry. Inverse Problems 1998, 14, 1–54. [Google Scholar] [CrossRef]
- Touzi, R.; Lopes, A.; Bruniquel, J.; Vachon, P.W. Coherence estimation for S-AR imagery. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 1999, 37, 15. [Google Scholar] [CrossRef] [Green Version]
- Sandwell, D.; Mellors, R.; Tong, X.; Wei, M.; Wessel, P. Open radar interferometry software for mapping surface Deformation. Eos Trans. Am. Geophys. Union 2011, 92, 234. [Google Scholar] [CrossRef] [Green Version]
- Wang, Z.; Tang, X.; Li, T. Impact Analysis of InSAR Spatio-temporal Baseline on DEM Accuracy. Bull. Surv. Mapp. 2018, 2, 61–66. [Google Scholar] [CrossRef]
- Liu, G.X.; Chen, Q.; Luo, X.J.; Cai, G.L. InSAR Principle and Application; Science Press: Beijing, China, 2019. [Google Scholar]
- Chen, X.; Lai, C.S.; Ng, W.W.Y.; Pan, K.; Lai, L.L.; Zhong, C. A stochastic sensitivity-based m-ulti-objective optimization method for short-term wind speed interval prediction. Int. J. Mach. Learn. Cybern. 2021, 12, 2579–2590. [Google Scholar] [CrossRef]
- Xu, X.; Liu, J.; Zhang, S.; Li, R.; Yan, C.; Wu, S. Remote Sensing Monitoring Dataset of Land Use and Land Cover in China over Multiple Periods(CNLUCC); Data Registration and Publication System, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences: Beijing, China, 2018. [Google Scholar] [CrossRef]
- Villarroya-Carpio, A.; Lopez-Sanchez, J.M.; Engdahl, M.E. Sentinel-1 interferometric coherence as a vegetation index for agriculture. Remote Sens. Environ. 2022, 280, 113208. [Google Scholar] [CrossRef]
| Sensor | Band Number | Band Name | Sentinel-2A | Sentinel-2B | Resolution (meters) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Central Wavelength (nm) | Bandwidth (nm) | Central Wavelength (nm) | Bandwidth (nm) | ||||
| MSI | 4 | Red | 664.5 | 30 | 665 | 30 | 10 |
| MSI | 8 | NIR | 835.1 | 115 | 833 | 115 | 10 |
| Fitting Curve | ||||
|---|---|---|---|---|
| 0.06272 | 0.8767 | 99.52 | 0.3249 | |
| 0.07551 | 0.8207 | 99.36 | 0.3908 | |
| 0.06407 | 0.8711 | 99.36 | 0.3316 |
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Cao, Y.; Li, P.; Hao, D.; Lian, Y.; Wang, Y.; Zhao, S. Analysis of the Relationship between Vegetation and Radar Interferometric Coherence. Sustainability 2022, 14, 16471. https://doi.org/10.3390/su142416471
Cao Y, Li P, Hao D, Lian Y, Wang Y, Zhao S. Analysis of the Relationship between Vegetation and Radar Interferometric Coherence. Sustainability. 2022; 14(24):16471. https://doi.org/10.3390/su142416471
Chicago/Turabian StyleCao, Yuxi, Peixian Li, Dengcheng Hao, Yong Lian, Yuanjian Wang, and Sihai Zhao. 2022. "Analysis of the Relationship between Vegetation and Radar Interferometric Coherence" Sustainability 14, no. 24: 16471. https://doi.org/10.3390/su142416471
APA StyleCao, Y., Li, P., Hao, D., Lian, Y., Wang, Y., & Zhao, S. (2022). Analysis of the Relationship between Vegetation and Radar Interferometric Coherence. Sustainability, 14(24), 16471. https://doi.org/10.3390/su142416471










