Angular-Based Radiometric Slope Correction for Sentinel-1 on Google Earth Engine

This article provides an angular-based radiometric slope correction routine for Sentinel-1 SAR imagery on the Google Earth Engine platform. Two established physical reference models are implemented. The first model is optimised for vegetation applications by assuming volume scattering on the ground. The second model is optimised for surface scattering, and therefore targeted at urban environments or analysis of soil characteristics. The framework of both models is extended to simultaneously generate masks of invalid data in active layover and shadow affected areas. A case study, using openly available and reproducible code, exemplarily demonstrates the improvement of the backscatter signal in a mountainous area of the Austrian Alps. Furthermore, suggestions for specific use cases are discussed and drawbacks of the method with respect to pixel-area based methods are highlighted. The radiometrically corrected radar backscatter products are overcoming current limitations and are compliant with recent CEOS specifications for SAR backscatter over land. This improves a wide range of potential usage scenarios of the Google Earth Engine platform in mapping various land surface parameters with Sentinel-1 on a large scale and in a rapid manner. The provision of an openly accessible Earth Engine module allows users a smooth integration of the routine into their own workflows

Program planning, chapter 5, part D

Recommendations for future activities necessary to support satellite microwave sensing are reported. Areas covered include component development, data processing, calibration, design and fabrication of multifrequency systems, and experimental test programs to establish interactions of electromagnetic waves and sensed parameters

Symposium franco-chinois de télédétection quantitative en agronomie et environnement. Bilan et perspectives de collaboration. Rapport de mission (26 au 30 mars 2000)

Ce rapport présente les principaux résultats d'un Symposium en Télédétection entre des équipes de chercheurs de l'INRA, du CIRAD, de l'Université de Lille et leurs homologues chinois de l'Institute of Remote Sensing Applications (IRSA) of Chinese Academy of Sciences (CAS), et du National Satellite Meteorological Center (NSMC). Les perspectives d'un programme de collaboration sont présentées avec deux axes majeurs correspondant à deux niveaux d'approche, régional et local en agriculture de précision. (Résumé d'auteur

ERS-1 SAR Data Extraction Methodologies, and Procedures

This paper discusses the procedures used to derive the products available from the ERS-1 SAR Precision Images (Herein called SAR images.) The products that are available are: raw image, 8x8 averaged image, tiling, simple tiling of percolation threshold classification, swath of dB values of across swath along row or column of images, filtered data of swaths. Each of these products have a distinct procedure for producing the result, and have a section of this paper dedicated to expressing it. The purpose of the products can be expressed by the following: To understand seasonal and longer time variations in the dynamics & physical properties of polar ice on hemispheric scales. Remote sensing provides the tools for reaching that goal. A preliminary plan to meet this goal is 1) To visualize the data received, 2) Classify the different regimes, 3) Overlay different instruments data sets for comparison and enhancement, 4) Produce a model to use against other SAR data, and 5) To create an animated movie of changes with respect to temporal changes. At the date of publication, (1) and (2) have been attacked

Trade-off analysis of modes of data handling for earth resources (ERS), volume 1

Data handling requirements are reviewed for earth observation missions along with likely technology advances. Parametric techniques for synthesizing potential systems are developed. Major tasks include: (1) review of the sensors under development and extensions of or improvements in these sensors; (2) development of mission models for missions spanning land, ocean, and atmosphere observations; (3) summary of data handling requirements including the frequency of coverage, timeliness of dissemination, and geographic relationships between points of collection and points of dissemination; (4) review of data routing to establish ways of getting data from the collection point to the user; (5) on-board data processing; (6) communications link; and (7) ground data processing. A detailed synthesis of three specific missions is included

Synthetic aperture radar/LANDSAT MSS image registration

Algorithms and procedures necessary to merge aircraft synthetic aperture radar (SAR) and LANDSAT multispectral scanner (MSS) imagery were determined. The design of a SAR/LANDSAT data merging system was developed. Aircraft SAR images were registered to the corresponding LANDSAT MSS scenes and were the subject of experimental investigations. Results indicate that the registration of SAR imagery with LANDSAT MSS imagery is feasible from a technical viewpoint, and useful from an information-content viewpoint

Relation of NEEDS to OSTA

The NEEDS program was examined, the interfaces between OSTA and NEEDS were identified, and the responsiveness of the NEEDS program to OSTA technological requirements were assessed. Existing and planned NEEDS elements are discussed

On the use of smartphones as novel photogrammetric water gauging instruments: Developing tools for crowdsourcing water levels

The term global climate change is omnipresent since the beginning of the last decade. Changes in the global climate are associated with an increase in heavy rainfalls that can cause nearly unpredictable flash floods. Consequently, spatio-temporally high-resolution monitoring of rivers becomes increasingly important. Water gauging stations continuously and precisely measure water levels. However, they are rather expensive in purchase and maintenance and are preferably installed at water bodies relevant for water management. Small-scale catchments remain often ungauged. In order to increase the data density of hydrometric monitoring networks and thus to improve the prediction quality of flood events, new, flexible and cost-effective water level measurement technologies are required. They should be oriented towards the accuracy requirements of conventional measurement systems and facilitate the observation of water levels at virtually any time, even at the smallest rivers. A possible solution is the development of a photogrammetric smartphone application (app) for crowdsourcing water levels, which merely requires voluntary users to take pictures of a river section to determine the water level. Today’s smartphones integrate high-resolution cameras, a variety of sensors, powerful processors, and mass storage. However, they are designed for the mass market and use low-cost hardware that cannot comply with the quality of geodetic measurement technology. In order to investigate the potential for mobile measurement applications, research was conducted on the smartphone as a photogrammetric measurement instrument as part of the doctoral project. The studies deal with the geometric stability of smartphone cameras regarding device-internal temperature changes and with the accuracy potential of rotation parameters measured with smartphone sensors. The results show a high, temperature-related variability of the interior orientation parameters, which is why the calibration of the camera should be carried out during the immediate measurement. The results of the sensor investigations show considerable inaccuracies when measuring rotation parameters, especially the compass angle (errors up to 90° were observed). The same applies to position parameters measured by global navigation satellite system (GNSS) receivers built into smartphones. According to the literature, positional accuracies of about 5 m are possible in best conditions. Otherwise, errors of several 10 m are to be expected. As a result, direct georeferencing of image measurements using current smartphone technology should be discouraged. In consideration of the results, the water gauging app Open Water Levels (OWL) was developed, whose methodological development and implementation constituted the core of the thesis project. OWL enables the flexible measurement of water levels via crowdsourcing without requiring additional equipment or being limited to specific river sections. Data acquisition and processing take place directly in the field, so that the water level information is immediately available. In practice, the user captures a short time-lapse sequence of a river bank with OWL, which is used to calculate a spatio-temporal texture that enables the detection of the water line. In order to translate the image measurement into 3D object space, a synthetic, photo-realistic image of the situation is created from existing 3D data of the river section to be investigated. Necessary approximations of the image orientation parameters are measured by smartphone sensors and GNSS. The assignment of camera image and synthetic image allows for the determination of the interior and exterior orientation parameters by means of space resection and finally the transfer of the image-measured 2D water line into the 3D object space to derive the prevalent water level in the reference system of the 3D data. In comparison with conventionally measured water levels, OWL reveals an accuracy potential of 2 cm on average, provided that synthetic image and camera image exhibit consistent image contents and that the water line can be reliably detected. In the present dissertation, related geometric and radiometric problems are comprehensively discussed. Furthermore, possible solutions, based on advancing developments in smartphone technology and image processing as well as the increasing availability of 3D reference data, are presented in the synthesis of the work. The app Open Water Levels, which is currently available as a beta version and has been tested on selected devices, provides a basis, which, with continuous further development, aims to achieve a final release for crowdsourcing water levels towards the establishment of new and the expansion of existing monitoring networks.Der Begriff des globalen Klimawandels ist seit Beginn des letzten Jahrzehnts allgegenwärtig. Die Veränderung des Weltklimas ist mit einer Zunahme von Starkregenereignissen verbunden, die nahezu unvorhersehbare Sturzfluten verursachen können. Folglich gewinnt die raumzeitlich hochaufgelöste Überwachung von Fließgewässern zunehmend an Bedeutung. Pegelmessstationen erfassen kontinuierlich und präzise Wasserstände, sind jedoch in Anschaffung und Wartung sehr teuer und werden vorzugsweise an wasserwirtschaftlich-relevanten Gewässern installiert. Kleinere Gewässer bleiben häufig unbeobachtet. Um die Datendichte hydrometrischer Messnetze zu erhöhen und somit die Vorhersagequalität von Hochwasserereignissen zu verbessern, sind neue, kostengünstige und flexibel einsetzbare Wasserstandsmesstechnologien erforderlich. Diese sollten sich an den Genauigkeitsanforderungen konventioneller Messsysteme orientieren und die Beobachtung von Wasserständen zu praktisch jedem Zeitpunkt, selbst an den kleinsten Flüssen, ermöglichen. Ein Lösungsvorschlag ist die Entwicklung einer photogrammetrischen Smartphone-Anwendung (App) zum Crowdsourcing von Wasserständen mit welcher freiwillige Nutzer lediglich Bilder eines Flussabschnitts aufnehmen müssen, um daraus den Wasserstand zu bestimmen. Heutige Smartphones integrieren hochauflösende Kameras, eine Vielzahl von Sensoren, leistungsfähige Prozessoren und Massenspeicher. Sie sind jedoch für den Massenmarkt konzipiert und verwenden kostengünstige Hardware, die nicht der Qualität geodätischer Messtechnik entsprechen kann. Um das Einsatzpotential in mobilen Messanwendungen zu eruieren, sind Untersuchungen zum Smartphone als photogrammetrisches Messinstrument im Rahmen des Promotionsprojekts durchgeführt worden. Die Studien befassen sich mit der geometrischen Stabilität von Smartphone-Kameras bezüglich geräteinterner Temperaturänderungen und mit dem Genauigkeitspotential von mit Smartphone-Sensoren gemessenen Rotationsparametern. Die Ergebnisse zeigen eine starke, temperaturbedingte Variabilität der inneren Orientierungsparameter, weshalb die Kalibrierung der Kamera zum unmittelbaren Messzeitpunkt erfolgen sollte. Die Ergebnisse der Sensoruntersuchungen zeigen große Ungenauigkeiten bei der Messung der Rotationsparameter, insbesondere des Kompasswinkels (Fehler von bis zu 90° festgestellt). Selbiges gilt auch für Positionsparameter, gemessen durch in Smartphones eingebaute Empfänger für Signale globaler Navigationssatellitensysteme (GNSS). Wie aus der Literatur zu entnehmen ist, lassen sich unter besten Bedingungen Lagegenauigkeiten von etwa 5 m erreichen. Abseits davon sind Fehler von mehreren 10 m zu erwarten. Infolgedessen ist von einer direkten Georeferenzierung von Bildmessungen mittels aktueller Smartphone-Technologie abzusehen. Unter Berücksichtigung der gewonnenen Erkenntnisse wurde die Pegel-App Open Water Levels (OWL) entwickelt, deren methodische Entwicklung und Implementierung den Kern der Arbeit bildete. OWL ermöglicht die flexible Messung von Wasserständen via Crowdsourcing, ohne dabei zusätzliche Ausrüstung zu verlangen oder auf spezifische Flussabschnitte beschränkt zu sein. Datenaufnahme und Verarbeitung erfolgen direkt im Feld, so dass die Pegelinformationen sofort verfügbar sind. Praktisch nimmt der Anwender mit OWL eine kurze Zeitraffersequenz eines Flussufers auf, die zur Berechnung einer Raum-Zeit-Textur dient und die Erkennung der Wasserlinie ermöglicht. Zur Übersetzung der Bildmessung in den 3D-Objektraum wird aus vorhandenen 3D-Daten des zu untersuchenden Flussabschnittes ein synthetisches, photorealistisches Abbild der Aufnahmesituation erstellt. Erforderliche Näherungen der Bildorientierungsparameter werden von Smartphone-Sensoren und GNSS gemessen. Die Zuordnung von Kamerabild und synthetischem Bild erlaubt die Bestimmung der inneren und äußeren Orientierungsparameter mittels räumlichen Rückwärtsschnitt. Nach Rekonstruktion der Aufnahmesituation lässt sich die im Bild gemessene 2D-Wasserlinie in den 3D-Objektraum projizieren und der vorherrschende Wasserstand im Referenzsystem der 3D-Daten ableiten. Im Soll-Ist-Vergleich mit konventionell gemessenen Pegeldaten zeigt OWL ein erreichbares Genauigkeitspotential von durchschnittlich 2 cm, insofern synthetisches und reales Kamerabild einen möglichst konsistenten Bildinhalt aufweisen und die Wasserlinie zuverlässig detektiert werden kann. In der vorliegenden Dissertation werden damit verbundene geometrische und radiometrische Probleme ausführlich diskutiert sowie Lösungsansätze, auf der Basis fortschreitender Entwicklungen von Smartphone-Technologie und Bildverarbeitung sowie der zunehmenden Verfügbarkeit von 3D-Referenzdaten, in der Synthese der Arbeit vorgestellt. Mit der gegenwärtig als Betaversion vorliegenden und auf ausgewählten Geräten getesteten App Open Water Levels wurde eine Basis geschaffen, die mit kontinuierlicher Weiterentwicklung eine finale Freigabe für das Crowdsourcing von Wasserständen und damit den Aufbau neuer und die Erweiterung bestehender Monitoring-Netzwerke anstrebt