Detekcja terenów zalanych na obrazach Sentinel-1
Bartosz Wieczorek, Elżbieta Kuligowska i Bożena Łapeta, Zakład Teledetekcji Satelitarnej
Ciągłe opady deszczu, które miały miejsce na południu Polski w pierwszej połowie października spowodowały wzrost poziomu wód w rzekach oraz podtopienia wielu okolicznych terenów. Sytuacje takie miały miejsce przeważnie na terenie zlewni Górnej Odry i Wisły. W ich ciągłym monitorowaniu pomagały średnio rozdzielcze dane satelitarne Sentinel-1
Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy wydał stosowne ostrzeżenia przed intensywnymi opadami deszczu już z początkiem października tego roku. Specjaliści prognozowali jednocześnie wezbrania wód w rzekach. IMGW-PIB wydał ostrzeżenia drugiego stopnia m. in. dla większości obszaru Opolszczyzny oraz pierwszego stopnia dla sześciu powiatów Śląska i dziewięciu powiatów Małopolski. W szczególności przewidywano wezbrania i przekroczenie stanu ostrzegawczego na Odrze. Wydane ostrzeżenia umożliwiły odpowiednio wczesne przygotowanie się służb do działań prewencyjnych oraz likwidacji szkód.
Dzięki wykorzystaniu nowej generacji danych satelitarnych Sentinel-1 możliwa jest detekcja i monitorowanie podtapianych przez rzeki obszarów niezależnie od zachmurzenia, co nie jest możliwe z wykorzystaniem teledetekcji satelitarnej z zastosowaniem przyrządów optycznych.
Na prezentowanych poniżej obrazach z satelity Sentinel-1 widać dobrze jak w październiku 2020 roku zmieniała się sytuacja hydrologiczna na wybranych obszarach dorzecza Górnej Odry.
Łatwo zauważyć różnice w zasięgu wody (kolor czarny) przy normalnym stanie Odry (obraz z początku października) oraz w trakcie intensywnych opadów (ryc.3). Prezentowane poniżej obrazy Sentinel-1 dla okolic Raciborza pokazują czoło fali powodziowej.
Ponieważ interpretacja obrazu radarowego nie jest prosta, został on przetworzony tak, aby wydobyć z niego kontury maski odpowiadające jedynie detekcji wody. Maska wody (kolor czarny) widoczna na wszystkich kolejnych zdjęciach powstała na podstawie przetworzenia zdjęcia radarowego, a następnie została nałożona na archiwalne, bezchmurne zdjęcie z satelity Sentinel 2.
Na ryc.4 i 5 przedstawiono zmiany zasięgu wody oraz czoło fali powodziowej w okolicach Kuźnicy Raciborskiej i Ścinawy na podkładzie z danych Sentinel-2. Łatwo zauważyć czoło fali powodziowej jak i zasięg wezbrania widoczny po porównaniu z obrazem z przedstawiającym ten sam obszar przy normalnym stanie wód.
Dane satelitarne służą nie tylko do detekcji obszarów zalanych lub wezbrań na rzekach, ale mogą też być wykorzystywane do monitorowania zmieniającej się sytuacji hydrologicznej, co zostało pokazane na przykładzie zmian w napełnieniu zbiornika przeciwpowodziowego Racibórz Dolny na Odrze w dwóch kolejnych dniach października w porównania ze stanem przed wezbraniowym (Ryc. 6). W dniu 14 października 2020 widoczne jest podniesienie stanu wód na Odrze poniżej zbiornika spowodowane upustem wody na zaporze w celu przygotowania miejsca na przechwycenia fali powodziowej nadchodzącej ze strony czeskiej. W dniu 15 października 2020 widoczne jest z kolei napełnianie się zbiornika wodnego oraz zmniejszony przepływ wody w korycie Odry poniżej zapory.
Zbiornik wodny w Raciborzu efektywnie obniżył wysokość fali powodziowej na Odrze, chroniąc wiele miejscowości przed nieuniknionym zalaniem w przypadku jego braku. Na prezentowanych poniżej obrazach widoczne jest napełnienie zbiornika 18 października 2020 tym razem na podkładzie z obrazu Sentinel 2 w kompozycji barwnej „Atmospheric Penetration” (R=B12; G=B11; B=B8a).
Wykorzystanie danych z satelity Sentinel-2 do monitorowania stanu wód w dorzeczu Górnej Odry, w połowie października 2020 było niemożliwe ze względu na występujące na tym terenie zachmurzenie. Pierwsze optyczne zdjęcie satelitarne powierzchni terenu dla koryta Odry widocznego pomiędzy chmurami zarejestrowano dopiero 19 października 2020. (Ryc.8).
Porównanie obrazu Sentinel-2 oraz Sentinel-1 pokazuje przewagę tego drugiego w detekcji wody – nawet bez przygotowania maski wody obszary pokryte wodą są bardzo dobrze widoczne na obrazie Sentinel-1. W przypadku Sentinel-2 detekcja wody jest utrudniona ze względu na jej kolor, zbliżony do koloru otaczających pól, oraz ze względu na występujące zachmurzenie, które w części ją przysłania. Cień od chmur również utrudnia lub wręcz uniemożliwia detekcję wody (Ryc.9).
Opracowanie maski wody z danych Sentinel-1 i jej nałożenie na podkład z Sentinela-2 pozwala na jeszcze łatwiejszą detekcję wody oraz określenie rodzaju zalanego terenu co widoczne jest na ryc.10, na której łatwiej niż na obrazie Sentinle-1 można rozróżnić poszczególne działki.
Poniżej przestawiono kilka innych przykładów detekcji stanu wody w połowie października 2020. Dla każdego przypadku prezentowane są dwa obrazy:
- Stan przed wezbraniem widziany na archiwalnym bezchmurnym podkładowym zdjęciu satelitarnym w kompozycji barwnej RGB [R=B12; G=B11, B=B8a] utworzonym z danych Sentinel 2
- Maska wody powstała na podstawie zdjęcia radarowego Sentinel 1 (kolor czarny) naniesiona na podkładowe zdjęcie satelitarne Sentinel 2.
Rzeka Opawa (dopływ Odry) na pograniczu Polski i Czech, na zachód od Ostrawy:
Górna Odra po stronie czeskiej w okolicach Ostrawy:
Odra między Opolem a Oławą
Odra między Ścinawą a Głogowem
