利用模糊C均值分类器（FCM）算法快速从SAR图像提取洪水信息

洪水发生时候大多数是阴雨天气，光学影像基本上拍不到有效影像。雷达影像这时候就能发挥其不受天气影像的优点。现在星载的雷达卫星非常多，如高分三号、陆探一号、巢湖一号、哨兵1号等。本文以哨兵1号L1地距(GRD)数据来介绍利用模糊C均值分类器（FCM）算法快速进行洪水分类，其他雷达数据处理类似。

处理软件为SARscape6.1，工具为“洪水分类工作流”，该工具集成了数据导入、多视、配准、滤波、地理编码、洪水分类、分类后处理。采用流程化操作方式，可以快速从两期或者多期SAR数据中识别洪水信息。整个过程可能十几分钟就能完成。

软件下载和试用：https://www.cnblogs.com/enviidl/p/16266813.html

第一步：启动工具

在Toolbox中，双击/高级雷达处理/参数设置/特定参数，在打开的界面中，单击Load Preferences按钮，选择Sentinel TOPSAR(IW-EW)。

注：本文采用中文版软件进行操作，英文版软件类似操作，汉化包下载地址：

https://pan.baidu.com/s/1hKSwFM6p5qSCOmtrqmRW1g?pwd=wgv7

在Toolbox中，双击/高级雷达处理/基础处理/洪水分类工作流，打开工具。

第二步：洪水分类工作流

一、数据输入

（1）输入文件选项。

• 感兴趣区文件：可选项，输入需要裁剪的区域。
• 后时相文件：输入洪水后的SAR图像文件，可以是未经导入的数据，也可以是经过数据导入转成SARscape格式的文件。本例直接选择未导入数据。
• 输入文件列表：输入洪水前的SAR图像文件，输入多期影像可以增加识别精度，可以是未经导入的数据，也可以是经过数据导入转成SARscape格式的文件。本例直接选择未导入数据。

图1：“输入”步骤文件面板

（2）DEM/制图系统选项。

如果不能连接互联网选择经过数据导入的DEM文件，否则直接选择在线下载DEM。

（3）参数

显示主要步骤的默认参数。

点击“下一步”按钮。

注：如果选择“下一步>>”按钮，工具将以默认参数直接运行到最后一步。

二、数据导入

“数据导入”步骤参数面板。

• 跳过子区域裁剪：设置为False。

其余按照默认参数，点击“下一步”按钮。中途会弹出找不到精密轨道文件的提示窗口，直接关掉即可。

图2：“数据导入”步骤参数面板

三、多视

“多视”步骤参数面板，软件根据输入的数据和格网大小自动计算距离向和方位向视数。本例输入的为地距哨兵1数据，距离向和方位向视数都为1，点击“下一步”按钮。

图3：“多视”步骤参数面板

四、配准

“配准”步骤参数面板，按照默认参数点击“下一步”按钮。

注：输入的为地距数据，默认不使用DEM参与配准。

配准完成后自动弹出“序列管理”工具，可以对配准后的SAR图像进行目视浏览。

五、滤波

“滤波”步骤参数面板，提供了多种斑点噪声抑制滤波，按照默认参数点击“下一步”按钮。

六、地理编码与辐射定标

“地理编码与辐射定标”步骤参数面板，可以选择是否进行SAR图像的定标。这里按照默认参数点击“下一步”按钮。

注：如果图像经过了裁剪，可以设置“其他参数-> 去除无效边界区=true”。

图4：“地理编码与辐射定标”步骤参数面板

七、DEM转坡度

“DEM转坡度”步骤参数面板，得到的坡度数据用于提高洪水识别精度。按照默认参数点击“下一步”按钮。

八、洪水分类

“洪水分类”步骤参数面板。

• 水体阈值（Water Threshold ）（dB）：用于检测水存在的最小dB值，所有低于此值的像素都将被考虑。如果在事件前图像和事件后图像之间存在稳定水域，则将该区域分类为持久水域。
• 高程阈值（DEM Threshold）（m）: 最小的高程值，将用于删除稳定水域或洪水，所有像素超过这个值将被考虑。
• 坡度阈值（Slope Threshold）（deg）：用于去除稳定水或洪水存在的最小坡度值，所有超过此值的像素将被考虑。
• 比值阈值（Ratio Threshold）：这是事件前和事件后图像之间的最小比值阈值，将用于检测洪水区域的存在。所有超过这个值的像素都将被考虑。如该地区有水，而比率值足够，该地区将被列为洪水地区。
• 高散射点阈值（High Scattering Point ）（dB）：这是与高反射率目标（如船舶）相关的后向散射值，以分贝表示。此参数有助于避免误报的识别。

注：旁瓣效应可能导致识别高反射率目标周围的假阳性区域。

按照默认参数点击“下一步”按钮。

图5：“洪水分类”步骤参数面板。

九、分类后处理

“分类后处理”步骤参数面板。可以通过进一步设置水体概率阈值、洪水低概率阈值、洪水中等概率阈值、洪水高概率阈值对结果进一步优化。

按照默认不进行分类后处理点击“下一步”按钮。

十、结果输出

“结果输出”步骤参数面板，选择一个路径输出结果。结果会输出四类结果文件：

• _class：洪水区域分类栅格文件，包括四种类型：无分类区、非水体区、高散射点、无变化水域、洪水区域。
• _postEvent：事件前平均强度图像。
• _preEvent：事件后平均强度图像。
• _ratio：事件前后后向散射系数比值图像。

图6：输出结果