Evaluation of C-Band SAR for Identification of Flooded Vegetation in Emergency Response Products

Abstract

A synthetic aperture radar (SAR) data set of the Peace Athabasca Delta, Alberta, was used to evaluate approaches to flooded vegetation mapping. A primary objective was to identify how to add a flooded vegetation layer to the Emergency Geomatics Service (EGS) SAR-derived flood products. Field data were used to identify non-flooded and flooded vegetation. A combination of statistical analyses and box plot visual inspection was used to evaluate the magnitude-only images, the polarimetric and compact polarimetric parameters/decompositions, and the coherence products for mapping flooded vegetation. This paper provides some background on the use of SAR for flood mapping, describes the data and processing methods, and presents the results of this comparison. To some degree all polarizations and techniques were effective for mapping flooded vegetation due to the increased backscatter intensity and the phase shift from the double bounce scattering. In particular, all polarization combinations, the HH/HV ratio, Shannon entropy, and the m-chi double bounce produce good separation. The water/vegetation interface remains coherent when flooded, also allowing flooded vegetation to be identified with seasonal coherence. These results demonstrate that the use of multi-mode RADARSAT Constellation Mission data for providing a flooded vegetation layer to EGS flood maps is possible.

RÉSUMÉ

Un ensemble des données SAR du Delta Peace Athabasca, en Alberta, a été utilisé pour évaluer des approches de cartographie de la végétation inondée, dans le but d’établir comment ajouter une couche de végétation inondée aux produits d’inondation dérivés du Service géomatique d’urgence (SGU). Des données recueillies sur le terrain ont servi à former des polygones composés de végétation non inondée et de végétation inondée. Une combinaison d’analyses statistiques et d’inspection visuelle de diagrammes a été utilisée pour évaluer les images de magnitude seulement, les paramètres/décompositions polarimétriques des images complètement polarimétriques ou compactes ainsi que les produits de cohérence pour la cartographie de la végétation inondée. Cet article fournit des informations de base sur l’utilisation de données SAR pour la cartographie des inondations, décrit les données et les méthodes de traitement des données et présente les résultats de cette comparaison. Dans une certaine mesure, toutes les polarisations et techniques ont été efficaces pour cartographier la végétation inondée, en raison de l’intensité accrue de la rétrodiffusion et du décalage de phase par rapport à la diffusion à double rebond. En particulier, toutes les combinaisons de polarisation, le rapport HH/HV, l’entropie de Shannon, et la décomposition de type m-chi à double réflexion produisent une bonne séparation. L’interface eau/végétation reste cohérente en cas d’inondation, ce qui permet également d’identifier la végétation inondée avec une cohérence saisonnière. Ces résultats montrent qu’il est possible d’utiliser des données multimode de la Mission de la constellation RADARSAT pour fournir une couche de végétation inondée destinée aux cartes d’inondation du SGU.

Acknowledgments

Acknowledgments go to the Remote Sensing Science (RSS) program at CCMEO and the Canada Space Agency (CSA) through the RCM DUAP program for supporting the project. Thanks to John Willis, Eric Christiansen and Roland Campbell of Alberta Environmental Monitoring, Evaluation and Reporting Agency (AEMERA) for help with ground truth in the PAD.