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La synthèse des images Radar », film du CNES, 1992, version anglaise et ...
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Support du cours en ligne
Images radar en Télédétection:
Concepts de base et applications
HYPERLINK "https://earth.esa.int/web/guest/eo-education-and-training/sar-basics-snap-course" https://earth.esa.int/web/guest/eo-education-and-training/sar-basics-snap-course
Support rédigé par
HYPERLINK "mailto:laure.boudinaud@esa.int" laure.boudinaud@esa.int (exercices pratiques)
HYPERLINK "mailto:jean-paul.rudant@univ-mlv.fr" jean-paul.rudant@univ-mlv.fr (rappels de cours)
exo 5 manque géoréférencement dans le titre
Page Youtube contenant les vidéos sur lesquelles porte ce document : HYPERLINK "https://www.youtube.com/playlist?list=PLbyvawxScNbsmfg70AFO5r9ktXH0mpw-c" https://www.youtube.com/playlist?list=PLbyvawxScNbsmfg70AFO5r9ktXH0mpw-c
Les vidéos consacrées aux exercices ont été réalisées avec le logiciel Sentinel1-toolbox disponible depuis le printemps 2015 ; logiciel aujourdhui intégré dans SNAP, qui rassemble divers logiciels en une seule plateforme. Il en résulte de légères différences que nous mentionnerons ci-dessous en passant en revue lensemble des exercices. Il existe par ailleurs quelques écarts entre les TP annoncés en cours et les réalisations effectives.
Ces quelques manques de cohérence entre rappels de cours et contenus des TP sont dus au fait que les vidéos de rappels de cours ont été réalisées par prise de vues de type « one shot » et que les TP ont été mis en place ensuite avec découverte progressive des contraintes logicielles.
Afin de suivre les vidéos exercices et den tirer un apprentissage maximum sur comment manipuler les données satellites via le logiciel SNAP, nous conseillons de sappuyer sur le même type de données (même format, par exemple, S1A_EW_GRDM, ou S1A_SLC, etc.) que celui présenté dans la vidéo, sans pour autant avoir à retrouver la même image exactement . Pour une autre région du monde, a une autre date dacquisition, les étapes de manipulation de limage restent les mêmes. Nous rappelons que les données en question sont téléchargeables sur le Sentinel Scientific Data Hub : HYPERLINK "https://scihub.copernicus.eu/dhus/" \l "/home" https://scihub.copernicus.eu/dhus/#/home.
Vous pouvez aborder rappels de cours et exercices dans lordre qui vous parait adapté à vos connaissances actuelles.
Dans la partie consacrée aux rappels de cours sont indiquées des ressources complémentaires en français.
EXERCICES
Exercice 1. Chargement et Manipulation dimage (Sentinel-1) (durée 625)
[000] La vidéo explique comment ouvrir une image Sentinel-1 dans la plateforme SNAP (qui contient la Sentinel-1 Toolbox). Ces données radar sont codées en 16bit, mais sont visualisées en 8bit.
[120] Pour convertir les données de 16 en 8 bits, on utilise loutil Convert Datatype . Dans la version plus actuelle du logiciel, on trouve cet outil dans Raster >Data Conversion (contrairement à ce qui est montré dans la vidéo, où cet outil est atteint suivant un chemin légèrement différent). On peut se rendre compte que limage dorigine (codée en 16bit) et celle convertie en 8bit sont en effet les mêmes quand on les visualise.
[215] Comment coordonner deux images et les visualiser en même temps.
[300] Analyse statistique des données : comment lire lhistogramme dune image. On se rend ainsi compte de la différence des histogrammes de limage codée en 16bit et de celle codée en 8bit.
[450 à 624] Analyse du speckle (« chatoiement » en français) sur limage 8bit, sur une zone dintérêt (rectangle, puis ligne). Utilisation de loutil Profil Plot.
Exercice 2. Extraction dune partie dimage et réduction du chatoiement (durée 916)
[000] Ouverture de limage Sentinel-1 et explication des différents fichiers de données la constituant, dont Metadata qui fournit un grand nombre dinformations sur lacquisition et le traitement de limage.
[200] Visualisation dune des bandes (polarisation VH) et explication de leffet dinversion droite-gauche, du fait de la géométrie radar, et de lacquisition de limage en orbite descendante du satellite. Afin de remettre limage « approximativement á lendroit », on utilise loutil Flip pour inverser horizontalement limage. Pour cela, la nouvelle version impose de créer un graphe (outil que lon trouve dans longlet Tools > GraphBuilder), puis il faut cliquer droit sur le fond blanc du graphe Add > Raster > Flip pour ainsi créer lopération reliant Read (qui concerne limage dintérêt) et Write (la nouvelle image, inversée, que lon cherche à obtenir).Dans longlet Flip de la fenêtre du GraphBuilder, faire bien attention à sélectionner « Horizontal », pour le cas de limage de la Bretagne sur laquelle porte cet exercice.
[400] Différences entre les deux images de polarisation VV et VH.
[445] Comment obtenir un extrait dimage afin de permettre une manipulation plus rapide. Loutil de SNAP sappelle Subset. Il se trouve dans la dernière version de SNAP dans longlet Raster.
[605 à 915] Loutil pour réduire le chatoiement (ou « speckle » en anglais) est Single Product Speckle Filter, qui se trouve dans longlet Radar > Speckle Filtering. Démonstration avec le filtre moyen (Mean) et le filtre de Lee, pour des fenêtres de 5 pixels par 5. Comparaison visuelle des différentes images filtrées.
Exercice 3. Génération dun interférogramme (durée 640)
[000] Liste des étapes à suivre pour la génération dun interférogramme.
[100] Ouverture des deux images ; lune « maitresse », lautre «esclave ». Dans lexemple, lécart de temps entre les deux images est de 12 jours (ce qui correspond à la période de révolution du satellite).
[135] Utilisation du GraphBuilder, loutil qui permet de créer une chaine dopérations effectuées sur une ou plusieurs images (deux dans le cas dun interférogramme). Des schémas de graphes préexistants sont disponibles dans loutil.
De manière quelque peu différente par rapport à la vidéo, on y accède dans la version la plus récente de SNAP en suivant le chemin suivant: une fois dans la fenêtre GraphBuilder, cliquer sur longlet Graphs en haut de la fenêtre, puis Radar > InSAR Graphs > TOPSAR Coreg Interferogram IW with all swaths. Une fois le graphe visualisé, les étapes sont expliquées une á une :
- TOPSAR Split : chaque image est divisée en trois sous-images- Apply-Orbit-File : qui combine des informations sur lorbite dacquisition des images- Back-Geocoding : létape la plus longue, durant laquelle se fait une coregistration très précise, en appliquant un DEM extérieur (téléchargé automatiquement par le logiciel SNAP)- Interferogram : différence pixel par pixel de la valeur de la phase- TOPSAR-Deburst : le « debursting » est lélimination des bandes noires horizontales, dites « burst », sur chaque sous-image- TOPSAR-Merge : opération qui fusionne les trois sous-images afin dobtenir un interférogramme complet.
Enfin, on choisit le fichier dans lequel sera sauvegardée limage traitée et on lance le processus en cliquant sur Run ou Process. [Remarque: Parfois, lopération naboutit pas ; il est bon relancer lopération.]
[440 à 639] Présentation des bandes obtenues: différence de phase, où on reconnait les franges topographiques (5e fichiers dans les bandes de lobjet obtenu) et cohérence, cest-à-dire le module de la corrélation complexe entre les deux images SLC (3e fichier). Elle met en valeur le changement entre les deux images.
Exercice 4. Filtrage de la phase sur un interférogramme (durée 356)
[000] A partir de linterférogramme produit lors de lexercice 3, on fait apparaitre le 5e fichier (différence de phase). On reconnait difficilement les franges (topographiques) car limage est relativement bruitée. Le filtrage se fait en cliquant sur longlet Radar > Interferometric > Filtering > Goldstein Phase Filtering (chemin légèrement différent de celui montré sur la vidéo, car longlet SAR processing a été renommé Radar dans la version plus récente du logiciel).
Le filtre de phase de Goldstein est défini par plusieurs paramètres. Dans notre cas, nous laissons les paramètres de référence. On lance lopération de filtrage (223) et on obtient une image sur laquelle apparaissent plus nettement les franges.
[308 à 355] On visualise en parallèle les deux interférogrammes (avant et après filtrage) afin de comparer les franges de phase et noter leffet du filtrage.
Exercice 5. Mosaïque de deux images (durée 943)
[000] Ouverture des images Sentinel-1. Oralement il est dit que ces deux images ont été prises a quelques secondes darc de différence (il sagit en fait de plusieurs minutes darc), elles présentent donc un recouvrement partiel et le but de cet exercice est de les combiner en une seule image.
[204] Avant de faire la mosaïque elle-même, une calibration radiométrique permet dhomogénéiser les niveaux afin déviter des effets de bords aux raccordements entre images. Pour cela, il faut cliquer sur Radar > Radiometric > Calibrate.
[250] Une fois la calibration terminée, on clique sur Radar > Sentinel-1 TOPS > S-1 Slice Assembly, afin deffectuer le mosaïcage des deux images.
[420] Multi-looking (fenêtre 4x4) afin de réduire le speckle, bien quaux dépens de la résolution géométrique de limage. Pour cela, cliquer sur Radar > Multi-looking. On change le nombre de Range Looks et Azimuth Looks a 4, puis on lance le processus de multilooking. On visualise ensuite les nouvelles bandes, sur lesquelles on note moins de speckle, mais moins de détails.
[638 à 942] A présent, létape est celle de géoréférencement. Apres avoir fermé tous les produits, on choisit un nouvel outil dans Radar > Geometric > Terrain Correction > Range Doppler Terrain Correction. On laisse comme paramètres de traitement ceux par défaut. On décoche loption « Mask out areas without elevation » afin de laisser apparaitre la mer sur limage obtenue. Puis on lance le processus. Le produit obtenu permet de reconnaitre facilement des zones connues de la région étudiée sur ces deux images : la région de Rome et la Toscane (Italie).
Exercice 6. Détection de changement Inondation au Sri Lanka (durée 544)
[000] A partir de deux images, lune acquise avant les inondations de Novembre - Décembre 2014, lautre acquise pendant, on va sentrainer à coregistrer (terme anglais dusage courant qui signifie recalage) ces images multi temporelles et créer une composition RGB.
[034] Ouverture des données S1 et explications qualitatives de ces images. Afin de pouvoir mesurer et analyser quantitativement le changement entre ces deux images, il faut procéder à une coregistration. Pour cela, Radar > Coregistration > Automatic Coregistration. En cliquant sur «Add Opened » on ajoute comme inputs les deux images qui sont déjà ouvertes dans SNAP. En laissant les paramètres par défaut, on lance le traitement.
[310] Ouverture des bandes obtenues après coregistration et visualisation des deux bandes en parallèle (en utilisant loutil Tile Horizontally).
[400 à 543] Pour mieux visualiser les bandes et détecter le changement entre les deux, on crée une composition colorée RGB (Red-Green-Blue, cest-à-dire Rouge-Vert-Bleu). Pour cela, contrairement à ce qui est présenté dans la vidéo, il faut cliquer sur Window > Open RGB Image. Explication qualitative du résultat ainsi obtenu.
Exercice 7. Calibration dimage (durée 601)
[000] Ouverture des données S-1, et plus particulièrement des bandes dintensité VV et VH. On les visualise simultanément grâce à loutil Tile Horizontally. Pour comparer deux images prises lors dacquisitions différentes, il faut comparer des valeurs représentatives du sol, indépendantes des conditions dacquisition (dues au capteur). Un exemple de ce type de valeur, dite quantitative, sappelle sigma0, ou coefficient de rétrodiffusion (backscatter en anglais) ; valeur qui peut être donnée en valeur naturelle ou convertie en dB. Pour transformer les valeurs prédéfinies dans les images Sentinel en cette valeur, le processus sappelle « calibration ». Lopération consiste en lapplication dune formule (connue par le logiciel) dépendante du capteur dacquisition de limage.
[226] On effectue la calibration en cliquant sur Radar > Radiometric > Calibration. On sélectionne les deux canaux (VV et VH) dans Processing Parameters et on vérifie bien que Sigma0 est coché. Ouverture des deux nouvelles bandes obtenues : Sigma0_VV et Sigma0_VH, que lon convertit en décibels (dB). Visualisation des deux produits en parallèle. La conversion en dB est dusage pour fournir des résultats quantitatifs dans les publications scientifiques. Elle opère une compression logarithmique de la dynamique des valeurs initiales.
[425 à 600] Pour faire lhistogramme du produit VV, on le sélectionne puis on clique sur Analysis > Histogram. De même pour lhistogramme VH, il suffit de « rafraîchir » lhistogramme sur le bouton correspondant après avoir sélectionné la bande dans Product Explorer. Comparaison des deux histogrammes.
Exercice 8. Comparaison qualitative dimages multi-bandes (durée 1203)
[000] Comparaison de différentes images radar dans différentes bandes (ALOS, bande L ; RADARSAT 2, bande C ; Sentinel-1, bande C ; et COSMO-SkyMed, bande X). On peut visualiser ces différentes images (acquises à des dates différentes) en utilisant loutil World Map View. On se rend ainsi compte des différentes fauchées pour chaque satellite. Ces images recouvrent la région proche de Kourou, en Guyane française.
[225] On compare qualitativement les trois bandes en les ouvrant et en les visualisant simultanément (avec loutil Tile Horizontally). Les images sont géocodées, mais la résolution étant différente, les images ne sont pas coregistrées entre elles. On remarque la différence de pénétration des images acquises en bande C comparées à celle en bande L.
[515] Création dune composition RGB à partir de bandes VH, VV et du ratio VH/VV (contrairement à ce qui est dit oralement dans la vidéo). Pour cela cliquer sur View > Create RGB Image. On fait la même chose pour les deux autres images.
[815] La composition RGB permet de visualiser les différences existantes entre les différents canaux. La décomposition polarimétrique est une technique plus avancée pour ce type de visualisation.
[853 à 1202] Visualisation des canaux HV et HH de la 4e image (bande X, COSMO-Skymed) (déjà processée) qui présentent de nombreuses différences. Création dune image RGB (rouge : HH, vert : HV et bleu : HH/HV).
RAPPELS DE COURS
Ressources pédagogiques additionnelles, qui seront également rappelées à la fin des séquences concernées :
Le site ENSG propose deux cours plus complets :
Télédétection Radar:
HYPERLINK "http://cours-fad-public.ensg.eu/course/view.php?id=94" http://cours-fad-public.ensg.eu/course/view.php?id=94
Comparaison Télédétections Optique et Radar:
HYPERLINK "http://cours-fad-public.ensg.eu/course/view.php?id=116" http://cours-fad-public.ensg.eu/course/view.php?id=116
Plusieurs films consacrés aux images radar sont hébergés sur le site ENSG :
Onglet « Télédétection radar ; autres ressources audiovisuelles » en milieu de la page consacrée aux divers cours de Imagerie, photogrammétrie, télédétection HYPERLINK "http://cours-fad-public.ensg.eu/course/index.php?categoryid=44" http://cours-fad-public.ensg.eu/course/index.php?categoryid=44
HYPERLINK "http://cours-fad-public.ensg.eu/course/view.php?id=119" http://cours-fad-public.ensg.eu/course/view.php?id=119
3 documents vidéos y sont disponibles :
« Télédétection Radar », film CNRS, 1989,
« La synthèse des images Radar », film du CNES, 1992, version anglaise et version française
Un CD bilingue Français-Anglais « La Guyane à travers les nuages » ; peut être téléchargé sur le site ESA :
HYPERLINK "https://earth.esa.int/web/guest/eo-education-and-trainingweb/eo-edu/education-for-schools" https://earth.esa.int/web/guest/eo-education-and-trainingweb/eo-edu/education-for-schools
en bas de page à droite HYPERLINK "https://earth.esa.int/documents/10174/1861927/French_Guyana_ERS" French Guyana, as seen by the ERS Radar Satellite (ZIP 390 MB). Ce CD permet de sinitier aux images radar.
Séquence 1. Introduction, présentation générale des images radar (durée 2436)
Présentation générale des images radar, du domaine des micro-ondes, la mesure pour un pixel dune image radar (amplitude et phase), notion de polarisation, géométrie par rapport au radar et géométrie au sol, résolutions spatiales (transversale et longitudinale), effets du relief (compression, dilatation, ombres).
Plus de détails
[000] Introduction générale au cours et aux travaux pratiques (par Francesco Sarti), puis présentation des images radar en quelques mots.[137] Les domaines optique et radar , longueur donde, cohérence et polarisation (horizontale ou verticale) pour le radar, insensibilité aux nuages des ondes centimétriques. [N.B : A 237, il est dit infrarouge thermique au lieu de proche infrarouge, correspondant à la réflexion de la lumière solaire.][708] Nature de la mesure radar, double information : amplitude et phase. Influence des caractéristiques de londe et de celles du sol sur ces mesures. Caractérisation dune image par le doublet de la polarisation démission et de la polarisation de réception.[1015] Structuration des images, ligne après ligne. Géométrie radar et géométrie sol. Les deux résolutions, longitudinale (ou azimutale) et transversale. La distinction entre géométrie radar et géométrie sol ; la taille des pixels dans les deux cas (taille différente car le système imageur radar est anisotrope). La géométrie des images en présence de relief.[1510 à 2330] Distorsion géométrique des images en zone de relief. Variabilité de la surface dun pixel en fonction de la pente. Compression des images pour les faces orientées vers le radar et dilatation des faces opposées. Effets de recouvrement et dombre.
Pour mémoire : quelques relations quantitatives
Résolution spatiale longitudinale ((Longueur dantenne)/2) aussi bien en géométrie radar que géométrie sol
Résolution spatiale transversale en géométrie radar C / 2 B où C est la vitesse de la lumière et B la largeur de bande
Résolution spatiale transversale en géométrie sol C / 2 B sin (incidence-locale) où inc-locale ~( i-p), et i est lincidence pour un sol plat et p la pente dans la direction du radar (valeur algébrique, positive pour des faces orientées vers le radar et négative pour les faces opposées)
Surface pixel au sol en considérant comme tailles du pixel les deux résolutions spatiales précédentes. Cette approche est simplifiée mais permet de suivre les variations de cette surface à un coefficient de proportionnalité près.
Dð S= (L/2) * C / 2 B sin (incidence locale) DðS pixel = DðSsol plat * sin(i)/sin(i-p)
Déplacement vers le radar d un point d altitude H dans l image en géométrie sol = H /tg(i)
Il y a recouvrement si i90-i) (ou p est la valeur absolue de la pente des faces opposées au radar).
Précision : Pour une zone présentant du relief, le rabattement en distance à lantenne dans le plan de référence (niveau zéro) des points en altitude équivaut à une perspective de capteur optique avec une direction de visée orthogonale au faisceau radar, comme le montre le schéma ci-dessous :
N.B : Un commentaire additionnel explique que la pente du terrain doit être considérée comme algébrique dans les expressions algébriques analysées. Ce commentaire est présent en cours dexposé et inutilement répété à la fin.
Ressources additionnelles:
Voir le cours Télédétection radar : http://cours-fad-public.ensg.eu/course/view.php?id=94, en particulier les chapitres Généralités, Géométrie, Exercices.
Le chapitre consacré aux exercices porte sur des « généralités » telles que :
- les mouvements vibratoires,
- les polarisations, changement de direction de polarisation rectiligne pour une réflexion d onde sur un interface plan,
- la résolution spatiale transversale,
- leffet Doppler et la résolution spatiale longitudinale,
- quelques rappels dorbitographie,
- des notion de cohérence,
- lerreur de localisation des cibles mobiles,
- le dièdre droit darête perpendiculaire au faisceau,
- la relation fréquence de répétition des impulsions et géométrie dacquisition)
dautre part sur la « Géométrie » :
- la comparaison des directions dun linéament incliné au sol et dans limage,
- la projection dite de la « Plate Carrée »,
- la distinction de deux images avec des incidences différentes,
- effet dun MNT erroné sur les corrections géométriques,
- une image de la Tour Eiffel, sur laquelle il faut déterminer la direction du capteur et lincidence du faisceau,
- leffet de pente sur léchelle de restitution transversale, les effets de pente sur la surface dun pixel.
Un extrait du cours précédent « Séquence pour se poser des questions » permet de découvrir les images radar en quelques minutes; à consulter sur la page : HYPERLINK "http://cours-fad-public.ensg.eu/mod/imscp/view.php?id=513" http://cours-fad-public.ensg.eu/mod/imscp/view.php?id=513
Voir le cours Comparaison des Télédétections optique et radar:
HYPERLINK "http://cours-fad-public.ensg.eu/course/view.php?id=116" http://cours-fad-public.ensg.eu/course/view.php?id=116
Ce cours permet de mettre en parallèle télédétections optique et radar et peut faciliter la compréhension de certaines notions. Il contient en complément un résumé des principaux sujets rencontrés en télédétection optique et radar.
Pour compléter la partie optique, une brève présentation est consacrée à la télédétection LIDAR à ladresse :
HYPERLINK "http://cours-fad-public.ensg.eu/course/view.php?id=113" http://cours-fad-public.ensg.eu/course/view.php?id=113
Séquence 2. Equation radar revisitée pour la télédétection (durée 1702)
Variabilité spatiale des réponses sur une zone homogène, calcul de valeurs moyennes, puissance reçue par un pixel sol, puissance réfléchie, facteur directionnel à la réflexion, cas de la rétrodiffusion.
Surfaces lisses, rugueuses. Effets diélectriques (influence des longueur donde et polarisation) et effets de rugosité (influence longueur donde et géométrie de surface à léchelle de la longueur donde). Comparaison avec le facteur directionnel lambertien utilisé couramment en optique.
Plus de détails
[000] Equation radar simplifiée sans développement des termes spécifiques relatifs aux antennes.
Puissance reçue par un pixel au sol, puissance réfléchie dans le demi espace supérieur, facteur directionnel, puissance reçue par une antenne pour un système bistatique (lantenne de réception nest pas nécessairement la même que celle démission).
[705] Puissance moyenne reçue par lantenne à la réception (système monostatique : antenne de réception = antenne démission).
Précision : Lors de cette présentation, les termes suivants sont utilisés :
Amplitude : celle du champ mesuré.
Intensité : amplitude au carré (énergie véhiculée a un facteur près).
Puissance (au facteur temps près, coïncide avec lénergie ainsi quavec lintensité), utilisée pour les explications relatives à la mesure radar, de préférence au champ damplitude A.
Puissance moyenne sur une fenêtre englobant un pixel (afin de ne pas considérer la variabilité de la mesure due au chatoiement (speckle) (voir Séquence 4-Loi de Rayleigh)).
[1000] Discussion sur les principaux facteurs qui influencent la réponse radar (puissance moyenne).
Surface du pixel variant en 1/sin(incidence-locale).
Coefficient de réflexion hémisphérique dépendant principalement des caractéristiques diélectriques du milieu, secondairement de la géométrie à l échelle de la longueur d onde ðlð ðlambda.
Coefficient directionnel dépendant principalement des propriétés géométriques (à l échelle de Lambda) Ce coefficient est tel que pour tout ui, son intégrale dans le demi espace supérieur égale 1 avec dWð comme variable d intégration. Sa forme s adapte aux types classiques de diffusion, spéculaire, forte rétrodiffusion, diffusion lambertienne (usuelle en optique).
Précision: Le flux du faisceau radar Fð0ð radar (Watt/m2 perpendiculairement au faisceau) est ici considéré comme constant sur la scène, ce qui suppose que des corrections de lobe d antenne et de distance ont été effectuées lors des prétraitements.
[1245] Guide dinterprétation et discussion autour des effets de pente, de la variabilité diélectrique, des effets géométriques liés à la rugosité de la surface.
[1400 à 1701] Rapide comparaison avec loptique, facteurs communs et recombinaison spécifique en optique, en particulier si la surface est lambertienne (quel que soit ui, G(ui, ur) = cos(r) / pð) ce qui conduit à l introduction de l IFOV du capteur (ce dernier point n a pas été précisé oralement) et simplifie l expression de la puissance reçue par le capteur (voir ci-dessous dans les relations quantitatives).
Pour mémoire : quelques relations quantitatives
Puissance reçue par un pixel sol : Fð0ð radar * ðDðS pixel *Cos (i-local)
Puissance réfléchie demi espace supérieur = Fð0ð radar * ðDðS pixel *Cos (i-local) * Rhe
Puissance reçue par une antenne de position quelconque : Fð0ð radar * ðDðS pixel *Cos (i-local) * Rhe* G(ui, ur)* DðWð ðpixel=>antenne
Supposant les facteurs Fð0ð radar , DðWð ðpixel=>antenne , constants ou peu variables, les principaux facteurs qui influencent la puissance reçue sont donc DðS pixel , Cos (i-local) , Rhe, G(ui, ur) ; et en rétrodiffusion DðS pixel , Cos (i-local) , Rhe, G(ui, ui) car ur=ui.
Pour information , en optique : Fð0ð soleil * ðDðS pixel *Cos (i-local) * Rhe* G(ui, ur)* DðWð ðpixel=>antenne pour une diffusion lambertienne , quel que soit ui , G(ui, ur)= cos (r) /pð
Puissance reçue = Fð0ð soleil * ðDðS pixel *Cos (i-local) * Rhe* cos (r) /pð *DðS capteur / R2
=ð ðFð0ð soleil * Cos (i-local) * ð(ðDðS pixel * cos (r) / R2 ) * Rhe* /pð *DðS capteur
Avec (ðDðS pixel * cos (r) / R2 ) = IFOV, on obtient Puissance reçue = Fð0ð soleil * Cos (i-local) * IFOV * Rhe* /pð *DðS capteur
Ou IFOV et DðS capteur sont des termes constants. Les termes variables sont alors principalement Fð0ð soleil * Cos (i-local) * Rhe.
Rhe, réflectance hémisphérique, est banalement alors appelée réflectance, elle dépend de lincidence locale et de la longueur donde (notion de signature spectrale).
La puissance mesurée en optique dépend de deux termes liés à la longueur donde (variations du flux solaire et de la réflectance Rhe) et des effets géométriques de la pente par le facteur Cos (i-local).
Note : 1426 et1435 existence de pages parasites.
Ressources additionnelles
Voir le cours mentionné à la séquence 1/Télédétection Radar, chapitre Radiométrie, paragraphe Mesure radar.
Séquence 3. Premières illustrations dimages (durée 1947)
Discussion autour des facteurs influençant la réponse radar, surface pixel sol, incidence locale, réflectivité hémisphérique, coefficient directionnel, longueur donde, polarisation.
Exemple en Guyane (zone littorale), au Cameroun (zone de brulis), comparaison des effets du relief sur une image optique et sur une image radar, comparaison de polarisations différentes, mise en évidence deffets de rugosité (seuils de Rayleigh).
Plus de détails
[000] Analyse dune image ERS (bande C, polar VV, orbite montante, visée à droite) sur une zone littorale située à l Ouest de la Guyane.
Discussion autour des différents termes de la relation K*DðS pixel ð*Cos (i-local) * Rhe* G(ui, ui) (limitée ici aux termes Rhe et G(ui, ui) car DðS pixel et Cos (i-local) sont constants pour une surface horizontale).
Compte tenu des incertitudes sur la nature des prétraitements et du mode de conversion 16 bits ! 8 bits pour la visualisation, la variabilité des réponses au sein de la scène ne peut être interprétée quen termes de tendances autour de la variabilité de Rhe (plutôt due à des causes diélectriques, selon la nature de la polarisation) et du terme G(ui, ui) plutôt lié à des effets géométriques de rugosité (également influence moindre de la polarisation). La longueur donde joue un rôle à la fois aux niveaux diélectrique et des effets de rugosité.
[1039] Comparaison de deux images ERS en bande C, polarisation VV et Alos Bande L, polarisation HH sur lestuaire du Wouri à Douala. La différence de réponse est interprétée en terme de rugosité (surface quasi lisse en bande L et rugueuse en bande C) . Les effets liés à la polarisation sont ici considérés comme secondaires.
[1154] Analyse dune image ERS sur une zone de brulis autour de Ngaoundéré au Cameroun.
[1306] Comparaison de deux images en bande C, polarisations VV et HV sur le littoral gabonais, avec deux principaux milieux, océan et forêt dense.
[1420] Comparaison dune image optique et dune image radar sur une zone de reliefs modérés couverts de forêt dense. Mis en évidence de l influence du facteur multiplicatif DðDðS pixel (et des effets de pente) dans la valeur mesure de la puissance radar.
[16 30 ] Comparaison d une ortho image optique et de deux images radar d incidence 28 et 45 ° sur une zone de relief modérées couverte de forêt dense. Lincidence la plus faible correspond aux distorsions géométriques les plus fortes.
[1900 à 1946] Note sur les seuils de rugosités (travaux du physicien Rayleigh).
Ressources additionnelles
Voir le cours mentionné à la séquence 1/Télédétection Radar, chapitre Applications.
Séquence 4. HYPERLINK "https://earth.esa.int/SAR-SNAP-course/Theory/03bis%20Lecture%20et%20visualisation%20dune%20image.mp4" Lecture et visualisation d'une image (durée 1543)
Codage des images damplitude et des images complexes, visualisation des parties réelle, imaginaire, phase, amplitude, intensité. Compression du codage 16 bits par pixel au codage 8 bits par pixel pour la visualisation. Réalisation dun « quicklook » par sous échantillonnage puis par moyennage et réduction de taille adaptée.
Plus de détails
[000] Le codage des images GRD (16bits par pixel) et SLC (partie réelle X, imaginaire Y), X et Y sur 16 bits.
[227] Visualisation des parties réelle, imaginaire, de la phase, de l amplitude et de l intensité. Discussion sur la conversion 16bits ! 8 bits pour la visualisation.
[8 29 ] Réalisation d un quicklook.
Note : A 9 25 erreur : 500 mégas pixels et donc 1giga Octets.
[1130 à 1542] « Quicklook » par sous-échantillonnage puis par moyennage incohérent et réduction de taille adaptée pour limage. Dans les deux cas, la résolution spatiale est dégradée mais, dans le second cas seulement, la résolution radiométrique est améliorée par réduction du chatoiement.
Ressources additionnelles
Voir le cours mentionné à la séquence 1/Télédétection Radar, chapitre Radiométrie, sous-paragraphe Visualisation.
Séquence 5. HYPERLINK "https://earth.esa.int/SAR-SNAP-course/Theory/04bis%20Rayleigh%20Filtrage.mp4" Loi de Rayleigh, notions sur le filtrage (durée 2847)
Origine du chatoiement (speckle), successivement dans le cas dun pixel contenant une cible, puis deux cibles, puis un grand nombre de cibles. Variabilité de la réponse en amplitude pour une zone homogène, présentation de la loi de probabilité de Rayleigh, coefficient de variation (écart type sur moyenne) sur un voisinage de pixel. Filtrage par moyennage simple ou filtre adapté. Effet du filtrage sur le coefficient de variation. Nombre de vues.
Plus de détails
[000] Origine du chatoiement : la réponse dun pixel est la somme des réponses de cibles élémentaires, successivement dans le cas dun pixel contenant une cible, puis deux cibles
[512]
puis un grand nombre de cibles. La somme des réponses est traitée comme une somme de nombres complexes de même module mais avec une phase quelconque (du fait que la taille du pixel est très grande devant lð).
[12 51 ] Présentation graphique de la loi de Rayleigh P(A) pour l amplitude , moyenne et écart type sur une fenêtre, coefficient de variation sigma(A)/m(A)= 0,52 pour une zone homogène.
[13 51 ] Dans ce cas, rapide discussion sur le coefficient de variation pour lintensité sigma(I)/m(I)= 1, avec m(I)= n*a02 où n est le nombre de cibles élémentaires dans chaque pixel et a02 un facteur proportionnel à la puissance rétrodiffusée par chaque cible élémentaire (les dimensions physiques de la puissance et de lintensité contiennent un terme amplitude au carré).
[1535] Filtrage par moyenne simple de lamplitude sur un pavé. Les réponses de pixels voisins sont supposées être des variables indépendantes. Dans ce cas le coefficient de variation pour la moyenne obtenue vaut 0,52 / Rac(N) ou N est approximativement le nombre de pixels du pavé considéré (N=nombre de vues).
[2120] Notion de filtre adaptatif qui prend en compte lhomogénéité statistique des réponses sur un voisinage de pixel dans le choix de la taille de la fenêtre de moyennage.
Discussion sur la capacité de la vision humaine à effectuer naturellement le filtrage. La nécessité de filtrer numériquement intervient lors de lusage dalgorithmes de classification. Pour linterprétation , la taille du pixel lors de la restitution (écran ou papier) doit être suffisamment petite pour réduire limpression de bruit, ce qui est plus facile à réaliser sur un support type papier ou film que sur un écran ou 1000 pixels occupent linéairement une longueur de lordre de 20 cm, ce qui donne aux images en pleine résolution une allure très bruitée. Un meilleur choix pour la visualisation serait par exemple de réaliser un film de 20cm*20cm avec une image de 2000*2000 ou 4000*4000 pixels.
[2500 à 2847] Exemple : comparaison entre image non filtrée puis filtrée. Discussion sur la nature multiplicative du chatoiement. Une image peut être considérée comme le produit dune image idéale non « bruitée » et dun chatoiement de moyenne (espérance) 1 et décart type sigma = 0,52 / rac (N) ou N est le nombre de vues.
Ressources additionnelles
Voir le cours mentionné à la séquence 1/Télédétection Radar, chapitre Radiométrie, paragraphe Chatoiement (développement de la Loi de Rayleigh). La partie Application revient sur la notion de rugosité dans les pages consacrées aux sols nus.
Séquence 6. Calibration et calcul du coefficient de rétrodiffusion (durée 2323)
Relation entre la surface équivalente radar issue du vocabulaire des radaristes et le coefficient de rétrodiffusion utilisé en télédétection. Calcul du coefficient de rétrodiffusion sigma0 caractérisant la surface dans le cas dune surface horizontale. Discussion sur les effets de pente qui peuvent être pris en compte ou pas. Différence entre le sigma0 réel et le sigma0 calibré en supposant la surface plate. Exemples de valeurs de sigma0 en valeurs naturelles et en dB. Dans quel cas sigma0 vaut-il 1 en valeur naturelle et 0 en dB. Evaluation de la réflectivité hémisphérique pour une forêt pour laquelle la réflexion seffectue de manière isotrope et dont le sigma0 vaut -- 6dB.
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[0000] Introduction : quelle relation entre la SER Sð(surface équivalente radar) du vocabulaire des radaristes et le coefficient de rétrodiffusion ðsð0ð de la télédétection ?
[1 08 ] Equation radar, réponse supposée isotrope sur tout l espace d une cible, Puis (reçue) = Fð0ð radar * Sð*ð ðDðWð ðpixel=>antenne *ð ð(ð1ð ð/ð ð4ð ðpð)ð ð ð ð ð ð[ðrelation 1]
avec ðSð (SER) calculable grâce aux données système ou après calibration externe : Sð = k (coeff de calibration connu lié au système) * Puis (reçue) / Puis(émise)
En comparant avec la relation obtenue en séquence 2 de cette brochure.
Puis (reçue) = Fð0ð radar * ðDðS pixel *Cos (i-local) * Rhe* G(ui)* DðWð ðpixel=>antenne [relation 2]
En combinant ð[relation 1] et [relation 2], on obtient : ð ð ð ðSð=ð ð4ð ðpð ð ð* ðDðS pixel *Cos (i-local) * Rhe* G(ui)
Pour une calibration ne prenant pas en compte le relief Sð=ð ðsð0ð ðcal * DðS pixel référence
en réalité Sð=ð ðsð0ð ðreel * DðS pixel réel ( sð0ð ðreel = ð ð4ð ðpð ð ð*Cos (i-local) * Rhe* G(ui)
D où ðsð0ð ðreel =ð ðsð0ð ðcal * ð(ðDðS pixel référence /ð ðDðS pixel réel)
En choisissant DðS pixel référence =ðS pixel sol terrain plat
on obtient sð0ð ðreel =ð ðsð0ð ðcal * sin (incidence terrain plat) / sin (incidence locale)
[12 27 ] Discussion : dans quel cas peut-on avoir sð0ð ðreel = 1 ? Discussion sur la variabilité de sð0ð ðreel
[14 55 ] Les valeurs précédentes sont des valeurs naturelles, exemples de conversion en dB : sð0ð ðdB = 10 log10 sð0ð ðnaturel
[16 00 ] Erreur log (1) = 1 au lieu de 0 (sans conséquence)
[17 00 ] Passage de valeurs naturelles en dB.
Exemple d appréciation d ordre de grandeur de la réflectivité hémisphérique pour une forêt pour laquelle la réflexion s effectuerait de manière isotrope et dont le sð0ð ðreel vaudrait - 6dB (cet ordre de grandeur dépend bien entendu de la longueur d onde et de la polarisation).
[20 20 ] Exemple 1 : sð0ð ðcal sans tenir compte du relief exprime le relief comme les images d origine (distorsions géométriques et radiométriques), information qui intéresse géomorphologues et géologues.
[21 50 ] Exemple 2 : sur le même type de paysage : des corrections sont effectuées en vue d obtenir le sð0ð ðreel. Dans ce cas l image perd de l intérêt et ne traduit plus ,que les imperfections du MNT qui a été utilisé pour cette correction.
[22 00 à 23 23 ] Remarque : Cette opération aurait eu de lintérêt pour détecter des parcelles déforestées le long des pentes.
Ressources additionnelles
Voir le cours mentionné à la séquence 1/Télédétection Radar, chapitre Radiométrie, paragraphe Equation radar.
Séquence 7. Géoréférencement (durée 2312)
Généralités sur le géoréférencement : pour un point du sol, position dans limage radar, projection sur lellipsoïde de référence. Exemples pour un sol plat, cas des orbites montantes ou descendantes avec visée à droite. Inclinaison des traces au sol des images par rapport au Nord géographique. Exemple à léquateur, permutation N-S ou E-O et effets de linclinaison des orbites héliosynchrones et de la rotation de la terre.
Corrections géométriques des effets du relief. Méthode basée sur une simulation dimage à partie dun Modèle Numérique de Terrain connu. Discussion autour de la question : faut-il des corrections radiométriques ou non ?
Exemples de corrections des distorsions géométriques dues au relief avec ou sans corrections radiométriques associées.
En conclusion, alerte sur la manière dont lil perçoit les effets de relief exprimés dans limage radar par des alternances de teintes plus claires et plus sombres sur lexemple des mangroves de Douala.
Plus de détails
[000] Généralités sur le géoréférencement : pour un point du sol daltitude H, position dans limage radar, projection sur lellipsoïde de référence.
[130] Cas des orbites montantes et descendantes pour un terrain plat avec visée à droite. Effets géométriques de linclinaison de lorbite héliosynchrone et de la rotation de la terre. Valeurs quantitatives à léquateur (prise en compte de la vitesse du satellite 7,5km/s et dun point de léquateur ( ~0,46km/s) dans un référentiel géocentrique). Toujours à léquateur pour un sol plat. Corrections géométriques simplifiées : orbite montante permutation nord-sud puis rotation de +12° (sens trigo), orbite descendante permutation est-ouest puis rotation de -12°.
[503] Exemple en Côte dIvoire, orbite montante avec effets de lanisotropie des tailles de pixel au sol.
[730] Comparaison dorbites montante et descendante sur le port de Libreville au Gabon.
[904] Observation sur une image de Guyane, perception visuelle dans limage des zones basses et des zones de relief.
[1044] Rappel sur les déformations dues au relief .
[1252] Variantes de corrections géométriques en y associant ou non des corrections radiométriques.
[1413] Présentation des corrections géométriques par modélisation dimage à partir dun MNT.
Correspondance image réelle( simulation ( MNT
[1715] Correction géométrique sans correction radiométrique, puis rappel sur la correction radiométrique.
[1823] Exemple de correction géométrique sur la Réunion ( société CHELYS).
[1931] Discussion autour de la question : est-il préférable de faire ou non les corrections géométriques?
[2000] Corrections radiométriques des effets du relief sur une zone forestière
[2120 à 2310] Sur lexemple des mangroves de Douala, alerte sur la manière dont lil perçoit les effets de relief exprimés dans limage radar par des alternances de teintes plus claires et plus sombres. La perception visuelle « zone haute »et -« zones plus basses » dépend de lobservateur.
Ressources additionnelles
Voir le cours mentionné à la séquence 1/Télédétection Radar, chapitre Géométrie ou certaines notions sont plus détaillées.
Séquence 8. Séries multi-temporelles et détection de changements (durée 1158)
Séquence dimages multi-temporelles et filtrage par moyenne pondérée.
Séquence dimages multi-temporelles et détection de changement.
Discussion autour de linfluence de leau (humidité des sols, inondation, croissance de la végétation) sur le niveau de la réponse radar. Exemple de profils du diffusiomètre ERS au Sahel et sur le Chott El Jerid en Tunisie.
Plus de détails
[000] Réduction du chatoiement par moyennage, nombre de vues issu du calcul du coefficient de variation.
[240] Détection de changements, apparition de bancs de vase en Guyane.
[422] Evolutions temporelles littorales en Guyane (discordance avec les TP annoncés).
[530] Discussion autour des effets dapports en eau / augmentation ou diminution de la réponse radar (successivement humidification, saturation, inondation
).
[920 à 1158] Exemple de profils du diffusiomètre ERS au Sahel (effets combinés de la pluviométrie et de la croissance de la végétation), et sur le Chott El Jerid en Tunisie ( premières pluies ! chute de la réponse radar).
Ressources additionnelles
Voir le cours mentionné à la séquence 1/Télédétection Radar, chapitre Radiométrie, le paragraphe Chatoiement ou certains calculs sont plus détaillés.
Séquence 9. Mosaïque (durée 5 56 )
Deux cas sont évoqués : mosaïquage dimages acquises en continuité sur une même orbite ou à partir de deux orbites parallèles de même type en zone plate et dont les traces présentent un recouvrement. Une calibration du coefficient sigma0 est effectuée au préalable afin de minimiser les discontinuités de réponse à la jonction entre traces correspondant aux différences des incidences locales. Les effets liés aux différences de surfaces de pixel sont corrigés. Par contre les variations de sigma0 sð0ð ðliées à l incidence restent présentes.
Pour conclure, une mosaïque sur la Guyane réalisée à partir d une vingtaine d images ERS est présentée.
Plus de détails :
[0 00 ] Mosaïquage d images acquises en continuité sur une même orbite ou sur deux orbites parallèles de même nature . Dune manière générale, les orbites doivent être de même type (montant ou descendant, pas de mixité) pour éviter dassocier des images dont les distorsions géométriques et radiométriques seraient inversées.
[136] Rappel : variation de la puissance en travers dune trace en sð0ð ðréel *DðSpixel c est-à-dire variant en sð0ð ðréel /sin ilocal)
La calibration élimine les effets en (1 / Sinilocal) mais ne modifie pas la variabilité de sð0ð ðréel avec l incidence locale. Le passage d une incidence i1 à une incidence plus grande i2 s accompagne d une diminution de radiométrie.
[3 57 à 5 56 ] Présentation d une mosaïque de 20 scènes ERS sur la Guyane sans discontinuité entre traces adjacentes, ce qui signifie qu un algorithme de traitement d image a gommé les variations de sð0ð ðréel avec lincidence.
Séquence 10. Polarimétrie (durée 3057)
Notion donde polarisée, rectilignement, circulairement, elliptiquement. Approche expérimentale historique depuis 1991 avec les images ERS, ENVISAT, PALSAR, des observations effectuées en bande C avec les polarisations VV puis VV+VH ; en bande L avec les polarisations HH puis HH+HV+VV. Intérêt de préserver la phase pour les mesures polarimétriques. Présentation de la décomposition de Pauli pour mettre en évidence, sols nus, forêt denses et forêts inondées. Exemples sur la plaine littorale de Kourou en Guyane en bande L. Comparaison avec des photographies aériennes.
Plus de détails
[000] Notion donde polarisée, rectilignement, circulairement, elliptiquement. Pour une antenne radar, 2 polarisations rectilignes H et V sont possibles, respectivement perpendiculaire et parallèle au plan dincidence. Une mesure radar est caractérisée par les 2 polarisations, incidente et rétrodiffusée. Pour une image, 3 possibilités HH, HV, VV sont donc possibles sachant que pour un système monostatique (antenne de réception confondue avec lantenne démission), les mesure HV et VH sont égales.
[150] Lexposé propose une approche historique , avec 3 dates 1991 (ERS et JERS), 2002 (ENVISAT), 2007 (PALSAR).
Barrage de Petit Saut en Guyane vu par ERS bande C, polar VV et par Alos-Palsar bande L, polar HH. Question : comment expliquer la différence de puissance observée sur la forêt inondée ? par la différence de fréquence ou celle de la polarisation ?
[325] Plaine littorale dans la région de Kourou vu également par vu par ERS et par Alos-Palsar ? Une combinaison colorée RBV comparée à la carte des formations végétales montre lintérêt du couple Bande C, polar VV, bande L, polar HH.
[700] Barrage de Petit Saut vu par ASAR-ENVISAT avec deux polarisations HH et VV en bande C. Cet exemple démontre le potentiel discriminant de la polarisation.
[755] Paysage au Gabon (Forêt et Océan) vu par ASAR avec deux polarisations VV et HV. Cet exemple conduit à différencier nettement rétrodiffusion de surface et de volume (dans ce cas, la pénétration dans le couvert végétal explique le fort niveau en HV).
Pour une surface considérée (simplification) comme un ensemble de facettes perpendiculaires au faisceau, il est rappelé que les deux polarisations HH et VV ont un comportement identique (à lincidence 0, même réflexion pour toute les polarisations rectilignes) et la polarisation réfléchie reste identique à la polarisation incidente (HV=0). Dans le couvert végétal ou plusieurs réflexions vont se succéder avant un retour partiel vers lantenne (rétrodiffusion de volume), chaque réflexion dune onde polarisée rectilignement entraine un changement dans la direction de polarisation. Au final une onde H sera partiellement rétrodiffusée en V et réciproquement (par exemple, onde H incidente ! HV existe avec mod VH >mod VV sexplique en partie en prenant en compte lexistence de lincidence de Brewster qui pour un interface plan affaiblit fortement la réponse en polarisation V par rapport à la réponse en H.
[2130] Forêt inondée du Barrage de Petit Saut vue par Palsar avec des données pleinement polarimétriques (enregistrement des phases pour les réponses complexes HH, HV, VV, donc les différences de phase sont connues).
La réponse complexe (module et phase ) enrichit la réponse polarimétri>?@H_`a¿À åÒ¸¢wgZgwLD@D0hGhG0J5CJOJQJh§Yzjh§YzUhd3hÚÄ6CJ0OJQJhd356CJ0OJQJhd3hÈm×56CJ0OJQJhd3h$56CJ0OJQJhG5CJ0OJQJh*áhG5CJOJQJaJ*h*áhEe5CJ,OJQJmHnHtHu3jûkh¸Kh¸K5CJ,OJQJUmHnHtHu$hý#5CJ,OJQJmHnHtHu3jh¸Kh¸K5CJ,OJQJUmHnHtHu?` &
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