Примечание для читателей. Ссылки Google Colab не работают на Medium. Функциональные ссылки см. на странице PyGMTSAR GitHub.

Глава 2: Начало работы

Запустите в один клик в Google Colab

Примеры записных книжек Google Colab предоставляют комплексный, самодокументированный конвейер InSAR в вашем веб-браузере, создавая подробные графики и карты. Пользователи могут использовать эти случаи в качестве шаблонов для своих собственных задач, просто заменяя используемые радиолокационные сцены и изменяя параметры обработки в соответствии со своими конкретными требованиями. Чтобы получить доступ к этим блокнотам прямо в браузере, просто перейдите по ссылкам, приведенным ниже. Для вашего удобства ссылки разбиты на тематические группы, а полный список примеров также доступен на странице PyGMTSAR GitHub.

сейсмология

InSAR играет важную роль в мониторинге и изучении сейсмической активности. Он способен обнаруживать деформации грунта, происходящие до, во время и после землетрясений. Эта технология дает важные данные о системах разломов и движениях магмы, что способствует нашему пониманию этих природных явлений. Следующие примеры демонстрируют, как данные InSAR использовались для изучения и интерпретации сейсмических событий.

В этой записной книжке анализируется ирано-иракское землетрясение 2017 года. Он также включает сравнение с результатами, полученными с помощью других программных средств, таких как GMTSAR, GAMMA и SNAP.

Этот пример посвящен землетрясению в Кумамото 2016 года. Он демонстрирует обработку данных InSAR для создания косейсмической интерферограммы, которая подчеркивает деформацию земли из-за сейсмического события. Полученные данные сравниваются с результатами ESA Sentinel 1 Toolbox на спутниковом комплексе на Аляске.

Пример со-сейсмической интерферограммы землетрясения на Крите 2021 года иллюстрирует применение InSAR при обработке данных недавнего сейсмического события для понимания связанных с ним деформаций грунта. Результаты сравниваются с отчетом Центра исследований Земли и спутникового дистанционного зондирования в Греции.

Блокнот со-сейсмической интерферограммы землетрясения в Турции 2023–02–06 демонстрирует применение InSAR для обработки данных одного из самых разрушительных сейсмических событий в новейшей истории. 6 февраля 2023 года землетрясение магнитудой 7,8 произошло в южной и центральной части Турции, а также в северной и западной части Сирии, причинив значительный ущерб.

вулканология

InSAR служит полезным инструментом для мониторинга и изучения вулканической активности. Он выявляет признаки вулканической инфляции или дефляции, которые часто указывают на движение магмы под поверхностью.

В этой записной книжке исследуется извержение вулкана Пику-ду-Фогу на острове Фого в Кабо-Верде, которое произошло 23 ноября 2014 года. В исследовании используются данные InSAR для изучения геофизических изменений, связанных с этим вулканическим событием, что дает представление о динамике извержения. и последующее воздействие на местную окружающую среду.

Гидрология

Одно из ключевых применений InSAR лежит в области гидрологии, в частности, для мониторинга изменений уровня воды. Рассмотрим такой район, как Имперская долина, регион, известный своим интенсивным сельским хозяйством и сильной зависимостью от орошения. В таких регионах управление водными ресурсами и поддержание здоровья экосистем требуют регулярного мониторинга уровня воды.

Эта записная книжка проведет пользователя через весь процесс использования PyGMTSAR для анализа изменений уровня воды в Имперской долине, районе, известном своим интенсивным сельским хозяйством.

Полученная в результате обработки InSAR интерферограмма дает детальное представление об изменениях поверхности. В этом контексте изменения, которые нас интересуют, связаны с колебаниями уровня воды. Изучая эти интерферограммы в течение определенного периода времени, мы можем наблюдать тенденции изменения уровня воды, потенциально выявляя закономерности, связанные с практикой орошения или изменениями уровня грунтовых вод.

Мониторинг инфраструктуры

InSAR используется для мониторинга инфраструктуры, такой как плотины, мосты и здания. Он способен обнаруживать тонкие движения и деформации, которые могут указывать на потенциальные структурные проблемы или отказы. В качестве практического примера рассмотрим случай мониторинга просадки дорог. Это предполагает использование данных OpenStreetMap в сочетании с анализом InSAR.

В этой записной книжке представлен анализ дорожной инфраструктуры OpenStreetMap для оценки риска, связанного с проседанием грунта.

Запуск в один клик в Docker Desktop

Если вы предпочитаете работать в автономном режиме и локально, автор сделал образ Docker доступным с теми же примерами, что и в Google Colab. Это можно найти на Странице Dockerhub.

Для запуска PyGMTSAR на вашем компьютере требуется всего два шага: загрузите образ PyGMTSAR Docker и запустите его с помощью Docker Desktop. Если у вас еще не установлен Docker Desktop, следующие шаги помогут вам выполнить процесс установки. Однако обратите внимание, что вы можете использовать инструмент Docker более низкого уровня в качестве альтернативы Docker Desktop, несмотря на то, что с ним сложнее работать.

Установка рабочего стола Docker

Docker Desktop — это инструмент, позволяющий запускать предварительно настроенные программные пакеты в разных операционных системах. Он совместим с системами Windows, Linux, MacOS Intel и Apple Silicon. Для других ОС доступен Docker Engine, хотя и немного сложнее в использовании. Загрузите и установите Docker Desktop для вашей операционной системы, следуя пошаговым инструкциям:

Регистрация на DockerHub

Docker Desktop предоставляет несколько способов загрузки предварительно упакованных образов программного обеспечения. Консольные команды для опытных пользователей доступны на страницах программного обеспечения DockerHub, а пользовательский интерфейс для них можно найти в Docker Desktop. Нажмите «Войти» в правом верхнем углу окна приложения, чтобы зарегистрироваться и войти в DockerHub:

Вы можете зарегистрироваться в DockerHub на открывшейся странице или напрямую по этой ссылке: Создать учетную запись Docker.

Настройка рабочего стола Docker

Чтобы открыть страницу настроек в Docker Desktop, щелкните значок шестеренки в правом верхнем углу и выберите раздел «Ресурсы»:

Для запуска примера блокнота S1A_Stack_CPGF_T173.ipynb из образа mobigroup/pygmtsar вам потребуются: 2 ядра ЦП, 4 ГБ ОЗУ, 1 ГБ подкачки и 16 ГБ виртуального диска. Если вы собираетесь запускать все ноутбуки последовательно, установите ограничение виртуального диска на 200 ГБ. TODO: исправить emo Обратите внимание, что обработка данных спутниковой интерферометрии может занимать много места в памяти!

Для запуска «mobigroup/pygmtsar» требуется 4 ядра ЦП, 16 ГБ ОЗУ, 1 ГБ подкачки и виртуальный диск на 500 ГБ. Эта установка позволяет создавать 34 интерферограммы, каждая размером 3 ГБ, вместе с соответствующими файлами корреляции того же размера. Он также выполняет для них шумоподавление и анализ SBAS. Эту сложную задачу можно выполнить даже на моем Apple Silicon iMac с 16 ГБ ОЗУ и Air с 24 ГБ ОЗУ. TODO: исправить emo Допустимо разрешить Docker Desktop использовать для этой цели всю доступную оперативную память.

Загрузка образа Docker PyGMTSAR

После завершения регистрации и входа в систему вы можете использовать окно поиска приложения, чтобы найти «pygmtsar» на вкладке «Изображения»:

Обратите внимание, что «mobigroup/pygmtsar» — это базовый образ PyGMTSAR размером 1 ГБ, подходящий для большинства пользователей, тогда как «mobigroup/pygmtsar-large» — это образ размером 50 ГБ, предназначенный для экспертов. После того, как вы выбрали правильное изображение для своих нужд, нажмите кнопку «Получить», чтобы загрузить PyGMTSAR на свой компьютер.

Для справки, вот прямые ссылки на готовые образы PyGMTSAR для Docker Desktop на DockerHub:

Запуск образа Docker PyGMTSAR

Раздел «Образы» в Docker Desktop содержит список всех предварительно упакованных образов программного обеспечения и позволяет управлять ими. Нажмите кнопку с треугольником, чтобы запустить загруженный образ PyGMTSAR, как показано ниже.

PyGMTSAR связывается с вами через веб-страницу в вашем веб-браузере, используя сетевой порт 8888. Установите его, как показано ниже, и при желании заполните поле имени, например, «PyGMTSAR»:

Кнопка «Выполнить» в форме выше запускает программное обеспечение на вашем компьютере:

Нажмите на нижнюю ссылку на странице «Журналы» выше, чтобы открыть страницу веб-браузера и начать работу:

Этот интерфейс обеспечивает интерактивную рабочую среду, в которой на левой панели перечислены все файлы и каталоги, а на правой панели отображаются интерактивный редактор, средство просмотра, консоль и многое другое. Каталог «ноутбуки» содержит примеры интерактивных блокнотов Jupyter:

Каталог tests содержит примеры сценариев Python для командной строки для тех, кто предпочитает консольные сценарии. Эти скрипты работают в пакетном режиме и генерируют те же графики, что и интерактивные примеры, а выходные данные архивируются на странице Действия PyGMTSAR GitHub.

Нажмите на пример на левой панели, чтобы открыть его:

Вы можете прокручивать пример вверх и вниз, чтобы прочитать текст и просмотреть карты:

Чтобы запустить полный пример, используйте пункт меню панели инструментов «Ядро» -> «Перезапустить ядро ​​и запустить все ячейки…»:

Теперь вы можете в интерактивном режиме отслеживать все этапы выполнения, приостанавливая и возобновляя обработку по мере необходимости, изменяя параметры и просматривая результаты. Это практически тот же интерфейс, что и живые онлайн-примеры Google Colab, но без сторонних тайм-аутов и ограничений на обработку.