Landsat陸地衛(wèi)星TM遙感影像數(shù)據(jù)介紹2

第頁(yè)Landsat陸地衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介“地球資源技術(shù)衛(wèi)星”計(jì)劃最早始于1967年，美國(guó)國(guó)家航空及航天局（NASA）受早期氣象衛(wèi)星和載人宇宙飛船所提供的地球資源觀測(cè)的鼓舞，開(kāi)始在理論上進(jìn)行地球資源技術(shù)衛(wèi)星系列的可行性研究。1972年7月23日，第一顆陸地衛(wèi)星（Landsat_1）成功發(fā)射，后來(lái)發(fā)射的這一系列衛(wèi)星都帶有陸地衛(wèi)星（Landsat）的名稱。到2019年，共成功發(fā)射了六顆陸地衛(wèi)星，它們分別命名為陸地衛(wèi)星1到陸地衛(wèi)星5以及陸地衛(wèi)星7，其中陸地衛(wèi)星6的發(fā)射失敗了。Landsat陸地衛(wèi)星系列遙感影像數(shù)據(jù)覆蓋范圍為北緯83o到南緯83o之間的所有陸地區(qū)域，數(shù)據(jù)更新周期為16天（Landsat1~3的周期為18天），空間分辨率為30米（RBV和MSS傳感器的空間分辨率為80米）。目前，中國(guó)區(qū)域內(nèi)的Landsat陸地衛(wèi)星系列遙感影像數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖1）可以通過(guò)中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)QQ電子網(wǎng)免費(fèi)獲得（）。Landsat陸地衛(wèi)星在波段的設(shè)計(jì)上，充分考慮了水、植物、土壤、巖石等不同地物在波段反射率敏感度上的差異，從而有效地?cái)U(kuò)充了遙感影像數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍。在基于Landsat遙感影像數(shù)據(jù)的一系列應(yīng)用中，計(jì)算植被指數(shù)和針對(duì)LandsatETMoff影像的條帶修復(fù)為最常用同時(shí)也是最為基礎(chǔ)的兩個(gè)應(yīng)用。因此，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心基于國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，提供了1）基于Landsat數(shù)據(jù)的多種植被指數(shù)提取。2）對(duì)LandsatETMSLC-off影像數(shù)據(jù)的條帶修復(fù)。圖1Landsat遙感影像中國(guó)區(qū)示意圖數(shù)據(jù)特征（1）數(shù)據(jù)基本特征Landsat陸地衛(wèi)星包含了五種類(lèi)型的傳感器，分別是反束光攝像機(jī)（RBV），多光譜掃描儀（MSS），專(zhuān)題成像儀（TM），增強(qiáng)專(zhuān)題成像儀（ETM）以及增強(qiáng)專(zhuān)題成像儀+（ETM+），各傳感器拍攝影像的基本特征如下：表1

Landsat陸地衛(wèi)星傳感器介紹MSS傳感器主題成像儀Landsat1-3Landsat4-5類(lèi)型波長(zhǎng)（微米）分辨率（米）主要作用MSSBand4Band1綠色波段0.5-0.680對(duì)水體由一定透射能力，清潔水體中透射深度可達(dá)10-20米，可判別地形和近海海水泥沙，可探測(cè)健康綠色植被反射率。Band5Band2紅色波段0.6-0.780用于城市研究，對(duì)道路、大型建筑工地、沙礫場(chǎng)和采礦區(qū)反映明顯?？捎糜诘刭|(zhì)研究、水中泥沙含量研究，植被分類(lèi)。Band6Band3近紅外0.7-0.880用于區(qū)分健康及病蟲(chóng)害植被，水陸分界，土壤含水量研究。Band7Band4近紅外0.8-1.180用于測(cè)定生物量和監(jiān)測(cè)作物長(zhǎng)勢(shì)，水陸分界，地質(zhì)研究。TM傳感器主題成像儀Landsat4-5波段波長(zhǎng)（微米）分辨率（米）主要作用TMBand1藍(lán)綠波段0.45-0.5230用于水體穿透，分辨土壤和植被Band2綠色波段0.52-0.6030分辨植被Band3紅色波段0.63-0.6930處于葉綠素吸收區(qū)域，用于觀測(cè)道路，裸露土壤，植被種類(lèi)等Band4近紅外波段0.76-0.9030用于估算生物量Band5中紅外波段1.55-1.7530用于分辨道路，裸露土壤，水，在不同植被之間有好的對(duì)比度，并且有好的穿透云霧的能力。Band6熱紅外波段10.40-12.50120感應(yīng)發(fā)出熱輻射的目標(biāo)Band7中紅外波段2.08-2.3530對(duì)于巖石，礦物的分辨很有用，也可用于辨識(shí)植被覆蓋和濕潤(rùn)土壤。ETM傳感器主題成像儀Landsat4-5波段波長(zhǎng)（微米）分辨率（米）主要作用ETM+Band1藍(lán)綠波段0.45-0.5230用于水體穿透，分辨土壤植被Band2綠色波段0.52-0.6030用于分辨植被Band3紅色波段0.63-0.9030處于葉綠素吸收區(qū)，用于觀測(cè)道路，裸露土壤，植被種類(lèi)等Band4近紅外0.76-0.9030用于估算生物量，分辨潮濕土壤Band5中紅外1.55-1.7530用于分辨道路，裸露土壤，水，還能在不同植被之間有好的對(duì)比度，并且有較好的大氣、云霧分辨能力Band6熱紅外10.40-12.5060感應(yīng)出熱輻射的目標(biāo)Band7中紅外2.09-2.3530用于巖石，礦物的分辨很有用，也可用于辨識(shí)植被覆蓋和濕潤(rùn)土壤Band8微米全色0.52-0.9015為15米分辨率的黑白圖像，用于增強(qiáng)分辨率，提供分辨能力（2）數(shù)據(jù)主要參數(shù)Landsat陸地衛(wèi)星攜帶的傳感器，在南北向的掃描范圍大約為179km，東西向的掃描范圍大約為183km，數(shù)據(jù)輸出格式是GeoTIFF，采取三次卷積的取樣方式，地圖投影為UTM-WGS84南極洲極地投影。數(shù)據(jù)分發(fā)前，美國(guó)國(guó)家航空及航天局（NASA）和美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行了系統(tǒng)的輻射矯正和地面控制點(diǎn)幾何校正，并且通過(guò)DEM高程模型做了地形矯正。按照產(chǎn)品的處理級(jí)別，分為四類(lèi)：原始數(shù)據(jù)產(chǎn)品（Level0），輻射矯正產(chǎn)品（Level1），系統(tǒng)幾何矯正產(chǎn)品（Level2），幾何精矯正產(chǎn)品（Level3），高程矯正產(chǎn)品（Level4）。目前，由中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心發(fā)布的是L1T數(shù)據(jù)產(chǎn)品，用戶通過(guò)國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)免費(fèi)獲得（）。（3）數(shù)據(jù)組織Landsat陸地衛(wèi)星數(shù)據(jù)覆蓋中國(guó)區(qū)域需要561景影像，每一景Landsat衛(wèi)星影像圖像存貯為一個(gè)壓縮文件。每個(gè)數(shù)據(jù)文件的文件名由拍攝衛(wèi)星的名稱，拍攝地區(qū)行、列編號(hào)，拍攝時(shí)間，地面接收站位置來(lái)共同命名。例如，LT51240312009224IKR00文件名包含的信息如下：拍攝衛(wèi)星是Landsat_5（TM傳感器），拍攝地區(qū)位于124行/31列，拍攝時(shí)間是2009年的第223天，地面接收站編號(hào)IKR。數(shù)據(jù)獲得目前，Landsat遙感影像數(shù)據(jù)可以在網(wǎng)上免費(fèi)獲得。用戶通過(guò)美國(guó)NASA的EROS（EarthResourcesObservationandScienceCenter，美國(guó)地球資源觀測(cè)中心）（/）免費(fèi)下載這些數(shù)據(jù)。當(dāng)然，擁有數(shù)據(jù)下載權(quán)限之前需要進(jìn)行相關(guān)網(wǎng)站的用戶注冊(cè)和所需數(shù)據(jù)的申請(qǐng)。應(yīng)用Landsat陸地衛(wèi)星系列提供了大量地球資源觀測(cè)數(shù)據(jù)，為各種學(xué)科和領(lǐng)域的用戶和研究人員提供他們所需要的遙感影像信息，對(duì)整個(gè)地球科學(xué)來(lái)說(shuō)都具有重大的價(jià)值和意義。Landsat遙感影像數(shù)據(jù)可以用于自然資源保護(hù)，能源勘探、環(huán)境管理、自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)等多個(gè)研究領(lǐng)域，遙感影像數(shù)據(jù)特有的在時(shí)間分辨率、空間分辨率和光譜分辨率上的優(yōu)勢(shì)，使得我們能夠開(kāi)始在“生態(tài)系統(tǒng)基礎(chǔ)”上來(lái)觀察地球的組成，超越了當(dāng)前所收集的大多數(shù)資源數(shù)據(jù)的邊界。增值服務(wù)國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)目前提供的基于Landsat遙感影像數(shù)據(jù)的增值服務(wù)分為兩個(gè)部分：植被指數(shù)的計(jì)算和Landsat7ETMSLC-off影像的條帶修復(fù)。植被指數(shù)植被指數(shù)是一種利用衛(wèi)星探測(cè)數(shù)據(jù)的線性或非線性組合來(lái)反映植被的存在、數(shù)量、質(zhì)量、狀態(tài)及時(shí)空分布特點(diǎn)，反映植物生長(zhǎng)狀況的指數(shù)，用來(lái)診斷植被的一系列生物物理參量，如葉面積指數(shù)(LAI)、植被覆蓋率、生物量、光合作用有效輻射吸收系數(shù)。中科院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心科學(xué)數(shù)據(jù)中心研發(fā)了基于LandsatTM及ETM影像數(shù)據(jù)的多種植被指數(shù)提取工具，為用戶免費(fèi)提供常用的14種Landsat植被指數(shù)產(chǎn)品，包括比值植被指數(shù)（RVI），比值短波紅外指數(shù)（RSI），差值植被指數(shù)（DVI），歸一化植被指數(shù)（NDVI），轉(zhuǎn)換型植被指數(shù)（TVI），重歸一化插值植被指數(shù)（RDVI），增強(qiáng)型植被指數(shù)I和II（EVI&EVI2），大氣阻抗植被指數(shù)（ARVI），土壤調(diào)整植被指數(shù)（SAVI），修正土壤植被指數(shù)（MSAVI），土壤大氣綜合植被指數(shù)（SATVI），優(yōu)化土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)（OSAVI）。原始影像

比值植被指數(shù)：RDVI

歸一化植被指數(shù)：NDVI圖2部分植被指數(shù)示意圖LandsatETMSLC-off影像條帶修復(fù)Landsat-7ETM+機(jī)載掃描行校正器(SLC)故障導(dǎo)致2003年5月31日之后獲取的圖像出現(xiàn)了數(shù)據(jù)條帶丟失，嚴(yán)重影響了LandsatETM遙感影像的使用。對(duì)于已經(jīng)丟失的數(shù)據(jù)，沒(méi)有可能找回實(shí)際數(shù)據(jù)，因此，只能利用縫隙填充的方式進(jìn)行差值，盡量彌補(bǔ)缺失的數(shù)據(jù)部分，并且使相對(duì)完好的70-80%數(shù)據(jù)可用。經(jīng)過(guò)多方努力，中科院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心科學(xué)數(shù)據(jù)中心開(kāi)發(fā)了LandsatETMSLC-off遙感影像條帶修復(fù)工具，提供多影像局部自適應(yīng)回歸分析和多影像固定窗口分析兩個(gè)模型，為用戶免費(fèi)提供條帶修復(fù)產(chǎn)品。

修復(fù)前局部放大圖

修復(fù)后局部放大對(duì)照?qǐng)D圖3修復(fù)效果示意圖用戶統(tǒng)計(jì)國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)Landsat遙感影像數(shù)據(jù)自發(fā)布以來(lái)，受到了中科院內(nèi)外用戶的廣泛關(guān)注和好評(píng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，共有67,075名用戶的訪問(wèn)，數(shù)據(jù)下載量達(dá)到6,730.65G。

未來(lái)發(fā)展目前，中科