Landsat陆地卫星TM遥感影像数据介绍.pdf

Landsat 陆地卫星遥感影像数据 简介“地球资源技术卫星”计划最早始于 1967 年，美国国家航空与航天局（NASA）受早期气象卫星和载人宇宙飞船所提供的地球资源观测的鼓舞，开始在理论上进行地球资源技术卫星系列的可行性研究。1972 年 7 月 23日，第一颗陆地卫星（Landsat_1）成功发射，后来发射的这一系列卫星都带有陆地卫星（Landsat）的名称。到 1999 年，共成功发射了六颗陆地卫星，它们分别命名为陆地卫星 1 到陆地卫星 5 以及陆地卫星 7，其中陆地卫星 6 的发射失败了。Landsat 陆地卫星系列遥感影像数据覆盖范围为北纬 83o 到南纬 83o 之间的所有陆地区域，数据更新周期为 16 天（Landsat 13 的周期为 18 天），空间分辨率为 30 米（RBV 和 MSS 传感器的空间分辨率为 80 米）。目前，中国区域内的 Landsat 陆地卫星系列遥感影像数据（见图 1）可以通过中国科学院计算机网络信息中心国际科学数据服务平台 QQ 电子网 免费获得（）。Landsat 陆地卫星在波段的设计上，充分考虑了水、植物、土壤、岩石等不同地物在波段反射率敏感度上的差异，从而有效地扩充了遥感影像数据的应用范围。在基于 Landsat 遥感影像数据的一系列应用中，计算植被指数和针对 Landsat ETM off 影像的条带修复为最常用同时也是最为基础的两个应用。因此，中国科学院计算机网络信息中心基于国际科学数据服务平台，提供了 1）基于 Landsat 数据的多种植被指数提取。2）对 Landsat ETM SLC-off 影像数据的条带修复。图 1 Landsat 遥感影像中国区示意图 数据特征（1）数据基本特征 Landsat 陆地卫星包含了五种类型的传感器，分别是反束光摄像机（RBV），多光谱扫描仪（MSS），专题成像仪（TM），增强专题成像仪（ETM）以及增强专题 成像仪+（ETM+），各传感器拍摄影像的基本特征如下：表 1 Landsat 陆地卫星传感器介绍 MSS 传感器 主题成像仪 Landsat1-3 Landsat4-5 类型 波长（微米）分辨率（米）主要作用 MSS Band 4 Band 1 绿色波段 对水体由一定透射能力，清洁水体中透射深度可达 10-20 米，可判别地形和近海海水泥沙，可探测健康绿色植被反射率。Band 5 Band 2 红色波段 用于城市研究，对道路、大型建筑工地、沙砾场和采矿区反映明显。可用于地质研究、水中泥沙含量研究，植被分类。Band 6 Band 3 近红外 用于区分健康与病虫害植被，水陆分界，土壤含水量研究。Band 7 Band 4 近红外 用于测定生物量和监测作物长势，水陆分界，地质研究。TM 传感器 主题成像仪 Landsat 4-5 波段 波长（微米）分辨率（米）主要作用 TM Band 1 蓝绿波段 用于水体穿透，分辨土壤和植被 Band 2 绿色波段 分辨植被 Band 3 红色波段 处于叶绿素吸收区域，用于观测道路，裸露土壤，植被种类等 Band 4 近红外波段 用于估算生物量 Band 5 中红外波段 用于分辨道路，裸露土壤，水，在不同植被之间有好的对比度，并且有好的穿透云雾的能力。Band 6 热红外波段 感应发出热辐射的目标 Band 7 中红外波段 对于岩石，矿物的分辨很有用，也可用于辨识植被覆盖和湿润土壤。ETM 传感器 主题成像仪 Landsat 4-5 波段 波长（微米）分辨率（米）主要作用 ETM+Band 1 蓝绿波段 用于水体穿透，分辨土壤植被 Band 2 绿色波段 用于分辨植被 Band 3 红色波段 处于叶绿素吸收区，用于观测道路，裸露土壤，植被种类等 Band 4 近红外 用于估算生物量，分辨潮湿土壤 Band 5 中红外 用于分辨道路，裸露土壤，水，还能在不同植被之间有好的对比度，并且有较好的大气、云雾分辨能力 Band 6 热红外 感应出热辐射的目标 Band 7 中红外 用于岩石，矿物的分辨很有用，也可用于辨识植被覆盖和湿润土壤 Band 8 微米全色 为 15 米分辨率的黑白图像，用于增强分辨率，提供分辨能力（2）数据主要参数 Landsat 陆地卫星携带的传感器，在南北向的扫描范围大约为 179km，东西向的扫描范围大约为 183km，数据输出格式是 GeoTIFF，采取三次卷积的取样方式，地图投影为 UTM-WGS84 南极洲极地投影。数据分发前，美国国家航空与航天局（NASA）和美国地质调查局（USGS）对数据产品进行了系统的辐射矫正和地面控制点几何校正，并且通过 DEM 高程模型做了地形矫正。按照产品的处理级别，分为四类：原始数据产品（Level 0），辐射矫正产品（Level 1），系统几何矫正产品（Level 2），几何精矫正产品（Level 3），高程矫正产品（Level 4）。目前，由中国科学院计算机网络信息中心发布的是 L1T 数据产品，用户通过国际科学数据服务平台免费获得（）。（3）数据组织 Landsat 陆地卫星数据覆盖中国区域需要 561 景影像，每一景 Landsat 卫星影像图像存贮为一个压缩文件。每个数据文件的文件名由拍摄卫星的名称，拍摄地区行、列编号，拍摄时间，地面接收站位置来共同命名。例如，LT5IKR00 文件名包含的信息如下：拍摄卫星是 Landsat_5（TM 传感器），拍摄地区位于 124 行/31 列，拍摄时间是 2009 年的第 223 天，地面接收站编号 IKR。数据获得 目前，Landsat 遥感影像数据可以在网上免费获得。用户通过美国 NASA 的 EROS（Earth Resources Observation and Science Center，美国地球资源观测中心）（）免费下载这些数据。当然，拥有数据下载权限之前需要进行相关网站的用户注册和所需数据的申请。应用 Landsat 陆地卫星系列提供了大量地球资源观测数据，为各种学科和领域的用户和研究人员提供他们所需要的遥感影像信息，对整个地球科学来说都具有重大的价值和意义。Landsat 遥感影像数据可以用于自然资源保护，能源勘探、环境管理、自然灾害监测等多个研究领域，遥感影像数据特有的在时间分辨率、空间分辨率和光谱分辨率上的优势，使得我们能够开始在“生态系统基础”上来观察地球的组成，超越了当前所收集的大多数资源数据的边界。增值服务 国际科学数据服务平台目前提供的基于 Landsat 遥感影像数据的增值服务分为两个部分：植被指数的计算和 Landsat 7 ETM SLC-off 影像的条带修复。植被指数 植被指数是一种利用卫星探测数据的线性或非线性组合来反映植被的存在、数量、质量、状态及时空分布特点，反映植物生长状况的指数，用来诊断植被的一系列生物物理参量，如叶面积指数(LAI)、植被覆盖率、生物量、光合作用有效辐射吸收系数。中科院计算机网络信息中心科学数据中心研发了基于Landsat TM及ETM影像数据的多种植被指数提取工具，为用户免费提供常用的 14 种 Landsat 植被指数产品，包括比值植被指数（RVI），比值短波红外指数（RSI），差值植被指数（DVI），归一化植被指数（NDVI），转换型植被指数（TVI），重归一化插值植被指数（RDVI），增强型植被指数 I 和 II（EVI&EVI2），大气阻抗植被指数（ARVI），土壤调整植被指数（SAVI），修正土壤植被指数（MSAVI），土壤大气综合植被指数（SATVI），优化土壤调节植被指数（OSAVI）。原始影像 比值植被指数：RDVI 归一化植被指数：NDVI 图 2 部分植被指数示意图 Landsat ETM SLC-off 影像条带修复 Landsat-7 ETM+机载扫描行校正器(SLC)故障导致2003年5月31日之后获取的图像出现了数据条带丢失，严重影响了 Landsat ETM 遥感影像的使用。对于已经丢失的数据，没有可能找回实际数据，因此，只能利用缝隙填充的方式进行差值，尽量弥补缺失的数据部分，并且使相对完好的 70-80%数据可用。经过多方努力，中科院计算机网络信息中心科学数据中心开发了 Landsat ETM SLC-off 遥感影像条带修复工具，提供多影像局部自适应回归分析和多影像固定窗口分析两个模型，为用户免费提供条带修复产品。修复前局部放大图 修复后局部放大对照图 图 3 修复效果示意图 用户统计 国际科学数据服务平台 Landsat 遥感影像数据自发布以来，受到了中科院内外用户的广泛关注和好评。据统计，共有 67,075 名用户的访问，数据下载量达到 6,730.65G。未来发展 目前，中科院计算机网络信息中心科学数据中心已经发布了中国区域范围内 Landsat 陆地卫星系列遥感影像数据，并加工生产了植被指数和条带修复产品，为国内科研人员提供免费查询和下载。在下一步的工作中，我们会着力推出以下数据产品：1).Mosaic_Landsat 全球陆地影像拼接数据。2).基于 Landsat 的中国内陆水体信息提取产品。最后，希望广大科研人员继续关注和支持我们的国际科学数据服务平台