Бесплатные спутниковые данные
К спутниковым снимкам бесплатного доступа, которые используются для основной части экологических (научных и природоохранных) проектов относятся следующие:
- MODIS (все производные продукты - бесплатны)
- LandSat-8 (все снимки - бесплатны)
- ASTER (для научных, природоохранных и учебных целей можно получить бесплатно)
В таблице 1.1 представлены характеристики этих снимков, которые нужно учитывать при их выборе для проекта [5].
Таблица 1.1 - Характеристика снимков
| Сенсор | Спутник | Годы работы | Число спектральных каналов | Общий спектральный диапазон (µm) | Пространственное разрешение (метров в 1 пикселе) | Временной интервал (сутки) |
| ASTER[6] | Terra | 2000 - наст. время | 0.52-11.65 | 15, 30, 90 | ||
| LandSat-8 (OLI, TIRS)[7] | LandSat-8 | 2013 - наст. время | 0.43-12.5 | 15, 30, 100 | ||
| MODIS[8] | Terra, Aqua | 1999, 2002 - наст. время | 0.4-14.4 | 250, 500, 1000 | 1-2 |
Описание спектрорадиометра MODIS
Космические аппараты Terra и Aqua являются частью комплексной программы NASA EOA (Earth Observing System), направленной на исследование Земли и состоящей из трех специализированных спутников Terra, Aqua и Aura, предназначенных для исследования суши, воды и атмосферы соответственно.
Одним из ключевых инструментов американских спутников серии EOS является спектрорадиометр MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), установленный на спутниках Terra и Aqua [9]. MODIS состоит из двух сканирующих спектрометров, один из которых (MODIS-N) снимает в надир, а ось съемки другого (MODIS-T) может быть отклонена. 36 спектральных зон MODIS охватывают диапазон с длинами волн от 0,4 до 14,4 мкм. Съемка в двух зонах (620-670 и 841-876 нм) ведется с разрешением 250 м, в пяти зонах видимого и ближнего инфракрасного диапазона с разрешением 500 м, а в остальных (диапазон от 0,4 до 14,4 мкм) – 1000 м. Подробнее см. таблицу 1.2 и см. рисунок 1.4 [10].
Рисунок 1.4 - Прозрачность атмосферы и каналы MODIS
Радиометрическое разрешение исходных снимков - 12 бит. Пиковая скорость передачи данных составляет 10.6 Мбит/с.
Траектория движения носителя и угол обзора системы 110° (ширина полосы обзора 2330 км) позволяют MODIS за сутки получать изображение почти всей поверхности Земли, за исключением узких промежутков между полосами сканирования в низких широтах [11].
Таблица 1.2 - Характеристики каналов
| Группа каналов | Номер канала | Длина волны, мкм | Объект (предмет) исследования |
| Разрешение 250 м | |||
| А | 0.620-0.670 | Контуры облаков и земных объектов | |
| 0.841-0.876 | |||
| Разрешение 500 м | |||
| Б | 0.459-0.479 | Свойства облаков и земных объектов | |
| 0.545-0.565 | |||
| 1.230-1.250 | |||
| 1.628-1.652 | |||
| 2.105-2.155 | |||
| Разрешение 1000 м | |||
| В | 0.405-0.420 | Цвет, фитопланктон и биогеохимия океана | |
| 0.438-0.448 | |||
| 0.483-0.493 | |||
| 0.526-0.536 | |||
| 0.546-0.556 | |||
| 0.662-0.672 | |||
| 0.673-0.683 | |||
| 0.743-0.753 | |||
| 0.862-0.877 | |||
| Г | 0.890-0.920 | Водяной пар | |
| 0.931-0.941 | |||
| 0.915-0.965 | |||
| Е | 3.660-3.840 | Температура облаков и поверхности Земли | |
| 3.929-3.989 | |||
| 3.929-3.989 | |||
| 4.020-4.080 | |||
| Ж | 4.433-4.498 | Температура воздуха | |
| 4.482-4.549 | |||
| Д | 1.360-1.390 | Перистые облака, водяной пар | |
| З | 6.535-6.895 | ||
| 7.175-7.475 | |||
| 8.400-8.700 | Свойства облаков | ||
| И | 9.580-9.880 | Озоновый слой |
Продолжение таблицы 1.2
| Группа каналов | Номер канала | Длина волны, мкм | Объект (предмет) исследования |
| Разрешение 1000 м | |||
| К | 10.780-11.280 | Температура облаков и поверхности Земли | |
| 11.770-12.270 | |||
| Л | 13.185-13.485 | Высота верхней границы облаков | |
| 13.485-13.785 | |||
| 13.785-14.085 | |||
| 14.085-14.385 |
Типы данных MODIS
Земная поверхность - одна из дисциплин, в рамках которой производится генерация ряда групп продуктов на базе данных MODIS. В рамках этой дисциплины создаются следующие группы продуктов (каждая из которых может включать один или несколько окончательных продуктов) см. таблицу 1.3 [12].
Таблица 1.3 - Типы продуктов MODIS
| Описание | Префикс |
| Отражающая способность земной поверхности | MOD09 |
| Температура и излучательная (эмиссионная) способность земной поверхности | MOD11 |
| Классификация типов земной поверхности и их изменений | MOD12 |
| Индексы растительности | MOD13 |
| Тепловые аномалии/Пожары | MOD14 |
| Индекс поверхности листовой пластинки/Доля фотосинтетически активной радиации (LAI/FPAR) | MOD15 |
| Первичная продуктивность растительности | MOD17 |
| Функция двунаправленного распределения отражающей способности | MOD43 |
| Изменения растительности/Проективное покрытие растительности | MOD44 |
Уровень обработки
На данный момент, существует 3 типа продуктов на базе данных MODIS: 2G, 3, и 4. Тип продукта фактически соответствует уровню обработки исходных данных MODIS. На базе данных уровня 2G получают одно-, 8, 16, 32-дневные композиты продуктов уровня 3 и 4[12].
Единицы хранения данных
Для продуктов 2G и 3 - гранула (granule), для 4 уровня обработки - фрагмент (tile). Далее в описании, для удобства используется только термин "фрагмент". Одному фрагменту обычно соответствует один файл в формате HDF-EOS [12].
Система "нарезки" данных на фрагменты
Камера MODIS одновременно захватывает очень большую полосу съемки, примерно 2340 x 2330 км (размер гранулы). Для удобства распространения данные разбиваются на фрагменты, примерно 1120 x 1120 км (10 x 10 градусов на экваторе). После разбивки получается 460 фрагментов, 326 из которых захватывают земную поверхность.
Нумерация фрагментов начинается с 0,0 (номер фрагмента по горизонтали, номер фрагмента по вертикали) в верхнем левом углу и увеличивается слева направо (по горизонтали) и сверху вниз (по вертикали). Последний фрагмент имеет номер 35, 17 и располагается в нижнем правом углу [13].
Названия фрагментов
Название фрагмента (granule ID или tile ID) расшифровывается следующим образом:
ESDT.AYYYYDDD.hHHvVV.CCC.YYYYDDDHHMMSS.hdf
где:
ESDT - Тип данных (Earth Science Data Type) (например MOD14A1)
YYYYDDD - Дата съемки, год (YYYY) и дата по Юлианскому календарю (DDD: 1..365)
hHH - Номер фрагмента по горизонтали (0-35)
vVV - Номер фрагмента по вертикали (0-17)
CCC - Номер коллекции (версии данных)
YYYYDDDHHMMSS - Дата обработки фрагмента: Год, дата по Юлианскому календарю и время UTC
hdf - расширение формата HDF [11].
Коллекция (версия) данных
Продукты MODIS подвергаются многократной обработке (фактически несколько раз переделываются заново), необходимость ее повторения связана с совершенствованием алгоритмов обработки, улучшением параметров радиометрической и геометрической коррекции. Версия продукта называется коллекцией и заложена в названии продукта. Таким образом, каждый продукт на базе данных MODIS, может иметь несколько версий (коллекций). Рекомендуется для работы использовать последнюю версию продукта [11].
Исходная проекция данных
Исходно, данные MODIS, коллекций 1 и 3 распространяются в равноплощадной проекции ISIN - Integerized Sinusoidal, которая не поддерживается большинством пакетов ПО ГИС. Данные из коллекции 4 имеют проекцию Sinusoidal. Продукты других дисциплин, например Snow and Ice могут распространяться в других проекциях. Для работы с данными, необходимо сначала перевести их в более привычный формат и систему координат/проекцию [12].