Тема 7. Спутники серии LANDSAT
1. Спутники серии LANDSAT
Форма занятия:обзорная лекция.
Цель лекции: ознакомиться со спутниками серии LANDSAT
Спутники серии LANDSAT
Классическими спутниками для дистанционного зондирования считаются космические спутники LANDSAT, разработанные в США. Всего было запущено 6 спутников. Благодаря высокому качеству изображений, точной калибровке, обширному архиву данных спутники приобрели большую популярность в мире. Вид спутников LANDSAT 5 и LANDSAT 7 показан на рис. 1.1.
Рис. 1.1 – Космические спутники Landsat 5 (а) и Landsat 7 (б)
Все спутники LANDSAT выводились на субполярные солнечно-синхронные орбиты (наклонение 98,2о). Высота орбит первых трех спутников составляла 900 км, период повторяемости съемки равнялся 18 дням. Следующие спутники этой серии выводились на орбиты высотой 700 км с периодом повторной съемки 16 дней. Для достижения оптимальных условий освещенности запуски проводили так, чтобы время пересечения экваториальной плоскости у всех спутников было примерно одинаковым.
В разное время на борту спутников LANDSAT устанавливали различные съемочные системы: MSS (Multi-Spectral Scanner), TM (Thematic Mapper), ETM (Enhanced Thematic Mapper) и ЕТМ+ (Enhanced Thematic Mapper Plus). Эти съемочные системы обеспечивали широкий охват съемки с размерами сцены 185 х 185 км и позволяли получать снимки среднего разрешения в нескольких спектральных диапазонах.
Ниже приведены спектральные отклики с различных съемочных систем (спектральный диапазон- отражательная способность, длина волны).
Ниже приведены научные работы, посвященные геометрическому качеству космических снимков съемочных систем LANDSAT.
Таблица 1 – Геометрическое качество космических систем. Все данные приводятся после их коррекции с использованием данных о наземных контрольных точках, картографической информации и данных GPS.
| Датчик | Типичная погрешность | Источник |
| ЕТМ+ (Landsat-7) | ± 54 ( не регламентируется) | Lee и др. 2004 |
| MSS (Landsat-1,-3) | ± 160 м - ± 320 м (основная масса снимков) ± 40 м - ± 80 м (после полиноминальной подгонки) | Wong, 1975 |
| MSS (Landsat-4,-5) | ± 120 м | Welch и Usery, 1984 |
| ТМ (Landsat-4,-5) | ± 45 м (L-4) , ± 12 м (L-5) | Borgeson и др. 1985 |
| ± 33 м (L-4) | Walker и др. 1984 | |
| ± 30 м (L-4) | Welch и Usery, 1984 | |
| ± 30 м (L-5) | Bryant и др. 1995 | |
| ± 18 м (L-4), ± 9 м (L-5) | Welch и др. 1985 | |
| ± 45 м (модель «Земля - орбита) | Wrigley и др. 1985 |
В таблице 2 приведены основные характеристики космического аппарата Landsat-8. Новый КА Landsat-8 (проект LDCM — Landsat Data Continuity Mission) продолжает выполнение программы Landsat, поставляя данные для использования в сельском хозяйстве и других отраслях экономики, а также в образовании, бизнесе, государственном управлении. На КА Landsat-8 установлены два сенсора: оптико-электронный (Operational Land Imager, OLI) и тепловой (Thermal InfraRed Sensor, TIRS).
Таблица – 2 Основные характеристики космического аппарата
| Параметр | Значение | |
| Дата запуска: | 11 февраля 2013 г. | |
| Стартовая площадка: | авиабаза Ванденберг (США) | |
| Средство выведения: | РН Atlas 5 (США) | |
| Разработчик: | Orbital Sciences Corporation (OSC) (США; быв. General Dynamics Advanced Information Systems) (платформа); Ball Aerospace (полезная нагрузка) (США) | |
| Операторы: | NASA (США) и USGS (США) | |
| Масса: | 2623 кг | |
| Орбита | Тип: | Солнечно-синхронная |
| Высота: | 705 км | |
| Наклонение: | 98,2 град. | |
| Расчетный срок функционирования: | 5 лет |
Таблица 2 - Основные технические характеристики съемочной аппаратуры
| Режим съемки | VNIR | SWIR | PAN | TIR |
| Спектральный диапазон, мкм | 0,43–0,45 (фиолетовый или coastal) 0,45–0,52 (синий) 0,53–0,60 (зеленый) 0,63–0,68 (красный) 0,85–0,89 (ближний ИК) | 1,36–1,39 (Cirrus) 1,57–1,65 (SWIR-1) 2,11–2,29 (SWIR-2) | 0,50–0,68 | 10,6-11,19 (TIRS 1) 11,5-12,51 (TIRS 2) |
| Пространственное разрешение (в надире), м | ||||
| Радиометрическое разрешение, бит на пиксель | ||||
| Ширина полосы съемки, км | ||||
| Периодичность съемки, сутки | ||||
| Возможность получения стереопары | Нет |
Растровые данные могут быть организованы в виде нескольких каналов цветовой информации. Каждый канал это подмножество файла данных представляющее отдельную часть электромагнитного спектра отраженного света или теплового излучения (красный, зеленый, синий инфракрасный, тепловой и прочие).
Комбинации каналов используются для получения снимков в «естественных» и «искусственных» цветах.
Комбинация каналов 321 – «естественные цвета». В комбинации используются каналы видимого диапазона. На снимках объекты земной поверхности выглядят похожими на то, как они воспринимаются человеческим глазом. Здоровая растительность выглядит зеленой, убранные поля отображаются светлыми цветами, нездоровая растительность – коричневыми и желтыми, дороги – серыми, береговые линии – белесыми. Эта комбинация каналов дает возможность анализировать состояние водных объектов и оценивать глубины, а также используется для изучения антропогенных объектов. Вырубки и разреженная растительность детектируются плохо.
Комбинация каналов 742 – «естественные цвета». Дает изображение близкое к естественным цветам (рис. 1.2), но в тоже время позволяет анализировать состояние атмосферы и дым.
Рисунок 1.2
На снимках здоровая растительность выглядит ярко зеленой, травянистые покрытия – зелеными, ярко розовые участки детектируют открытую почву, коричневые и оранжевые тона характерны для разреженной растительности. Растительность сухостоя выглядит оранжевой, вода – голубой. Песок, почва и минералы, могут быть представлены большим числом цветов и оттенков. Застройка отображается в оттенках розово- фиолетового цвета. Светлозеленые точки внутри городских территорий могут быть парками, садами или полями стадионов.
Маслиново-зеленые цвета характерны для лесных массивов, а более темные цвета являются индикатором примесей хвойных пород. Комбинация каналов «искусственные цвета». Здесь используются каналы видимого и инфракрасного диапазонов. В качестве примера рассмотрим популярную комбинацию каналов 432. На снимках растительность отображается в оттенках красного, городская застройка – в оттенках зелено-голубых, а цвет почвы – в оттенках коричневого. Лед, снег и облака выглядят белыми или светло голубыми (лед и облака по краям).
Хвойные леса выглядят темно-красными. Эта комбинация используется, главным
образом, для изучения состояния растительного покрова, мониторинга дренажа и почвенной мозаики, а также для изучения агрокультур. В целом, насыщенные оттенки красного являются индикаторами здоровой и (или) широколиственной растительности, в то время как более светлые оттенки характеризуют травянистую или кустарниковую растительность.
Всего спутники LANDSAT передали на Землю около 600 тыс. снимков. Среди них имеются изображения районов катастрофы на Чернобыльской АЭС, последствия разрушительных цунами и тайфунов, а также снимки, позволяющие оценить негативные последствия хозяйственной деятельности человека на Земле за последний период.
Контрольные вопросы
1. Как осуществляется классификация снимков по разрешающей способности.
2. Спутники серии LANDSAT
3. Какие съемочные системы используются на борту спутников LANDSAT?
4. Основные характеристика съемочных систем LANDSAT.
Лекция 8