Программа Landsat

редактировать
Файл: Landsat 40th.ogv Воспроизвести мультимедиа Интервью Джима Айронса - научного сотрудника проекта Landsat 8 - Центр космических полетов имени Годдарда НАСА. Landsat 7, запущенная в 1999 г., является вторым по величине дополнением к программе Landsat.

Программа Landsat - самая продолжительная программа по получению спутниковых изображений из Земля. Это совместная программа НАСА / USGS. 23 июля 1972 года был запущен спутник Технологии ресурсов Земли . В конечном итоге он был переименован в Landsat. Самый последний, Landsat 8, был запущен 11 февраля 2013 года. Приборы спутников Landsat сделали миллионы изображений. Изображения, заархивированные в США и на приемных станциях Landsat по всему миру, являются уникальным ресурсом для исследования глобальных изменений и приложений в сельском хозяйстве, картографии, геологии, лесное хозяйство, региональное планирование, наблюдение и образование, и их можно просмотреть через США. Сайт Геологической службы (USGS) EarthExplorer. Данные Landsat 7 имеют восемь спектральных полос с пространственным разрешением в диапазоне от 15 до 60 метров (от 49 до 197 футов); временное разрешение составляет 16 дней. Изображения Landsat обычно делятся на сцены для удобной загрузки. Каждая сцена Landsat имеет длину около 115 миль и ширину 115 миль (или 100 морских миль в длину и 100 морских миль в ширину, или 185 километров в длину и 185 километров в ширину).

Содержание

  • 1 История
  • 2 Спутниковая хронология
  • 3 Пространственное и спектральное разрешение
  • 4 Детали конструкции датчика
  • 5 Использование изображений Landsat
    • 5.1 Управление природными ресурсами
      • 5.1.1 Агропромышленность
      • 5.1.2 Лесное хозяйство
    • 5.2 Изменение климата и экологические катастрофы
      • 5.2.1 Высыхание Аральского моря
      • 5.2.2 Исторические пожары Йеллоустонского парка
      • 5.2.3 Отступление ледника
    • 5.3 Открытие новых видов
  • 6 Будущее
  • 7 См. Также
  • 8 Ссылки
  • 9 Внешние ссылки

История

Санта компании Hughes Aircraft Исследовательский центр Барбары инициировал, спроектировал и изготовил первые три мультиспектральных сканера (MSS) в 1969 году. Первый прототип MSS был завершен в течение девяти месяцев, осенью 1970 года. Он был протестирован путем сканирования Хаф-Доум в национальном парке Йосемити.

Работая в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА, Валери Л. Томас руководила разработкой первых программных систем обработки изображений Landsat и стала постоянный эксперт по компьютерным совместимым лентам, или CCT, которые использовались для хранения ранних изображений Landsat. Томас был одним из специалистов по обработке изображений, которые содействовали амбициозному эксперименту по инвентаризации сельскохозяйственных культур на больших территориях, известному как LACIE - проекту, который впервые показал, что глобальный мониторинг сельскохозяйственных культур может быть выполнен с помощью спутниковых снимков Landsat.

Программа Первоначально назывался Программа спутников для технологии земных ресурсов, которая использовалась с 1966 по 1975 год. В 1975 году название было изменено на Landsat. В 1979 г. президент Соединенных Штатов Джимми Картер в своей президентской директиве 54 передал операции Landsat с НАСА на NOAA, рекомендовал разработку долгосрочную операционную систему с четырьмя дополнительными спутниками помимо Landsat 3, а также рекомендованный переход на использование Landsat в частном секторе. Это произошло в 1985 году, когда (EOSAT), партнерство Hughes Aircraft и RCA, было выбрано NOAA для эксплуатации системы Landsat с десятилетним контрактом. EOSAT управлял спутниками Landsat 4 и Landsat 5, имел исключительные права на продажу данных Landsat и должен был построить спутники Landsat 6 и 7.

Спутниковый снимок Калькутты в смоделированных цветах, сделанный спутником NASA Landsat 7.

В 1989 году этот переход не был полностью завершен, когда финансирование NOAA для программы Landsat должно было закончиться (NOAA не запрашивало никакого финансирования, а Конгресс выделил только шесть месяцев финансирования для фискальной год) и NOAA распорядились закрыть спутники Landsats 4 и 5. Глава вновь сформированного Национального космического совета, вице-президент Дэн Куэйл отметил ситуацию и организовал чрезвычайное финансирование, которое позволило продолжить программу с сохранением архивов данных.

И снова в 1990 и 1991 годах Конгресс предоставил NOAA только половину годового финансирования, потребовав от агентств, которые использовали данные Landsat, предоставить финансирование на остальные шесть месяцев следующего года. В 1992 году были предприняты различные усилия по обеспечению финансирования для слежения за спутниками Landsat и продолжения работы, но к концу года EOSAT прекратил обработку данных Landsat. Landsat 6 был наконец запущен 5 октября 1993 года, но был потерян в результате неудачного запуска. Обработка данных Landsat 4 и 5 была возобновлена ​​EOSAT в 1994 году. НАСА наконец запустило Landsat 7 15 апреля 1999 года.

Ценность программы Landsat была признана Конгрессом в октябре 1992 года, когда она приняла (Public Закон 102-555), разрешающий приобретение Landsat 7 и гарантирующий постоянную доступность цифровых данных и изображений Landsat по минимально возможной цене для традиционных и новых пользователей данных.

Спутниковая хронология

ИнструментКартинкаЗапущенаПрекращенаПродолжительностьПримечания
Landsat 1 Landsat 1 23 июля 1972 года6 января 1978 года5 лет, 6 месяцев и 14 днейПервоначально названный спутник Earth Resources Technology Satellite 1. Landsat 1 нес два жизненно важных инструмента; камера, построенная Radio Corporation of America (RCA), известная как Return Beam Vidicon (RBV). А также многоспектральный сканер (MSS), созданный Hughes Aircraft Company.
Landsat 2 Landsat 2 22 января 1975 г.25 февраля 1982 г.7 лет, 1 месяц и 3 дняПрактически идентичная копия Landsat 1. Полезная нагрузка состоящий из видикона с обратным лучом (RBV) и многоспектрального сканера (MSS). Характеристики этих приборов были идентичны Landsat 1.
Landsat 3 Landsat 3 5 марта 1978 г.31 марта 1983 г.5 лет и 26 днейПрактически идентичная копия Landsat 1 и Landsat 2. Полезная нагрузка, состоящая из видикона обратного луча (RBV), а также многоспектрального сканера (MSS). В комплекте с MSS была короткоживущая тепловая полоса. Данные MSS считались более применимыми с научной точки зрения, чем RBV, который редко использовался для целей инженерной оценки.
Landsat 4 Landsat 4 16 июля 1982 г.14 декабря 1993 г.11 лет, 4 месяца и 28 днейLandsat 4 нес обновленный многоспектральный сканер (MSS) использовался в предыдущих миссиях Landsat, а также в качестве тематического картографа.
Landsat 5 Landsat 5 1 марта 1984 г.5 июня 2013 г.29 лет, 3 месяца и 4 дняПрактически идентичная копия Landsat 4. Самый длинный Миссия спутника наблюдения Земли в истории. Этот спутник, разработанный и построенный одновременно с Landsat 4, нес ту же полезную нагрузку, что и многоспектральный сканер (MSS), а также тематический картограф.
Landsat 6 Landsat 6 5 октября 1993 г.5 октября 1993 г.0 днейНе удалось выйти на орбиту. Landsat 6 был модернизированной версией своих предшественников. Несущий тот же мультиспектральный сканер (MSS), но также несущий усовершенствованный тематический картограф, который добавил панхроматический диапазон с разрешением 15 м.
Landsat 7 Landsat 7 15 апреля 1999 г.Все еще активен21 год, 6 месяцев и 8 днейРабота с корректором строки развертки, отключенным с мая 2003 года. Основным компонентом Landsat 7 был Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM +). По-прежнему состоит из панхроматического диапазона с разрешением 15 м, но также включает калибровку полной апертуры. Это обеспечивает 5% абсолютную радиометрическую калибровку.
Landsat 8 Landsat 8 11 февраля 2013 г.Все еще активен7 лет, 8 месяцев и 12 днейПервоначально называлась Landsat Data Continuity Mission с момента запуска до 30 мая 2013 года, когда операции НАСА были переданы USGS. Landsat 8 имеет два датчика с его полезной нагрузкой: Operational Land Imager (OLI) и инфракрасный датчик (TIRS).
Landsat 9 8 апреля 2021 г. (ожидается)Landsat 9 будет реконструированной версией своего предшественника Landsat 8.
Временная шкала

Пространственное и спектральное разрешение

На спутниках Landsat с 1 по 5 установлен мультиспектральный сканер Landsat (MSS). На спутниках Landsat 4 и 5 были инструменты MSS и Thematic Mapper (TM). Landsat 7 использует сканер Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM +). Landsat 8 использует два прибора: Operational Land Imager (OLI) для оптических диапазонов и тепловизионный инфракрасный датчик (TIRS) для тепловых диапазонов. Обозначения диапазонов, полосы пропускания и размеры пикселей для инструментов Landsat:

Мультиспектральный сканер Landsat 1-5 (MSS)
Landsat 1-3 MSSLandsat 4-5 MSSДлина волны (микрометры)Разрешение (метры)
Диапазон 4 - зеленыйДиапазон 1 - зеленый0,5 - 0,660 *
Диапазон 5 - красныйДиапазон 2 - красный0,6 - 0,760 *
Диапазон 6 - ближний инфракрасный (NIR)Диапазон 3 - NIR0,7 - 0,860 *
Диапазон 7 - NIRДиапазон 4 - NIR0,8 - 1,160 *

* Исходный размер пикселя MSS составлял 79 x 57 метров; производственные системы теперь передискретизируют данные до 60 метров.

Тематический картограф Landsat 4-5 (TM)
ПолосыДлина волны (микрометры)Разрешение (метры)
Полоса 1 - синий0,45 - 0,5230
Диапазон 2 - Зеленый0,52 - 0,6030
Диапазон 3 - Красный0,63 - 0,6930
Диапазон 4 - NIR0,76 - 0,9030
Диапазон 5 - Коротковолновый инфракрасный (SWIR) 11,55 - 1,7530
Диапазон 6 - Тепловой10,40 - 12,50120 * (30)
Диапазон 7 - SWIR 22,08 - 2,3530

* TM Band 6 был получен с разрешением 120 метров, но результаты пересчитываются на 30-метровые пиксели.

Landsat 7 Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM +)
ПолосыДлина волны (микрометры)Разрешение (метры)
Полоса 1 - синий0,45 - 0,5230
Диапазон 2 - Зеленый0,52 - 0,6030
Диапазон 3 - Красный0,63 - 0,6930
Диапазон 4 - NIR0,77 - 0,9030
Диапазон 5 - SWIR 11,55 - 1,7530
Диапазон 6 - Тепловой10,40 - 12,5060 * (30)
Диапазон 7 - SWIR 22,09 - 2,3530
Полоса 8 - Панхроматическая0,52 - 0,9015

* Полоса ETM + 6 получена с разрешением 60 метров, но продукты пересчитываются до 30-метровых пикселей.

Landsat 8 Operational Land Imager (OLI) и тепловизионный инфракрасный датчик (TIRS)
ПолосыДлина волны (микрометры)Разрешение (метры)
Полоса 1 - Ультра-синий (прибрежная зона / аэрозоль)0,435 - 0,45130
Диапазон 2 - Синий0,452 - 0,51230
Диапазон 3 - Зеленый0,533 - 0,59030
Диапазон 4 - Красный0,636 - 0,67330
Диапазон 5 - NIR0,851 - 0,87930
Диапазон 6 - SWIR 11,566 - 1,65130
Диапазон 7 - SWIR 22,107 - 2,29430
Диапазон 8 - Панхроматический0,503 - 0,67615
Диапазон 9 - Cirrus1,363 - 1,38430
Диапазон 10 - термический 110,60 - 11,19100 * (30)
Диапазон 11 - термический 211,50 - 12,51100 * (30)

* Полосы TIRS получаются с разрешением 100 метров, но в поставляемых продуктах данных передискретируются до 30 метров.

Расположение спектральной полосы для каждого датчика отображается визуально здесь.

Подробная информация о конструкции датчика

Цветное составное (обработанное для имитации истинного цвета) изображение острова Гавайи был построен на основе данных, собранных в период с 1999 по 2001 год прибором Enhanced Thematic Mapper plus (ETM +), который летел на борту спутника Landsat 8. Данные Landsat были обработаны Национальным управлением океанографии и атмосферы (NOAA) для разработки карты почвенного покрова. Черные области на острове (в этой сцене), напоминающие пару обожженных на солнце пальмовых листьев, представляют собой затвердевшие потоки лавы, образованные действующим вулканом Мауна-Лоа. К северу от Мауна-Лоа находится спящий сероватый Мауна-Кеа вулкан, который не извергался примерно 3500 лет. Тонкий сероватый столб дыма виден возле юго-восточного берега острова, поднимающийся от Килауэа - самого активного вулкана на Земле. Сильные дожди и плодородная вулканическая почва дали начало пышным тропическим лесам Гавайев, которые на снимке выглядят как сплошные темно-зеленые области. Светло-зеленые неоднородные участки у побережья, вероятно, представляют собой плантации сахарного тростника, ананасовые фермы и населенные пункты.

Многоспектральный сканер на борту миссий Landsat с 1 по 5 имел 230 мм (9 дюймов) плавленый кварц. эпоксидная смола для зеркала обеденной плиты, приклеенная к трем касательным стержням из инвара, установленным на основании Ni /Au припаянной инварной рамы в ферме Serrurier, которая была установлена ​​с четырьмя "звеньями Hobbs "(задумано доктором Греггом Хоббсом), пересекая середину фермы. Эта конструкция гарантирует, что вторичное зеркало будет просто колебаться вокруг первичной оптической оси, чтобы поддерживать фокус, несмотря на вибрацию, присущую 360 мм (14 дюймов) бериллиевому сканирующему зеркалу. Это инженерное решение позволило Соединенным Штатам разработать LANDSAT по крайней мере на пять лет раньше, чем французский SPOT, который впервые использовал массивы CCD для наблюдения без сканера. Однако цены на данные LANDSAT выросли с 250 долларов за компьютерную ленту с данными и 10 долларов за черно-белую печать до 4400 долларов за ленту и 2700 долларов за черно-белую печать к 1984 году, в результате чего данные SPOT стали очень популярными. более доступный вариант для данных спутниковой съемки. Это было прямым результатом усилий по коммерциализации, начатых при администрации Картера, но наконец завершенных при администрации Рейгана.

MSS FPA, или Focal Plane Array, состоял из 24 квадратных оптических волокон, экструдированных квадратные концы волокон до 0,005 мм (0,0002 дюйма) в матрице 4x6 для сканирования по траектории космического корабля Nimbus с углом обзора ± 6 градусов, когда спутник находился на 1,5-часовой полярной орбите, следовательно, он был запущен из Vandenberg Air Силовая база. Жгут оптоволоконного кабеля был встроен в оптоволоконную пластину для подключения к релейно-оптическому устройству, которое передавало сигнал конца волокна на шесть фотодиодов и 18 фотоэлектронных умножителей, которые были размещены на экране толщиной 7,6 мм (0,30 дюйма). алюминиевая пластина для инструментов с балансировкой веса датчика и телескопа 230 мм на противоположной стороне. Эта основная пластина была собрана на раме, затем прикреплена к корпусу серебром, нагруженному магнием, с помощью спиральных креплений.

Ключом к успеху мультиспектрального сканера был монитор сканирования, установленный на нижней части магниевого корпуса. Он состоял из диодного источника света и датчика, установленного на концах четырех плоских зеркал, которые были наклонены так, чтобы лучу потребовалось 14 отскоков, чтобы отразить длину трех зеркал от источника к отправителю. Луч попадал в бериллиевое сканирующее зеркало восемь раз и восемь раз отразился от плоских зеркал. Луч воспринимал только три положения: оба конца сканирования и среднее сканирование, но интерполяцией между этими положениями было все, что требовалось для определения того, куда был направлен многоспектральный сканер. Используя информацию монитора сканирования, данные сканирования можно откалибровать для правильного отображения на карте.

Использование снимков Landsat

Одним из больших преимуществ дистанционного зондирования является то, что оно предоставляет данные на более широком и глобальном уровне, которые невозможно собрать при использовании обычного оборудования. Однако существует компромисс между местными деталями измерений и масштабом измеряемой области по сравнению с использованием других методов дистанционного зондирования, таких как аэрофотоснимки.

Дистанционное зондирование предоставляет информацию о географических пространствах, таких как экосистемы, что позволяет ученым прогнозировать распространение видов, а также обнаруживать как естественные, так и антропогенные изменения в большем масштабе, чем традиционные данные, предоставляемые полевыми исследованиями. Он также представляет данные более точно, чем модели, полученные в результате полевых работ. Различные диапазоны в Landsat с разнообразным спектральным диапазоном обеспечивают различные применения. Изображения Landsat и спутниковые данные в целом находят широкое и разнообразное применение - от экологии до геополитики. Определение земного покрова стало очень распространенным применением снимков Landsat и изображений, полученных с помощью дистанционного зондирования, по всему миру.

Управление природными ресурсами

Агропромышленность

В 1975 году одним из возможных применений новых спутниковых снимков было обнаружение высокопродуктивных районов рыболовства. Посредством Landsat Menhaden и Thread Investigation некоторые спутниковые данные восточной части звука Миссисипи и данные другой области у побережья Луизианы были обработаны с помощью алгоритмов классификации, чтобы оценить эти области как высоко и с низкой вероятностью. Эти алгоритмы дали классификацию, которая была подтверждена измерениями на месте - с точностью более 80% и обнаружила, что цвет воды, как видно из космоса, и мутность значительно коррелируют с распределением менхадена - в то время как температура поверхности и соленость не являются важными факторами. Цвет воды - измеренный с помощью мультиспектральных сканеров в четырех спектральных полосах, использовался для определения хлорофиллов, мутности и, возможно, распределения рыб.

Лесное хозяйство

В экологическом исследовании использовалось 16 орто-ректифицированных Снимки Landsat для создания карты земного покрова мангровых лесов Мозамбика. Основная цель состояла в том, чтобы измерить мангровый покров и надземную биомассу в этой зоне, которую до сих пор можно было только оценить, с точностью 93% было установлено, что площадь покрытия составляет 2909 квадратных километров (на 27% меньше, чем предыдущие оценки). Кроме того, исследование помогло подтвердить, что геологические условия имеют большее влияние на распределение биомассы, чем одна только широта - мангровые заросли расположены на 16 градусах широты, но на объем биомассы более сильно влияют географические условия.

Изменение климата и экологические катастрофы

Высыхание Аральского моря

Высыхание Аральского моря было описано как «одна из худших экологических катастроф на планете». Снимки Landsat использовались в качестве записи для количественной оценки количества потерь воды и изменений береговой линии. Спутниковые изображения оказывают большее влияние на людей, чем просто слова, и это показывает важность изображений Landsat и спутниковых изображений в целом.

Исторические пожары Йеллоустонского парка

Йеллоустонские пожары 1988 были худшими в зарегистрированной истории национального парка. Они длились с 14 июня по 11 сентября, когда дождь и снег помогли остановить распространение пожаров. Площадь, пострадавшая от пожара, составила 3 ​​213 квадратных километров - 36% площади парка. Для оценки площади использовались снимки Landsat, которые также помогли определить причины столь быстрого распространения огня.

Историческая засуха и значительное количество ударов молний были одними из факторов, которые создали условия для массового пожара, но антропогенные действия усугубили катастрофу. На изображениях, сделанных до пожара, существует очевидная разница между землями, на которых изображены методы сохранения, и землями, на которых показаны сплошные рубки для производства древесины. Эти два типа земель по-разному реагировали на стресс от пожаров, и считается, что это был важный фактор в поведении лесных пожаров. Изображения Landsat и спутниковые изображения в целом способствовали пониманию науки о пожарах; пожарная опасность, поведение при лесных пожарах и последствия лесных пожаров на определенных территориях. Это помогло понять, как различные элементы и растительность разжигают огонь, изменяют температуру и влияют на скорость разбрасывания.

Отступление ледника

Последовательный характер миссий Landsat и тот факт, что это самая продолжительная спутниковая программа, дает ему уникальные возможности для получения информации о Земле. Крупномасштабное отступление ледников можно проследить до предыдущих миссий Landsat, и эту информацию можно использовать для получения знаний об изменении климата. Например, отступление ледника Колумбии можно наблюдать на ложно-составных изображениях со спутника Landsat 4 в 1986 году.

Снимки Landsat дают покадровую серию изображений развития. В частности, человеческое развитие можно измерить по размеру города, который со временем растет. Помимо оценок численности населения и потребления энергии, снимки Landsat дают представление о типе городского развития и изучают аспекты социальных и политических изменений через видимые изменения. В Пекине, например, серия кольцевых дорог начала развиваться в 1980-х годах после экономической реформы 1970 года, и в эти периоды времени изменение темпов развития и темпов строительства ускорилось.

Открытие новых видов

В 2005 году изображения Landsat помогли обнаружить новые виды. Ученый-эколог Джулиан Бейлисс хотел найти районы, которые потенциально могут стать заповедными лесами, используя спутниковые снимки, полученные Landsat. Бейлисс видел участок в Мозамбике, о котором до сих пор не было подробной информации. Во время разведывательной поездки он обнаружил большое разнообразие диких животных, а также три новых вида бабочек и новый вид змей. После своего открытия он продолжил изучение этого леса и смог составить карту и определить его протяженность.

Будущее

Landsat 8, запущенный 11 февраля 2013 года, является самым последним спутником Landsat. серии. Он был запущен на Atlas V 401 с базы ВВС Ванденберг в рамках программы Launch Services Program. Он будет продолжать получать ценные данные и изображения, которые будут использоваться в сельском хозяйстве, образовании, бизнесе, науке и правительстве. Новый спутник был собран в Аризоне компанией Orbital Sciences Corporation.

. Началось предварительное планирование для Landsat 9, хотя его будущее остается неопределенным. Согласно отчету Исследовательской службы Конгресса, в ходе финансового планирования 2014 финансового года «присваиватели упрекали НАСА в нереалистичных ожиданиях, что Landsat 9 будет стоить 1 миллиард долларов, и ограничили расходы на уровне 650 миллионов долларов». Присвоители сената посоветовали НАСА запланировать запуск не позднее 2020 года. В апреле 2015 года НАСА и Геологическая служба США объявили о начале работы над спутником Landsat 9, при этом финансирование спутника выделено в президентском бюджете на 2016 финансовый год, запуск которого запланирован на 2023 год. Также было предложено финансирование разработки недорогого автономного спутника с тепловым инфракрасным излучением (TIR) ​​для запуска в 2019 году, чтобы обеспечить непрерывность данных за счет полета в строю с Landsat 8.

Файл: Обзор тепловизионного инфракрасного датчика.ogv Play media Обзор Тепловой инфракрасный датчик (TIRS), один из инструментов на Landsat 8. Файл: Timelapse TIRS для LDCM. ogv Воспроизвести медиа Интервальная съемка прибора Thermal Infrared Sensor (TIRS) для Landsat 8, который очищается, упаковывается в пакеты и упаковывается для отправки в Orbital Sciences Corp, где система TIRS будет интегрирована с космическим кораблем. Файл: Florida Everglades Landsat 5 Band Remix (высокое разрешение).ogv Воспроизвести мультимедиа Анимация, показывающая, как разные диапазоны LDCM могут быть объединены для получения различной информации в Florida Everglades. Снимок экрана с телевизора NASA, показывающий Atlas V. во время запуска Landsat 8.

См. Также

Справочная информация

Внешняя ссылки

На Викискладе есть материалы, связанные с Landsat и изображениями Landsat.

Последняя правка сделана 2021-05-26 12:56:20
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте