1、美国 Landsat 系列卫星简介及其图像特征一 美国 Landsat 系列卫星简介LANDSAT 是美国陆地探测卫星系统。从 1972 年开始发射第一颗卫星 LANDSAT 1，到目前最新的 LANDSAT 7。 LANDSAT 7 卫星于 99 年发射，装备有 Enhanced Thematic Mapper Plus(ETM+)设备，ETM+ 被动感应地表反射的太阳辐射和散发的热辐射，有 8 个波段的感应器，覆盖了从红外到可见光的不同波长范围。ETM+ 比起在 LANDSAT 4、5 上面装备的Thematic Mapper(TM)设备在红外波段的分辨率更高，因此有更高的准确性。L an
2、dsat 5 于 1984 年 3 月 17 日 升 空 ， 亦 为 太阳 同 步 地 球 资 源 卫 星 ， 在 赤 道 上 空 705 公 里 ， 高 度 运 转 倾 斜角 为 98.2 度 。 每 次 约 上 午 9 点 42 分 ， 由 北 向 南 南 越 赤 道 ，绕 地 球 一 圈 周 期 约 98.9 分 ， 每 天 绕 行 约 14 圈 ， 每 16 天 扫瞄 同 一 地 区 。 全 球 共 有 233 个 轨 道 ， 以 Landsat 所 定 义 之全 球 参 考 系 统 ( WRS)表 示 ， 定 为 Path， Row 坐 标 系 ， 台 湾地 区 处 Path 117
3、-118， Row 42-45。 Landsat 扫 瞄 覆 盖 地 面每 一 像 幅 (SCENE)约 185Km170Km， 扫 瞄 一 个 像 幅 约 费 时 26.31 秒 ， 在 赤 道 附 近 相 邻 两 张 影 像 重 叠 量 为 百 分 之 7.3，愈 向 两 极 重 叠 愈 多 ， 在 台 湾 地 区 重 叠 约 百 分 之 14。 Landsat TM(Thematic Mapper)有 7 个 波 段 ， 其 中 1-5和 7 的 IFOV(Instantaneous Field of View)为 43 rad 相当 地 面 解 析 力 30 公 尺 30 公 尺 (为
4、 可 见 光 及 近 红 外 光 )， 波段 6 的 IFOV 为 170 rad， 6 相 当 地 面 解 析 力 为 120 公 尺(为 热 红 外 光 波 段 )。 TM 以 垂 直 飞 行 方 向 做 来 回 扫 瞄 ， 扫 瞄 张角 为 14.7 度 ， 相 当 地 面 185 公 里 宽 ， 每 个 像 幅 有 5996 行 扫瞄 线 ， 每 行 有 6320 像 点 。 1993 年 十 月 间 发 射 失 败 的 Landsat 6， 主 要 之 特 色 为 另 添 单 色 ETM(Enhanced Thematic Mapper)感 测 器 ， 地 面 解 析 度 达 15
5、公 尺 15 公 尺 ， 是 由 美国 EOSAT 公 司 负 责 操 作 ， 美 国 将 于 1996 发 射 Landsat 7 号取 代 之 。 LANDSAT 7 的总体数据： 7 个光谱波段和一个全色波段 观察宽度达 185km 15、30、60、80 米精度 离地 705km 太阳同步轨道 16 天运行周期 覆盖范围为南北纬 81 度之间区域 1)处理使用的轨道参数: 预报参数 2)卫星名称 Landsat7 3)仪器名称 ETM+ 4)观测时间 2000-04-30,时间还是比较近的:DDD 5)已经经过校正 6)已经经过行轨迹检验( 误差小于 1 个像元) 7)分辨率 30 米
6、(etm 只有通道 8 是 15 米分辨率,目前用的 542 通道是 30 米分辨率. ETM+的波段： 1 0.45-0.52 微米蓝绿波段, 用于水体穿透, 土壤植被分辨 2 0.52-0.60 微米绿色波段, 用于植被分辨 3 0.63-0.69 微米红色波段, 处于叶绿素吸收区域, 用于观测道路/裸露土壤/植被种类效果很好 4 0.76-0.90 微米近红外波段, 用于估算生物数量, 尽管这个波段可以从植被中区分出水体，分辨潮湿土壤，但是对于道路辨认效果不如 TM3。 5 1.55-1.75 微米中红外波段, 这被认为是所有波段中最佳的一个, 用于分辨道路/裸露土壤 /水, 它还能在不
7、同植被之间有好的对比度, 并且有较好的穿透大气、云雾的能力。 6 10.5-12.5 微米热红外波段, 感应发出热辐射的目标. 分辨率为60m. 7 2.08-2.35 微米中红外波段, 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. 8 0.52-0.90 微米全色波段, 得到的是黑白图象, 分辨率为 15m, 用于增强分辨率, 提供分辨能力. 以上波段除 6、8 外分辨率均为 30m。 在使用这些卫星图象的时候，要先进行处理。通常是用多个波段的图象进行彩色合成，得到伪彩色图象。在合成前，各波段图象还要先做图象增强处理。例如：MrSid 卫星图象是用 band7作为红色,
8、 band4 作为绿色，band2 作为蓝色合成的，简称为742。 （MrSid 用的是 Landsat TM, 1987-1993 拍摄数据，当时未有 Landsat 7） ；GeoGratis Landsat7 合成卫星图象是用 743(RGB)。常用的合成方法： 321：真彩合成。与肉眼所见接近；仅使用反射的可见光，受大气、云雾、阴影、散射的影响较大，通常对比度不高，感觉模糊（蓝色光散射严重） ；对于海岸区域研究特别有用，因为可见光可穿透水面，观察到海底。 432：近红外合成。颜色与肉眼所见完全不同；植被在近红外波段反射率特别高，因为叶绿素在此波段反射的能量大，因此在432 图象中植被会
9、明显表现为深浅不同的红色，不同类型植物有不同的红色色调；水会吸收差不多所有的近红外光，因此水面颜色很深近乎黑色。 743/742：短波红外合成。包含至少一个短波红外波段，短波红外波段的反射率主要取决于物体表面的含水量，因此这类图象可用于植被保护和土地研究。 TM 图像波段介绍 1.TM1 0.45-0.52um,蓝波段,对水体穿透强,对叶绿素与叶色素反映敏感,有助于判别水深及水中叶绿素分布以及水中是否有水华等. 2.TM2 0.52-0.60um,绿波段,对健康茂盛植物的反射敏感,对力的穿透力强,用于探测健康植物绿色反射率,按绿峰反射评价植物的生活状况,区分林型,树种和反映水下特征. 3.TM
10、3 0.62-0.69UM ,红波段,叶绿素的主要吸收波段,反映不同植物叶绿素吸收,植物健康状况,用于区分植物种类与植物覆盖率,其信息量大多为可见光最佳波段,广泛用于地貌,岩性,土壤,植被,水中泥沙等方面. 4 .TM4 0.76-0.96UM 近红外波段,对绿色植物类别差异最敏感,为植物通用波段,用于牧师调查,作物长势测量,水域测量. 5.TM5 1.55-1.75UM,中红外波段,处于水的吸收波段,一般 1.4-1.9UM 内反映含水量,用于土壤湿度植物含水量调查 ,水分善研究,作物长势分析,从而提高了区分不同作用长势的能力.易于反映云与雪. 6.TM6 1.04-1.25UM 热红外波段
11、,可以根据辐射响应的差别,区分农林覆盖长势,差别表层湿度,水体岩石,以及监测与人类活动有关的热特征,进行热制图. 7.TM7 2.08-3.35UM,中红外波段,为地质学家追加波段,处于水的强吸收带,水体呈黑色,可用于区分主要岩石类型,岩石的热蚀度,探测与交代岩石有关的粘土矿物. 二.类型提取: 1.城市与乡镇的提取:TM1+TM7+TM3+TM5+TM6+TM2-TM4 2.乡镇与村落:TM1+TM2+TM3+TM6+TM7-TM4-TM5 3.河流的提取:TM5+TM6+TM7-TM1-TM2-TM4 4.道路的提取：（） 三光谱差异 居民地与河流菜地不易分开 居民地与河流菜地不易分 乡村
12、与菜地不易分 农田与道路不易分，乡镇，道路，河滩易浑 县城与农田不易分 村庄与河流易混LANDSAT 7 各波段均有其不同的用途：波段序号 波长范围波段名称地面分辨率主要应用领域1 0.450.52m 蓝绿色30m 对水体有一定的透视能力，能够反射浅水水下特征，区分土壤和植被、编制森林类型图、区分人造地物类型,分析土地利用。2 0.520.60m 绿色 30m探测健康植被绿色反射率、区分植被类型和评估作物长势，区分人造地物类型，对水体有一定透射能力，主要观测植被在绿波段中的反射峰值,这一波段位于叶绿素的两个吸收带之间,利用这一波段增强鉴别植被的能力。3 0.630.69m 红色 30m测量植物
13、绿色素吸收率，并以此进行植物分类，可区分人造地物类型；位于叶绿素的吸收区,能增强植被覆盖与无植被覆盖之间的反差,亦能增强同类植被的反差4 0.760.90m 近红外30m测量生物量和作物长势，区分植被类型，绘制水体边界、探测水中生物的含量和土壤湿度；要用来增强土壤-农作物与陆地-水域之间的反差。5 1.551.75m 短波红外30m 探测植物含水量和土壤湿度，区别雪和云：适合庄稼缺水现象的探测和作物长势分析。6 10.412.5m 热红外60m 用于热强度、测定分析，探测地表物质自身热辐射，用于热分布制图，岩石识别和地质探矿7 2.082.35m 短波红外30m 探测高温辐射源，如监测森林火灾
14、、火山活动等，区分人造地物类型，岩系判别。8（PAN）0.520.90 m 全色 15mLandsat 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
15、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Landsat1-3Landsat4-5 类型波长（微米）分辨率（米）主要作用Band 4 Band 1绿色波段0.5-0.6 80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
16、 Band 2红色波段0.6-0.7 80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0.7-0.8 80用于区分健康与病虫害植被，水陆分界，土壤含水量研究。MSSBand 7 Band 4 近红 0.8-1.1 80 用于测定生物量和外 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Band 1蓝绿波段0.45-0.52 30用于水体穿透，分辨土壤和植被Band 2绿色波段0.52-0.60 30 分辨植被Band 3红色波段0.63-0.69 30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0.76-0.90 30 用于估算生物量TMBand 5中红外波段1.55-1.75 30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
