Landsat 卫星数据的产品特征及应用范围

1 Landsat卫星数据简介

美国于1961年发射了第一颗试验型极轨气象 卫星，20世纪70年代在气象卫星的基础上研制发射了第一代试验型地球资源卫星(Landsat 1～3)。这三颗卫星上装有返束光导摄像机和多光谱扫描仪MSS,分别有3个和4个谱段，分辨率为80m。各国从卫星上接收了约45万幅遥感图像。

80年代，美国分别发射了第二代试验型地球资源卫星( Landsat4、5)。卫星在技术上有了较大改进，平台采用新设计的多任务模块，增加了新型的专题绘图仪TM，可通过中继卫星传送数据。TM的波谱范围比MSS大，每个波段范围较窄，因而波谱分辨率比MSS图像高，其地面分辨率为30m ( TM6的地面分辨率只有120m) 。

90年代，美国又分别发射了第三代资源卫星(Landsat 6、7)。Landsat6卫星是1993年发射的，因未能进入轨道而失败。由于克林顿政府的支持，1999 年发射了Landsat 7卫星，以保持地球图像、全球变化的长期连续监测。该卫星装备了一台增强型专题绘图仪ETM+,该设备增加了一个15m分辨率的全色波段，热红外信道的空间分辨率也提高了一倍，达到60m。美国资源卫星每景影像对应的实际地面面积均为185kmx 185km, 16天即可覆盖全球一次。

2013年2月11 日，美国国家航空航天局( National Aeronautics and Space Administration， NASA )成功发射了Landsat8卫星，为走过了40年辉煌岁月的Landsat计划重新注入新鲜血液。Landsat 8上携带两个主要载荷：OLI和TIRS。其中OLI（ operational land imager，陆地成像仪)由科罗拉多州的鲍尔航空航天技术公司研制；TIRS( thermal infared sensor,热红外传感器)由NASA的戈达德太空飞行中心研制，设计使用寿命为至少5年。

2 产品特征及应用范围

1.产品特征

1 ) Landsat 7

a.原始数据产品(Level 0)

原始数据产品是卫星下行数据经过格式化同步、按景分幅、格式重整等处理后得到的产品，产品格式为HIDF格式，其中包含用辐射校正和几何校正处理所需的所有参数文件。原始数据产品可以在各个地面站之间进行交换并处理。

b. 辐射校正产品(Level 1)

辐射校正产品是只经辐射校正而没有经过几何校正的产品数据，并将卫星下行扫描行数据反转后按标称位置排列。

c.系统几何校正产品(Level 2)

系统几何校正产品是指经过辐射校正和系统级几何校正处理的产品，其地理定位精度误差为250m般可以达到 150m以内。如果用确定的星历数据代替卫星下行数据中的星历数据来进行几何校正处理，其地理定位精度将大大提高。几何校正产品的格式可以是FAST-L7A、 HDF或GoTIF。

d.几何精校正产品(Level3)

几何精校正产品是采用地面控制点对几何校正模型进行修正，从而大大提高产品的几何精度，其地理定位精度可达一个像元以内，即30m。产品格式可以是FAST-L7A、HDF或GeoTIFF。

e.高程校正产品(Level4)

高程程正产品压采用地面控制点和数字高程模型对几何校正模型进行修正，进一步消除高程的影响。产品格式可以是FAST-L7A、HDF或CoTIFF。要生成高程校正产品，要求用户提供数字高程模型数据。

2) Landsat 8

参照美国地质勘查局( United States Geological Survey, USGS )对Landsat卫星数据及其产品的描述，Landsat 8数据产品分为LORp、L1G、L1Gt 和L1T4个等级。

a. LORp数据产品

LORp数据产品是卫星地面系统对卫星原始数据进行帧同步、去格式化、解压缩、分帧、分景、重新格式化处理生成的数据集，其中包含后续处理所需的所有图像数据和辅助数据。但是，Landsat 8卫星上传感器阵列的排列方式及推扫式的成像方式，导致了相邻传感器获取的地物图像在几何位置上存在偏移，LORp数据没有对这个偏移进行校正处理，所以用户无法直接使用LORp数据。

b. L1G数据产品

L1G数据产品是辐射校正数据经过系统级几何校正处理(未使用地面控制点和数字高程模型数据)得到的数据产品。

c. L1Gt数据产品

L1Gt数据产品是辐射校正数据进行系统几何校正并在校正处理中使用数字高程模型得到的数据产品。

d.L1T数据产品

L1T数据产品是辐射校正数据使用地面控制点和数字高程模型数据进行精确校正后的数据产品。在几何校正产品生产过程中，中国地区采用的数字高程模型数据源为SRTM ( shuttle rader topography mission)，其水平分辨率为30m，相对精度为10m；采用的地面控制点库为GLS2005 ( global land survey 2005)，根据2012年USGS、NASA,以及马里兰大学的精度评价，GLS2005 80%的数据精度高于30m, 97%的数据精度高于50m。经过几何精校正后的Landsat8L1T产品，与以往的Landsat产品相比，产品精度方面有了大幅提升。根据USGS提供的信息，OLI成像仪L1T产品的理论设计几何标称精度为12m, TIRS 成像仪L1T产品的理论设计几何标称精度为41m。

2.应用范围

1) 321波段

该波段为真彩色合成，即3、2、1波段分别赋予红、绿、蓝色，则获得自然彩色合成图像，图像的色彩与原地区或景物的实际色彩一致， 适合非遥感应用专业人员使用。

2) 432波段

该波段为标准假彩色合成，即4、3、2波段分别赋予红、绿、蓝色，获得图像植被呈红色，由于突出表现了植被的特征，应用十分广泛，而被称为标准假彩色。

3) 451波段

该波段信息量最丰富的组合，TM图像的光波信息具有3～4维结构，其物理含义相当于亮度、绿度、热度和湿度。在TM 7个波段光谱图像中，一般第5个波段包含的地物信息最丰富。3个可见光波段(即第1~3波段)之间，两个中红外波段(即第4、第7波段)之间相关性很高，表明这些波段的信息中有相当大的重复性或者冗余性。第4、第6波段较特殊，尤其是第4波段与其他波段的相关性很低，表明这个波段信息有很大的独立性。计算各种组合的熵值的结果表明，由一个可见光波段、一个中红外波段及第4波段组合而成的彩色合成图像一般具有最丰富的地物信息， 其中又常以453或451波段的组合为最佳。第7波段只是在探测森林火灾、岩矿蚀变带及土壤黏土矿物类型等方面有特殊的作用。

4) 741波段

该波段图像具有兼容中红外、近红外及可见光波段信息的优势，图面色彩丰富， 层次感好，具有极为丰富的地质信息和地表环境信息;而且清晰度高，干扰信息少，地质可解译程度高，各种构造形迹(褶皱及断裂)显示清楚，不同类型的岩石区边界清晰，岩石地层单元的边界、特殊岩性的展布，以及火山机构也显示清楚。

5) 742波段

该波段可以用来解析线性构造、环形构造，可以对全区进行成矿预测，为圈定某区域最优找矿靶区提供遥感依据。