Landsat 5衛星的TM資料

時間 2021-09-20 01:33:40

1樓:匿名使用者

landsat一5的成像感測器tm 獲取的資料屬於光學類遙感資料,目前中國科學院中國遙感衛星地面站(以下簡稱中國遙感衛星地面站)所生產的landsat一5資料產品一共有四個級別,分別是0級、1級、系統級糾正(systematic geocorrection)與精糾正(precision geocorrection)。

0級產品是指畫素值沒有經過處理的影象資料,1級產品是指對0級產品進行輻射糾正後的產品,系統級糾正產品是在1級產品的基礎上進行系統幾何糾正後的產品,精糾正產品是引入了控制點資訊進行幾何精糾正後的產品。相對於0級和1級產品,系統級糾正與精糾正的產品可以增加高程糾正(elevation correction)功能,高程糾正有三種選擇級別:base、coarse dem與fine dem,base是全球尺度的高程糾正,coarsedem 是1:

1o0萬比例尺的dem 資料,fine dem是1:25萬以上比例尺的dem 資料。

0級與1級產品的資料格式有eosat fast 與ccrs lg—sowg兩種,系統級糾正與精糾正產品的資料格式有eosat fast、ccrs lgsowg與geo tiff三種。0級產品沒有經過輻射糾正和幾何糾正處理,這類產品主要是面向具有一定遙感衛星資料處理經驗的高階使用者,所以一般情況下不建議普通使用者使用。目前中國遙感衛星地面站給使用者提供最多的是經過輻射糾正和幾何糾正的系統級糾正產品。

使用者如果對影象定位精度要求比較高,平原地區可選用精糾正產品,高程較高的區域建議選用經過高程糾正的精糾正產品,其幾何定位精度誤差在1-2個像元之內。 中國遙感衛星地面站所生產的landsat一5衛星數字產品格式分為eosat fast、geo tiff和ccrs lgsowg三大類。tm 數字產品可以選擇的資料格式以及相適用的記錄方式和記錄介質如表2所示。

表2 tm 數字產品資料格式 資料格式 eosat fast geo tiff ccrs lgsowg 記錄方式 bsq bsq bsq、bil 記錄介質 磁帶、cd—rom 磁帶、cd—rom 磁帶、cd—rom eosat fast格式

eosat fast格式輔助資料與影象資料分離,具有簡便、易讀的特點。輔助資料以ascii碼字元記錄,影象資料只含影象資訊,使用者使用起來非常方便。該格式又可分為fast b和fast c兩種。

目前絕大多數使用者選擇訂購都是fast b格式產品。

fast b格式所遵循的基本規則有:

① fast b格式僅有bsq記錄方式;

② 儲存介質上的每乙個影象檔案對應於乙個波段的資料,並且所有影象檔案尺寸相同;

③ 每一盤磁帶/光碟可包括多個影象檔案,但同一波段檔案不跨存於兩個介質上。

eosat fast b格式磁帶上包括兩類檔案:帶頭檔案和影象檔案。帶頭檔案是磁帶上的第乙個檔案,共1536位元組,全部為ascii碼字元。

檔案中的字元域為左對齊,而數字域則為右對齊。影象檔案只含影象資料,不包括任何輔助資料資訊。影象的行列數在帶頭檔案中給出。

ccrs lgsowg格式

ccrs lgsowg格式符合lgsowg和加拿大ccrs的有關規範。ccrs lgsowg格式所包含的輔助資料全面,但結構比較複雜,且許多說明欄位為二進位製碼,不易直接閱讀。使用者訂購該格式產品時,應考慮自己使用的影象處理系統是否支援ccrs lgsowg輸入。

ccrs lgsowg格式的記錄方式可為bsq,也可為bil。磁帶上檔案分為以下5類:

①卷目錄檔案(volume directory fi1e)—— 磁帶上的第乙個檔案,由若干個記錄組成,每個記錄大86小為360位元組。卷目錄檔案描述本卷磁帶所含檔案的基本資訊。

②標頭檔案(leader fi1e)一一包含影像標識、影像位置、處理引數、地圖投影、輻射校正等輔助資料,記錄大小為432o位元組。

③ 影象檔案(imagery file)—— 影象檔案由1個影象資料說明記錄和l個(for bsq)或lx n個(for bil)影象記錄組成,l為影象行數,n為影象波段數。影象資料說明記錄中第237~244位元組描述影象行數,第249-256描述影象列數。影象記錄的大小與產品型別有關,對於常用的georeference整景產品(l5728×p6920),記錄長度為7020,四分之一景產品,記錄長度為3600,每個影象記錄的前32個位元組和後68個位元組是有關該記錄的說明,中間位元組為影象資料。

對於geocoded產品,影象記錄的前32個位元組和後148個位元組是有關該記錄的說明,中間位元組為影象資料。

④ 尾檔案(trailer file)— — 描述與它相關的影象檔案的資料質量和統計資訊等內容。由9個記錄組成,每個記錄大小為4320位元組。

⑤ 卷尾標識檔案(null volume directory fi1e)—— 標識本卷磁帶內容結束。由1個記錄組成,記錄大小為360位元組。

geo tiff格式

geotiff格式是在tiff6.0的基礎上發展起來的,並且完全相容於tiff6.0格式,目前的版本號為1.0。在tiff影象中有關影象的資訊都是存放在tag中,並且規定軟體在讀取tiff格式影象時如果遇到非公開或者未定義的tag,一律作忽略處理,所以對於一般的影象軟體來說,geotiff和一般的tiff影象沒有什麼區別,不會影響到對影象的識別;對於可以識別geotiff格式的影象軟體,可以反映出有關影象的一些地理資訊。

為了正確的解讀從遙感衛星上獲取的資料,需要在衛星載荷所獲得的觀測量和真實觀測的地球物理量之間建立對應關係。進行輻射定標的目的就是建立感測器每個探測元輸出的數碼訊號與該探測器輸入的(入瞳處)輻射亮度值之間的數量關係。

中國遙感衛星地面站landsat一5衛星的處理系統是由加拿大mda公司開發研製的,該資料處理系統使用的是基於星上內部定標燈的輻射定標演算法,這種演算法從二十世紀八十年代就開始使用。但是隨著裝置的不斷老化,landsat一5衛星內部定標燈已逐漸失效,所以這種基於星上內部定標燈的輻射定標演算法變得越來越不準確。

2023年3月中國遙感衛星地面站對landsat一5處理系統進行了更新,使用新的類似landsat一7的感測器增益演算法來進行輻射定標。在處理系統中仍然保持了原先的使用內部定標燈的演算法,即nasa、ccrs兩種演算法,更新後處理系統新增了nasa cpf、ccrs cpf兩種演算法。這樣,提供的可供選擇的演算法有nasa、nasa cpf、ccrs、ccrs cpf四種。

ccrs演算法使用乙個探測器作為基準,所有其他的探測器對它進行匹配;nasa演算法則將所有的探測器進行平均來取得基準值。ccrs cpf和nasa cpf的區別也是如此。新的輻射定標演算法只適用於1~5波段和7波段,6波段仍然沿用老的基於星上內部定標燈的輻射定標演算法,對於該波段的新輻射定標演算法資料正在研究中。

由於新的輻射定標演算法類似於landsat一7衛星,在進行輻射定標時使用從資料庫中讀出的絕對輻射增益值,這將使得這兩顆衛星的輻射定標資料更具有可比性。

使用者可以根據公式l=gain×dn+bias 計算得到感測器孔徑所接受的光譜輻射率l,dn 為產品資料的亮度值,gain與bias可以通過lmax與lmin計算得到,計算公式如下:

gain=(lmax—lmin)/255 (1)

bias= lmin (2)

lmax與lmin值如表3所示,該組資料由美國usgs發布,其單位是w / (㎡ .sr.μm),我們推薦使用這種方法計算輻射值。

表3 美國usgs發布的lmax與lmin值 波段 lmax lmin 1 -1.52 193.00 2 -2.

84 365.00 3 -1.17 264.

00 4 -1.51 221.00 5 -0.

37 30.20 6 1.2378 15.

3032 7 -0.15 16.50 另外,在landsat一5tm 資料fast格式產品的標頭檔案header.dat中,第281位元組找到以「rad gain/biases=」開始的7組資料,它們按波段順序記錄了每一波段的最大與最小輻射值,格式為lmax/lmin,具體值如表4所示

表4 landsat5tm 資料標頭檔案中的lmin與lmax值 波段 lmax lmin 1 1.26880 -0.0100 2 2.

98126 -0.0232 3 1.76186 -0.

0078 4 2.81771 -0.0193 5 0.

65277 -0.0080 6 3.20107 0.

25994 7 0.44375 -0.0040 需要注意的是,表4中的最大與最小輻射值的單位是mw/(c㎡ .sr)(即毫瓦/(平方厘公尺*球面度)),不含有μm^-1,所以使用時還需考慮波段的波譜寬度,表5給出了各個波段對應的波譜寬度。

最後還需轉換到標準單位w / (㎡ .sr.μm),w / (㎡ .sr.μm)與mw / (㎡ .sr.μm)的換算關係為1:10。

表5 tm 資料波段對應波譜寬度 波段號 頻譜寬度 1 0.066 2 0.082 3 0.

067 4 0.128 5 0.217 7 0.

252 由於這種計算方法誤差較大,我們不推薦使用這種方法對landsat一5 tm 資料進行輻射定標的計算。 在landsat一5 tm 資料的系統級幾何校正中是使用星曆引數確定產品的絕對地理位置的。landsat一5的處理系統mpgs採用的是傳統的處理方法,即從衛星的下行資料中提取pcd星曆引數,再將其用於tm 資料的系統級幾何校正。

由於landsat一5衛星長期執行,致使衛星的軌道定位精度不能保持在乙個較好的水平,而且從2023年切換到bumper模式工作以後,衛星的姿態控制系統和儀器的座標系統之間的轉換關係和發射前也有很大的差別,所以按照傳統方法使用pcd星曆引數生成系統級產品時定位誤差就比較大,有些景的定位誤差達到了幾千公尺。為此,usgs建議使用精確星曆引數確定產品的地理經緯度,提高系統級產品的幾何定位精度。

2023年底,中國遙感衛星地面站的技術人員對landsat一5 tm 的處理系統mpgs進行了更新,使用精確星曆引數後landsat一5 tm bumper模式資料的系統級產品的幾何定位精度得到了大幅度的提高,沿衛星飛行方向(along—track)的幾何定位精度大約為300m左右,垂直衛星飛行方向(across--track)的定位精度大約為250m左右。

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