Организация доступа к данным портала. Landsat8 и примеры использования данных

1.

Организация доступа к данным портала
Landsat8 и примеры использования данных

2.

Информация о спутнике Landsat 8
Landsat 8 — американский спутник дистанционного зондирования Земли, восьмой в рамках
программы Landsat. Изначально назывался Landsat Data Continuity Mission (LDCM), создан
совместно NASA и USGS. Выведен на орбиту 11 февраля 2013 года.
Спутник Landsat 8 продолжает получение данных для программы, используя два набора
инструментов, Operational Land Imager (OLI) и Thermal InfraRed Sensor (TIRS). Первый набор
получает изображения в 9 диапазонах видимого света и ближнего ИК, второй набор — в 2
диапазонах дальнего (теплового) ИК. Спутник рассчитан на срок активного существования в
5.25 лет, однако запас топлива позволяет использовать его до 10 лет.

3.

Основные научные задачи Landsat 8:
Сбор и сохранение многоспектральных изображений среднего разрешения (30 метров
на точку) в течение не менее чем 5 лет;
Сохранение геометрии, калибровки, покрытия, спектральных характеристик, качества
изображений и доступности данных на уровне, аналогичном предыдущим спутникам
программы LandSat;
Бесплатное распространение изображений, полученных с помощью Landsat 8.

4.

Технические данные Landsat 8:
Landsat 8 получает изображения в видимом диапазоне волн, в ближнем ИК и в дальнем
ИК, с разрешением снимков от 15 до 100 метров на точку. Производится съемка суши и
полярных регионов. В сутки снимается порядка 400 сцен (у предыдущего LandSat-7
было всего 250 сцен в день). Сенсоры OLI и TIRS имеют более высокое отношение
сигнал-шум (SNR) и позволяют снимать до 12 бит на точку.

5.

Параметры продукции Landsat 8
Уровень обработки: 1T (коррекция рельефа)
Формат изображений: GeoTIFF
Размер пикселя: 15 метров/30 метров/100 метров (панхроматический канал/
мультиспектральный канал/ дальний ИК)
Проекция: UTM, также полярная стереографическая для Антарктиды
Система координат: WGS 84
Точность позиционирования:
OLI: КВО 12 метров (90 %)
TIRS: КВО 41 метр (90 %)

6.

Operational Land Imager (OLI)
OLI работает в 9 спектральных
диапазонах, семь из которых близки к
тем, которые использовались в более
ранних инструментах Thematic
Mapper (TM) и Enhanced Thematic
Mapper Plus (ETM+) с предыдущих
спутников Landsat, за счет чего
обеспечивается преемственность и
совместимость с ранее накопленным
массивом данных Landsat. Добавлено
два новых диапазона, канал 1 (темносиний и фиолетовый) для изучения
прибрежных вод и аэрозолей и канал 9
(ближний ИК) для упрощения поиска
облаков на снимках.
В фокальной плоскости Operational Land Imager установлено 14 модулей Focal
Plane Modules, в каждом модуле установлено 10 линейных сенсоров
различных диапазонов (один из сенсоров закрыт от света непрозрачным
фильтром и используется для калибровки ИК-сенсоров).
Телескоп OLI состоит из 4 неподвижных зеркал.

7.

Thermal InfraRed Sensor (TIRS)
Инструмент Thermal InfraRed Sensor (TIRS) был создан в центре NASA
Goddard Space Flight Center и предназначен для получения
изображений в дальнем ИК. В фокальной плоскости TIRS установлены
фотодатчики Quantum Well Infrared Photodetector (QWIP) на базе
GaAs. Инструмент TIRS использует тот же принцип получения
изображений pushbroom, что и OLI, и также имеет полосу обзора в 185
километров. Получение изображений происходит в двух каналах, 10 и
11, которые, совместно, работают в том же диапазоне, что и канал TIR
на более ранних спутниках программы LandSat. Из-за того, что
решение о добавлении TIRS в состав Landsat 8 принималось
относительно поздно и для упрощения проектирования, TIRS имеет
запланированное время работы 3 года.
Инфракрасный телескоп TIRS использует 4 линзы, изготовленные из
германия и селенида цинка. Телескоп охлаждается до 185 кельвинов
за счет излучения тепла с специального радиатора.

8.

Таблица Диапазонов
Спектральный канал
Длины волн (мкм)
Разрешение (размер пиксела в м)
Канал 1 — Побережья и аэрозоли (Coastal / Aerosol, New Deep Blue)
0.433 — 0.453
30
Канал 2 — Синий (Blue)
0.450 — 0.515
30
Канал 3 — Зеленый (Green)
0.525 — 0.600
30
Канал 4 — Красный (Red)
0.630 — 0.680
30
Канал 5 — Ближний ИК (Near Infrared, NIR)
0.845 — 0.885
30
Канал 6 — Ближний ИК (Short Wavelength Infrared, SWIR 2)
1.560 — 1.660
30
Канал 7 — Ближний ИК (Short Wavelength Infrared, SWIR 3)
2.100 — 2.300
30
Канал 8 — Панхроматический (Panchromatic, PAN)
0.500 — 0.680
15
Канал 9 — Перистые облака (Cirrus, SWIR)
1.360 — 1.390
30
Канал 10 — Дальний ИК (Long Wavelength Infrared, TIR1)
10.30 — 11.30
100
Канал 11 — Дальний ИК (Long Wavelength Infrared, TIR2)
11.50 — 12.50
100

9.

Earth Explorer
Описание
Earth Explorer – это веб приложение созданное Геологической службой США (USGS).
Его цель – предоставить доступ к геоданным Landsat 8, и данным других спутников.
Адрес сайта http://earthexplorer.usgs.gov . Гражданин любой страны может получить
полный доступ ко всем данным при условии их некоммерческого использования.

10.

Принцип работы
Сайт Earth Explorer использует традиционную для веб-программирования связку из PHP,
Jquery и Mysql . Этой связкой обеспечивается возможность использования программы
через любую операционную систему и устройство. Все вычисления и запросы
обрабатываются на сервере. Пользователю передаются результаты обработки в
формате html, поэтому для использования программы необходим Веб-Браузер и
подключение к интернету.
Язык PHP – это основное средство для программирования. С его помощью на сервере
проводятся вычисления, обрабатываются пользовательские запросы, и переводятся в
формат html полученные результаты. Исходный код в языке PHP является закрытым,
что обеспечивает во первых полную защиту от копирования программы, а во вторых
блокирует потенциальные сетевые атаки. Злоумышленник не может подменить сетевые
пакеты или данные (Что является основным способом взлома программ). Он может
работать только со входными и выходными данными. При правильном составлении
программы и проверке данных на входе – программа становится полностью
защищенной.

11.

Принцип работы
Mysql – это средство и стандарт работы с базами данных. Около 90% сетевых программ
использует данный стандарт или его модификации. Тем самым обеспечивается
оптимизированная работа и стандартизация хранения данных. Язык PHP содержит
полный набор команд для работы с Mysql. В целях защиты базы данных, учетные
данные и пароли хранятся в закрытом виде.
Jquery – это библиотека команд для языка JavaScript. Ее предназначение – работа с
пользовательским интерфейсом. Графика, отправка запросов и многое другое
осуществляется с помощью данной библиотеки. Ее основное преимущество по
сравнению с обычным JavaScript это поддержка и учет индивидуальных особенностей
любого веб-браузера. В отличии от JavaScript который необходимо настраивать
вручную под каждый браузер – Jquery осуществляет настройку в автоматическом
режиме. Все операции с пользовательским интерфейсом находятся в открытом коде
который обрабатывается Веб-Браузером пользователя системы.
В связи с закрытым кодом PHP и невозможностью расшифровать код Jquery без знания
переменных – привести пример кода программы не представляется возможным.

12.

Основные функции
С помощью вкладки «Search Criteria» можно найти любой географический обьект на
карте.
Устанавливаем курсор на требуемом регионе и переходим к его местоположению.
В разделе Data Sets выбираем данные архива спутника Landsat 8

13.

Основные функции
Результаты запроса:

14.

Практическое применение диапазонов Landsat 8
В качестве демонстрации можно выбрать город Лос-Анджелес, страдающий от лесных
пожаров.

15.

Диапазон 1
Спектральный канал
Канал 1 — Побережья и аэрозоли (Coastal / Aerosol, New Deep Blue)
Длины волн (мкм)
Разрешение (размер пиксела в м)
0.433 — 0.453
30
Чувствителен к темно-синим и фиолетовым цветам. Синий цвет трудно различать из
космоса, так как он хорошо рассеивается на пыли и частичках воды в воздухе, а также
на самих молекулах воздуха. Это одна из причин, по которым удаленные предметы
(например гора на горизонте) имеют голубоватый оттенок, а также почему небо голубое.
Этот диапазон также называется побережным или аэрозольным, согласно двум своим
основным видам применения: в нем видно мелководье и мельчайшие частички пыли и
дыма в воздухе. Изображение в этом диапазоне выглядит почти так же, как и в
Диапазоне 2, но если увеличить контраст, то можно увидеть различия

16.

Диапазон 1
Изображение в Диапазоне 1 минус Диапазон 2. Океан и живые растения отражают
больше темно-фиолетовых тонов. Большинство растений производит вещество,
которое отражает ультрафиолет.
Спектральный канал
Длины волн (мкм)
Разрешение (размер пиксела в м)
Канал 1 — Побережья и аэрозоли (Coastal / Aerosol, New Deep Blue)
0.433 — 0.453
30
Канал 2 — Синий (Blue)
0.450 — 0.515
30

17.

Диапазоны 2, 3 и 4
Представляют собой видимые синий, зеленый и красный спектры. При наложении 3х слоев друг на друга
получится привычное человеческому глазу изображение
Спектральный канал
Длины волн (мкм)
Разрешение (размер пиксела в м)
Канал 2 — Синий (Blue)
0.450 — 0.515
30
Канал 3 — Зеленый (Green)
0.525 — 0.600
30
Канал 4 — Красный (Red)
0.630 — 0.680
30

18.

Диапазон 5
Ближний инфракрасный спектр или NIR (Near Infrared). Эта часть спектра особенно важна для
экологов, поскольку вода в листьях здоровых растений отражает ее. Яркие пятна это парки или
другие зоны с большим количеством увлажненной растительности.
Спектральный канал
Канал 5 — Ближний ИК (Near Infrared, NIR)
Длины волн (мкм)
Разрешение (размер пиксела в м)
0.845 — 0.885
30

19.

Диапазоны 6 и 7
Спектральный канал
Длины волн (мкм)
Разрешение (размер пиксела в м)
Канал 6 — Ближний ИК (Short Wavelength Infrared, SWIR 2)
1.560 — 1.660
30
Канал 7 — Ближний ИК (Short Wavelength Infrared, SWIR 3)
2.100 — 2.300
30
Покрывают разные участки коротковолнового ИК или SWIR (shortwave infrared). Они позволяют
отличать сухую землю от влажной, а также различать скалы и почвы, которые выглядят похоже в
других диапазонах, но отличаются в SWIR. На цветном изображении (SWIR используется вместо
красного канала, NIR вместо зеленого и темно-синий вместо синего) комбинация диапазонов 7-5-1:
След от огня теперь невозможно не заметить – сильно отражающий в Диапазоне 7 и
практически не отражающий в других, он становится красным. Неясные ранее детали
растительности становятся четкими

20.

Диапазон 8
Спектральный канал
Канал 8 — Панхроматический (Panchromatic, PAN)
Длины волн (мкм)
Разрешение (размер пиксела в м)
0.500 — 0.680
15
Панхроматический, напоминает черно-белую пленку: вместо того, чтобы разделять
цвета по спектру, он собирает их все в одном канале. За счет этого он воспринимает
больше света и дает самую четкую картинку среди всех диапазонов. Кроме того, он
имеет наилучшее пространственное разрешение (15 м).

21.

Диапазон 8
В сочетании с полноцветным изображением, диапазон 8 позволяет существенно
повысить четкость изображения

22.

Диапазон 9
Это одна из «новинок» Landsat 8 Он покрывает очень узкую полосу длин волн – 1370 ± 10
нанометров. Немногие из космических инструментов регистрируют эту область спектра,
поскольку она почти полностью поглощается атмосферой. Поскольку земля в этом диапазоне
едва различима, все, что в нем ярко видно, либо отражает очень хорошо, либо находится вне
атмосферы.
В Диапазоне 9 видны только облака. Облака
представляют реальную проблему для
спутниковых снимков, так как из-за размытых
краев плохо различимы в обычных
диапазонах, а снимки, сделанные сквозь них,
могут иметь расхождения с другими. С
помощью Диапазона 9 это легко отследить.
Спектральный канал
Канал 9 — Перистые облака (Cirrus, SWIR)
Длины волн (мкм)
Разрешение (размер пиксела в м)
1.360 — 1.390
30

23.

Диапазоны 10 и 11
Тепловое ИК или TIR (thermal infrared) – они видят тепло. Вместо измерения
температуры воздуха, как это делают погодные станции, они измеряют температуру
поверхности, которая часто бывает намного выше.
Темные (холодные) пятна соответствуют
облакам со снимка в диапазоне 9. Затем
идет увлажненная растительность,
открытая вода и природная
растительность. След от пожара, покрыт
углем и мертвой растительностью, поэтому
имеет очень высокую температуру.
В черте города парки имеют самую низкую
температуру, а индустриальные районы –
самую высокую.
Спектральный канал
Длины волн (мкм)
Разрешение (размер пиксела в м)
Канал 10 — Дальний ИК (Long Wavelength Infrared, TIR1)
10.30 — 11.30
100
Канал 11 — Дальний ИК (Long Wavelength Infrared, TIR2)
11.50 — 12.50
100