Landsat陆地卫星系列遥感数据介绍

1.美国陆地卫星计划

“地球资源技术卫星”计划最早始于1967年，美国国家航空与航天局(NASA)受早期气象卫星和载人宇宙飞船所提供的地球资源观测的鼓舞，开始在理论上进行地球资源技术卫星系列的可行性研究。

美国陆地卫星(Landsat)系列卫星由美国航空航天局(NASA)和美国地质调查局(USGS)共同管理。陆地卫星是美国用于探测地球资源与环境的系列地球观测卫星系统，曾称作地球资源技术卫星(ERTS)。陆地卫星的主要任务是调查地下矿藏、海洋资源和地下水资源，监视和协助管理农、林、畜牧业和水利资源的合理使用，预报农作物的收成，研究自然植物的生长和地貌，考察和预报各种严重的自然灾害(如地震)和环境污染，拍摄各种目标的图像，以及绘制各种专题图(如地质图、地貌图、水文图)等。

1972年7月23日，第一颗陆地卫星(Landsat1)成功发射，后来发射的这一系列卫星都带有陆地卫星(Landsat)的名称。到1999年4月15日，共成功发射了六颗陆地卫星，它们分别命名为陆地卫星1到陆地卫星5(Landsat1—landsat5)以及陆地卫星7(Landsat7)，其中陆地卫星6的发射失败了。时隔24年，2013年2月11日Landsat系列卫星Landsat8发射升空，经过100天的测试运行后开始获取影像。

2.陆地卫星的轨道参数

陆地卫星的轨道设计为与太阳同步的近极地圆形轨道，以确保北半球中纬度地区获得中等太阳高度角(25°一30°)的上午成像，而且卫星以同一地方时、同一方向通过同一地点．保证遥感观测条件的基本一致，利于图像的对比。如Landsat 4、5轨道高度705km．轨道倾角98.2°，卫星由北向南运行，地球自西向东旋转，卫星每天绕地球14.5圈，每天在赤道西移159km，每16天重复覆盖一次，穿过赤道的地方时为9点45分，覆盖地球范围N81°—S81.5°。如表1为美国陆地系列卫星的参数。

表1 美国陆地系列卫星参数一览表

美国陆地系列卫星参数一览表 卫星 参数 发射 时间 卫星 高度 半主轴 倾角 经过赤道的时间 覆盖周期 扫幅 宽度 波段数 机载 传感器 1976年失运行 情况 灵，19801978退役 年修复，1982年退役 1983年退役 MSS MSS MSS 18天 18天 18天 16天 16天 16天 16天 8:50am 9:03am 6:31am 9:45am 9:30am 10:00am 10:00am Landsat1 Landsat2 Landsat3 Landsat4 Landsat5 Landsat6 Landsat7 Landsat8 2013.2.11 705km 1972.7.23 1975.1.12 1978.3.5 1982.7.16 1984.3 1993.1 发射 失败 1999.4.15 920km 7285.438 km 103.143 920km 7285.9 km 103.155 920km 7285.776 km 103.115 705km 7285.465 km 98.9 705km 705km 7285.438 km 98.2 7285.438 km 98.2 98.2 185km 185km 185km 185km 185km 185km 185km 4 4 4 7 7 8 9 MSS、TM MSS、TM ETM+ OLI、TIRS 因为近29年1983年TM传感器失效，退役 的超期服役，2011年11月18日USGS宣布停止获取数据 2003.5月出现故障 在役服务

3.各卫星机载传感器参数

①MSS传感器

MSS传感器的全称为多光谱扫描仪(Multi-Spectral Sensor)，Landsat1-Landsat5卫星中均搭载了MSS传感器，它几乎获得了1972年7月至1992年10月期间的连续地球影像。MSS选用可见光-近红外（0.5~1.1μm）谱段，共分4个波段。如表2为MSS传感器参数。

表2 MSS传感器参数

MSS传感器参数 多光谱 扫描仪 Landsat 1-3 Landsat 4-5 类型 波长 分辨率 （微米） （米） 主要作用 对水体由一定透射能力，清洁水体中透射深度可达Band 4 Band 1 绿色波段 0.5-0.6 80 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。 用于城市研究，对道路、大型建筑工地、沙砾场和Band 5 MSS Band 2 红色波段 0.6-0.7 80 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。 用于区分健康与病虫害植Band 6 Band 3 近红外 0.7-0.8 80 被，水陆分界，土壤含水量研究。 用于测定生物量和监测作Band 7 Band 4 近红外 0.8-1.1 80 物长势，水陆分界，地质研究。

②TM传感器

Landsat专题制图仪器(TM, Thematic Mapper)是Landsat4和Landsat5携带的传感器，从1982年发射至今，其工作状态良好，几乎实现了连续的获得地球影像。

表3 TM传感器参数

TM传感器 专题 制图仪 Landsat 4-5 Band 1 Band 2 TM 波段 蓝绿波段 绿色波段 波长 （微米） 0.45-0.52 0.52-0.60 分辨率（米） 30 30 主要作用 用于水体穿透，分辨土壤和植被 分辨植被 处于叶绿素吸收区域，用Band 3 红色波段 0.63-0.69 30 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 用于分辨道路，裸露土Band 5 中红外波段 1.55-1.75 30 壤，水，在不同植被之间有好的对比度，并且有好的穿透云雾的能力。 Band 6 热红外波段 10.40-12.50 120 感应发出热辐射的目标 对于岩石，矿物的分辨很Band 7 中红外波段 2.08-2.35 30 有用，也可用于辨识植被覆盖和湿润土壤。

③ETM+传感器

Landsat7携带的主要传感器是ETM+，它的全称是增强专题制图仪(Enhanced Thematic Mapper)。增强是相对TM来说的，它在空间分辨率和光谱特性方面延续了并超越了TM的配置。ETM+除有TM的7个波段外，增加了一个空间分辨率为15m的全色波段，同时将热红外波段的空间分辨率由120m提高到60m。ETM+传感器的具体参数如表4所示。

2003年5月31日(21:42:35GMT)，Landsat-7ETM+机载扫描行校正器(Scan Lines Corrector，简称SLC)突然发生故障，导致获取的图像出现数据重叠和大约25%的数据丢失，因此2003.5.31日之后Landsat7的所有数据都是异常的，需要采用SLC-off模型校正。另外，2003.05.31-2003.07.14以及2003.07.03-2003.09.17之间的数据是缺失的。

L7 SLC-on是指2003.5.31日Landsat 7 SLC故障之前的数据产品。 L7 SLC-off是指2003.5.31日Landsat 7 SLC故障之后的异常数据产品。

表4 ETM传感器参数

ETM传感器 增强专题制图仪 ETM+ Landsat 7 Band 1 Band 2 波段 蓝绿波段 绿色波段 波长(微米) 0.45-0.52 0.52-0.60 分辨率（米） 30 30 主要作用 用于水体穿透，分辨土壤植被 用于分辨植被 处于叶绿素吸收区，Band 3 红色波段 0.63-0.90 30 用于观测道路，裸露土壤，植被种类等 Band 4 近红外 0.76-0.90 30 用于估算生物量，分辨潮湿土壤 用于分辨道路，裸露土壤，水，还能在不Band 5 中红外 1.55-1.75 30 同植被之间有好的对比度，并且有较好的大气、云雾分辨能力 Band 6 热红外 10.40-12.50 60 感应出热辐射的目标 用于岩石，矿物的分Band 7 中红外 2.09-2.35 30 辨很有用，也可用于辨识植被覆盖和湿润土壤 为15米分辨率的黑白Band 8 全色 0.52-0.90 15 图像，用于增强分辨率，提供分辨能力

④OLI传感器

OLI传感器的全称为陆地成像仪(Operational Land Imager，OLI)，为Landsat8卫星的主要携带仪器。OLI被动感应地表反射的太阳辐射和散发的热辐射，有9个波段的感应器，覆盖了从红外到可见光的不同波长范围。与Landsat-7卫星的ETM+传感器相比，OLI增加了一个蓝色波段（0.433–0.453μm）和一个短波红外波段(band 99, 1.360–1.390 μm)，蓝色波段主要用于海岸带观测，短波红外波段包括水汽强吸收特征，可用于云检测。如表5为OLI传感器的参数列表。

表5 OLI传感器参数

OLI传感器 陆地 成像仪 Landsat-8 1-海岸波段 2-蓝波段 3-绿波段 4-红波段 OLI 5-近红外 6-中红外 7-中红外 8-全色波段 9-水汽吸收波段

波段(μm) 0.433–0.453 0.450–0.515 0.525–0.600 0.630–0.680 0.845–0.885 1.560–1.660 2.100–2.300 0.500–0.680 1.360–1.390 空间分辨率(m) 30 30 30 30 30 30 30 15 30 包括水汽强吸收特征，可用于云检测。 同ETM+ 主要作用 海岸带观测 ⑤TIRS传感器

TIRS传感器的全称为热红外传感器(Thermal Infrared Sensor, TIRS)，它是有史以来最先进，性能最好的热红外传感器。TIRS将收集地球热量流失，目标是了解所观测地带水分消耗，特别是干旱地区水分消耗。如表6为TIRS传感器参数表。

表6 TIRS传感器参数

TIRS传感器 热红外 传感器 TIRS

Landsat8 10 11 波段(μm) 10.60～11.19 11.50～12.51 空间分辨率(m) 100 100 4.各传感器影像数据产品简介

①影像产品参数

Landsat陆地卫星携带的传感器获取的影像数据产品的参数，除了单元格大小外，其他的参数基本一致。数据输出格式是GeoTIFF，采取三次卷积的取样方式，地图投影为UTM-WGS84南极洲极地投影。具体的产品参数和获取方式见表7。

表7 影像产品参数 产品类型 输出格式 取样方法 地图投影 分发 获取 Level1T标准地形校正 GeoTIFF 三次卷积(CC) UTM–WGS84南极洲极地投影 只能通过Http下载 对于已经有数据实体的影像可以立即通过网上下载， 对于未获得数据实体的影像，需要提交数据申请，或者参照其他说明。 L1T数据产品经过系统辐射校正和地面控制点几何校正，并且地形校正 通过DEM进行了地地形校正。 此产品的大地测量校正依赖于精确的地面控制点和高精度的DEM数据。 ②影像产品级别

数据分发前，美国国家航空与航天局（NASA）和美国地质调查局（USGS）对数据产品进行了系统的辐射矫正和地面控制点几何校正，并且通过DEM高程模型做了地形矫正。按照产品的处理级别，分为四类：原始数据产品（Level 0），辐射矫正产品（Level 1），系统几何矫正产品（Level 2），几何精矫正产品（Level 3），高程矫正产品（Level 4）。

表8 影像产品级别说明 Level 1级 产品级别说明 经过辐射校正，并将卫星下行扫描行数据反转后按标称位置排列，但没有经过几何校正的产品数据。1级产品也被称为辐射校正产品。 2级 经过辐射校正和几何校正的产品数据，并将校正后的图像数据映射到指定的地图投影坐标下。2级产品也被称为系统校正产品。 经过辐射校正和几何校正的产品数据，同时采用地面控制点改进3级 产品的几何精度。 3级产品也被称为几何精校正产品。几何精校正产品的几何精度取决于地面控制点的精度。 经过辐射校正、几何校正和几何精校正的产品数据，同时采用数4级 字高程模型（DEM）纠正地势起伏造成的视差。 Level 4产品也称为高程校正产品。高程校正产品的几何精度取决于地面控制点的可用性和DEM数据的分辨率。 ③影像产品组织

Landsat陆地卫星数据覆盖中国区域需要561景影像，每一景Landsat卫星影像图像存贮为一个压缩文件。每个数据文件的文件名由拍摄卫星的名称，拍摄地区行、列编号，拍摄时间，地面接收站位置来共同命名。例如，LT51240312009224IKR00文件名包含的信息如下：拍摄卫星是

Landsat_5（TM传感器），拍摄地区位于124行/31列，拍摄时间是2009年的第223天，地面接收站编号IKR。

5.影像数据获取及处理

在所有遥感影像数据中，Landsat数据可以说是应用最为广泛的。尽管ETM+数据中间出现了故障，但Landsat高频次的重访周期、较优的数据质量、越来越完善的波段信息、越来越高的空间分辨率，值得拥有！在进行每一项与遥感相关的各类信息提取、专题图制作等方面，Landsat影像作为一种基础数据会首先被下载，或直接作为信息提取的主要数据源，或作为下载或购买其他数据的依据，甚至还可作为校正其他影像数据的几何基准。总之，Landsat数据即可独当大任，又可幕后支撑。

①影像数据获取

Landsat数据在全球范围内免费下载，只不过每一个下载网站都需要注册后审核通过后才可以下载。具体的下载网址请参考我的另一篇新浪博客，《遥感影像下载网址(亲试总结)》：http://blog.sina.com.cn/s/blog_5f1077ed0102vda1.html，或者百度文库下载，网址：http://wenku.baidu.com/link?url=nh2kiVBX-E_uSG0DDknaReAiMRY6V15kt_NsvIfxmpx3mistjOfb4TvzPDMzGEZY_DcFt7TV9G8DzxVgjJ4E_BV_pEUMC4z9H_kFofJHW2G。这些都是我的亲试总结，希望大家提出宝贵的意见，也希望大家给赞并且转载。

②Landsat数据常见的波段组合

遥感影像的波段数据表示了地物的光谱信息，将不同波段进行组合呈现出的色调，可突出某种地物特征，从而有利于后期的目视解译。

Landsat8的波段组合：

针对Landsat8数据波段组合的方式以及各自的应用，这里仅仅是列举了网上总结比较好的几个网站，供大家参考。Landsat8

数据不同波段组合的用途：

http://blog.sina.com.cn/s/blog_7b1e9d0102vo11.html，Landsat8的不同波段组合说明：http://blog.sina.com.cn/s/blog_7b1e9d01019urt.html，两个网址均来自ENVI-IDL的新浪博客，良心推荐这个博客。

TM和ETM+波段组合常见总结：

321：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，适合于非遥感应用专业人员使用。

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

451：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TM7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、2、3波段)之间，两个中红外波段(即第4、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、6波段较特殊，尤其是第4波段与其他波段的相关性得很低，表明这个波段信息有很大的性。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4，5，3或4，5，1波段的组合为最佳。第7波段只是在探测森林火灾、岩矿蚀变带及土壤粘土矿物类型等方面有特殊的作用。最佳波段组合选出后，要想得到最佳彩色合成图像，还必须考虑赋色问题。人眼最敏感的颜色是绿色，其次是红色、蓝色。因此，应将绿色赋予方差最大的波段。按此原则，采取4、5、3波段分别赋红、绿、蓝色合成的图像，色彩反差明显，层次丰富，而且各类地物的色彩显示规律与常规合成片相似，符合过去常规片的目视判读习惯。例如把4、5两波段的赋色对调一下，即5、4、3分别赋予红、绿、蓝色，则获得近似自然彩色合成图像，适合于非遥感应用专业人员使用。

741：波段组合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。

742：1992年，完成了桂东南金银矿成矿区遥感地质综合解译，利用1：10万TM7、4、2假彩色合成片进行解译，共解译出线性构造1615条，环形影像481处，并在总结了构造蚀变岩型、石英脉型、火山岩型典型矿床的遥感影像特征及成矿模式的基础上，对全区进厅成矿预测，圈定金银A类成矿远景区2处，B类4处，C类5处。为该区优选找矿靶区提供遥感依据。

743：我国利用美国的陆地卫星专题制图仪图像成功地监测了大兴安岭林火及灾后变化。这是因为TM7波段(2.08-2.35微米)对温度变化敏感；TM4、TM3波段则分别属于红外光、红光区，能反映植被的最佳波段，并有减少烟雾影响的功能；同时TM7、TM4、TM3(分别赋予红、绿、蓝色)的彩色合成图的色调接近自然彩色，故可通过TM743彩色合成图的分析来指挥林火蔓延与控制和灾后林木的恢复状况。

754：对不同时期湖泊水位的变化，也可采用不同波段，如用陆地卫星MSS7，MSS5，MSS4合成的标准假彩色图像中的蓝色、深蓝色等不同层次的颜色得以区别。从而可用作分析湖泊水位变化的地理规律。

541：XX开发区砂石矿遥感调查是通过对陆地卫星TM最佳波段组fefee7合的选择(TM5、TM4、TM1)以及航空、航天多种遥感资料的解译分析进行的，在初步解译查明调查区第四系地貌。例如把4、5两波段的赋色对调一下，即5、4、3分别赋予红、绿、蓝色，则获得近似自然彩色合成图像，适合于非遥感应用专业人员使用。

③影像数据处理

鉴于博客主要介绍Landsat系列数据的基本情况，这里也不对这些做深入的总结，并且这个处理流程也相对较为成熟，也是仅仅列出前人的总结网址。

Landsat 7 ETM+影像条带的两种方法：http://malagis.com/Landsat-7-ETM-plus-image-strips.html。现有ETM+影像数据的修复方法主要以插值方法为主，因此这还是很值得再深入研究，发表paper的。有志青年可以针对这个问题多多钻研，发表高水平的paper。

【遥感微课堂】Landsat8数据处理：http://blog.sina.com.cn/s/blog_7b1e9d01018z6j.html。 Landsat8数据打开和辐射定标处理：http://blog.sina.com.cn/s/blog_7b1e9d01018rat.html。 ENVI下的Landsat气校正（初试）：http://blog.sina.com.cn/s/blog_7b1e9d01018tc5.html。 ENVI下的Landsat8图像融合：http://blog.sina.com.cn/s/blog_7b1e9d01018tjx.html。 Landsat8移除卷云Cirrus波段的大气校正测试： http://blog.sina.com.cn/s/blog_7b1e9d01018ud7.html。

ENVI5.1中Landsat 8数据大气校正：http://blog.sina.com.cn/s/blog_7b1e9d0101cb2l.html。