Программа Landsat является старейшим предприятием по получению спутниковых изображений Земли . Это совместная программа НАСА и Геологической службы США . 23 июля 1972 года был запущен спутник «Технологии ресурсов Земли» . В конечном итоге в 1975 году он был переименован в Landsat 1. [1] Самый последний спутник, Landsat 9 , был запущен 27 сентября 2021 года.
Приборы спутников Landsat получили миллионы изображений. Изображения, заархивированные в США и на приемных станциях Landsat по всему миру, представляют собой уникальный ресурс для исследований и применения глобальных изменений в сельском хозяйстве , картографии , геологии , лесном хозяйстве , региональном планировании , наблюдении и образовании . Их можно просмотреть на территории США. Веб-сайт Геологической службы (USGS) "EarthExplorer". Данные Landsat 7 имеют восемь спектральных диапазонов с пространственным разрешением от 15 до 60 м (от 49 до 197 футов); временное разрешение составляет 16 дней. [2] Изображения Landsat обычно делятся на сцены для удобства загрузки. Каждая сцена Landsat имеет длину около 115 миль и ширину 115 миль (или 100 морских миль в длину и 100 морских миль в ширину, или 185 километров в длину и 185 километров в ширину).
В 1965 году Уильям Т. Пекора , тогдашний директор Геологической службы США , предложил идею спутниковой программы дистанционного зондирования для сбора фактов о природных ресурсах нашей планеты. Пекора заявил, что программа была «задумана в 1966 году в основном как прямой результат продемонстрированной полезности орбитальных фотографий Меркурия и Близнецов для изучения ресурсов Земли». Хотя метеорологические спутники отслеживали атмосферу Земли с 1960 года и считались в значительной степени полезными, до середины 1960-х годов данные о местности из космоса не оценивались. Поэтому, когда был предложен Landsat 1, он встретил резкое сопротивление со стороны Бюджетного бюро и тех, кто утверждал, что высотный самолет будет финансово ответственным выбором для дистанционного зондирования Земли. В то же время Министерство обороны опасалось, что гражданская программа, такая как Landsat, поставит под угрозу секретность их разведывательных миссий. Кроме того, существовали геополитические опасения по поводу фотографирования зарубежных стран без разрешения. В 1965 году НАСА начало методические исследования дистанционного зондирования Земли с помощью приборов, установленных на самолетах. В 1966 году Геологическая служба США убедила министра внутренних дел Стюарта Удалла объявить, что Министерство внутренних дел (DOI) собирается продолжить реализацию собственной спутниковой программы наблюдения за Землей. Этот хитрый политический трюк вынудил НАСА ускорить строительство Landsat. Но бюджетные ограничения и разногласия в отношении датчиков между агентствами (в частности, Министерством сельского хозяйства и Министерством обороны США) снова загнали в тупик процесс создания спутника. Наконец, к 1970 году НАСА получило зеленый свет на строительство спутника. Примечательно, что всего через два года был запущен Landsat 1, ознаменовавший новую эпоху дистанционного зондирования Земли из космоса. [3]
Компания Hughes Aircraft из Исследовательского центра Санта-Барбары инициировала, спроектировала и изготовила первые три мультиспектральных сканера (MSS) в 1969 году. Первый прототип MSS, разработанный Вирджинией Норвуд , был завершен за девять месяцев, осенью 1970 года. протестировано путем сканирования Half Dome в национальном парке Йосемити . За эту проектную работу Норвуд прозвали «Матерью Ландсата». [4]
Работая в Центре космических полетов Годдарда НАСА, Валери Л. Томас руководила разработкой первых систем программного обеспечения для обработки изображений Landsat и стала постоянным экспертом по компьютерно-совместимым лентам, или CCT, которые использовались для хранения ранних изображений Landsat. Томас был одним из специалистов по обработке изображений, которые способствовали амбициозному эксперименту по инвентаризации сельскохозяйственных культур на больших территориях, известному как LACIE — проекту, который впервые показал, что глобальный мониторинг сельскохозяйственных культур можно осуществлять с помощью спутниковых изображений Landsat. [5]
Первоначально программа называлась «Спутниковая программа по изучению ресурсов Земли» и использовалась с 1966 по 1975 год. В 1975 году название было изменено на Landsat. В 1979 году президентская директива 54 президента США Джимми Картера [6] [7] передала операции Landsat от НАСА Национальному управлению океанических и атмосферных исследований (NOAA), рекомендовала разработать долгосрочную операционную систему с четырьмя дополнительными спутниками помимо Landsat. 3 и рекомендовал перейти к эксплуатации Landsat в частном секторе. Это произошло в 1985 году, когда NOAA выбрало компанию спутников наблюдения за Землей (EOSAT), партнерство Hughes Aircraft Company и RCA , для эксплуатации системы Landsat по десятилетнему контракту. EOSAT управляла спутниками Landsat 4 и Landsat 5, имела эксклюзивные права на продажу данных Landsat и должна была построить спутники Landsat 6 и 7.
В 1989 году этот переход не был полностью завершен, когда финансирование NOAA программы Landsat должно было закончиться (NOAA не запросило никакого финансирования, а Конгресс США выделил только шесть месяцев финансирования на финансовый год) [8] и NOAA. приказал закрыть Landsat 4 и Landsat 5. [9]
Глава недавно сформированного Национального космического совета , вице-президент Дэн Куэйл , принял к сведению ситуацию и организовал экстренное финансирование, которое позволило продолжить программу с нетронутыми архивами данных. [8] [9] [10] [11]
И снова в 1990 и 1991 годах Конгресс предоставил NOAA только половину годового финансирования, попросив агентства, которые использовали данные Landsat, предоставить финансирование на остальные шесть месяцев предстоящего года. [8]
В 1992 году были предприняты различные попытки обеспечить финансирование для наблюдения за спутниками Landsat и продолжения их эксплуатации, но к концу года EOSAT прекратил обработку данных Landsat. Landsat 6 был наконец запущен 5 октября 1993 года, но был потерян из-за неудачного запуска. Обработка данных Landsat 4 и 5 была возобновлена EOSAT в 1994 году. НАСА наконец запустило Landsat 7 15 апреля 1999 года.
Ценность программы Landsat была признана Конгрессом в октябре 1992 года, когда он принял Закон о политике дистанционного зондирования земли (публичный закон 102-555), разрешающий закупку Landsat 7 и гарантирующий постоянную доступность цифровых данных и изображений Landsat по самой низкой цене. возможные затраты для традиционных и новых пользователей данных.
На спутниках Landsat 1–5 был установлен мультиспектральный сканер Landsat (MSS). На спутниках Landsat 4 и 5 были установлены инструменты MSS и Thematic Mapper (TM). Landsat 7 использует сканер Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+). Landsat 8 использует два инструмента: Operational Land Imager (OLI) для оптических диапазонов и термоинфракрасный датчик (TIRS) для тепловых диапазонов. Обозначения полос, полос пропускания и размеры пикселей для инструментов Landsat: [19]
* Исходный размер пикселя MSS составлял 79 x 57 метров; производственные системы теперь передискретизируют данные до 60 метров.
* TM Band 6 был приобретен с разрешением 120 метров, но продукты пересчитываются до 30-метровых пикселей.
* ETM+ Band 6 получен с разрешением 60 метров, но продукты пересчитываются до 30-метровых пикселей.
* Полосы TIRS регистрируются с разрешением 100 метров, но в поставляемом информационном продукте передискретизируются до 30 метров.
Преимущество изображений Landsat и дистанционного зондирования в целом заключается в том, что они предоставляют данные на синоптическом глобальном уровне, которые невозможно воспроизвести с помощью измерений на месте. Однако существует компромисс между локальной детализацией измерений (радиометрическое разрешение, количество спектральных полос) и пространственным масштабом измеряемой территории. Изображения Landsat имеют грубое пространственное разрешение по сравнению с использованием других методов дистанционного зондирования, таких как изображения с самолетов. По сравнению с другими спутниками, пространственное разрешение Landsat относительно высокое, но время повторного посещения относительно меньше.
Программа Landsat включала в себя мультиспектральный сканер (MSS) от первой до пятой миссии. MSS дал Соединенным Штатам преимущество в области спутниковой съемки, облегчив запуск Landsat перед французским спутником SPOT.
МСС была уникальной по своей конструкции. Вместо статической камеры в нем использовалось движущееся зеркало, фиксирующее изображения Земли в четырех различных спектральных диапазонах. Эта возможность позволила MSS регистрировать изменения солнечного света, отраженного от Земли. Примечательно, что система MSS Landsat 3 была усовершенствована и получила дополнительные возможности по обнаружению теплового излучения. [21]
Одной из выдающихся особенностей MSS была последовательная визуализация. Каждый отснятый кадр представлял собой участок на поверхности Земли примерно 83 метра в длину и 68 метров в ширину. Кроме того, система была разработана для обеспечения непрерывного сканирования изображения на полосе обзора, эквивалентной 185 км на поверхности Земли. В конструкции MSS также подчеркивалась точность; точно рассчитывая время движения зеркала, он гарантировал, что последовательные изображения не перекрываются. [21]
Однако к 1980-м годам динамика затрат изменилась. Доступ к изображениям Landsat стал существенно дороже, что сделало изображения французского спутника SPOT более рентабельной альтернативой для многих пользователей. Рост цен на Landsat можно объяснить изменениями в политике США, начатыми под руководством президента Картера и завершенными при администрации президента Рейгана. [7] [22]
.jpg/1280px-Happy_Launch_Anniversary,_Landsat_8_(12463694884).jpg)
Данные Landsat предоставляют информацию, которая позволяет ученым предсказывать распространение видов, а также выявлять как естественные, так и антропогенные изменения в большем масштабе, чем традиционные данные полевых исследований. Различные спектральные диапазоны, используемые на спутниках программы Landsat, находят множество применений, от экологии до геополитических вопросов. Определение земного покрова является распространенным использованием изображений Landsat во всем мире. [23]
Снимки Landsat представляют собой один из самых длинных непрерывных временных рядов, доступных для любой программы дистанционного зондирования, охватывающий период с 1972 года по настоящее время. [24] Заглядывая в будущее, успешный запуск Landsat-9 в 2021 году показывает, что этот временной ряд будет продолжен. [25]
В 2015 году Консультативная группа Landsat Национального геопространственного консультативного комитета сообщила, что 16 основных применений изображений Landsat позволили сэкономить от примерно 350 до более 436 миллионов долларов каждый год для федерального правительства и правительств штатов, НПО и частного сектора. Эта оценка не включает дополнительную экономию от других видов использования, помимо шестнадцати основных категорий. [26] К 16 основным категориям использования изображений Landsat, перечисленным в порядке предполагаемой годовой экономии для пользователей, относятся:
Дальнейшее использование изображений Landsat включает, помимо прочего: рыболовство, лесное хозяйство, сокращение внутренних водоемов, ущерб от пожаров, отступление ледников, городское развитие и открытие новых видов. Ниже приведены несколько конкретных примеров.
.jpg/1280px-NASA's_Landsat_Satellite_Looks_for_a_Cloud-Free_View_(8778994889).jpg)
.png/1280px-World_of_Change_Columbia_Glacier,_Alaska_(7215814492).png)
В 1975 году одним из потенциальных применений новых спутниковых изображений было обнаружение районов высокоуловного рыболовства . В рамках Landsat Menhaden и Thread Investigation некоторые спутниковые данные восточной части пролива Миссисипи и еще одной области у побережья Луизианы были проанализированы с помощью алгоритмов классификации , чтобы классифицировать эти районы как зоны рыболовства с высокой и низкой вероятностью. Эти алгоритмы дали классификация, которая была подтверждена измерениями на месте - ее точность более 80% и показала, что цвет воды, видимый из космоса, и мутность значительно коррелируют с распределением менхадена - в то время как температура поверхности и соленость не являются значимыми факторами. Цвет воды, измеренный с помощью мультиспектральных сканеров в четырех спектральных диапазонах, использовался для определения содержания хлорофилла , мутности и, возможно, распределения рыбы. [27]
Экологическое исследование использовало 16 орто-трансформированных изображений Landsat для создания карты растительного покрова мангровых лесов Мозамбика . Основная цель заключалась в измерении мангрового покрова и надземной биомассы в этой зоне, которую до сих пор можно было только оценить; с точностью 93% было установлено, что площадь покрова составила 2909 квадратных километров (на 27% ниже, чем предыдущие оценки). Кроме того, исследование помогло подтвердить, что геологические условия оказывают большее влияние на распределение биомассы, чем только широта: территория мангровых зарослей расположена на 16° широты, но на объем биомассы сильнее влияют географические условия. [28]
Высыхание Аральского моря было названо «одной из худших экологических катастроф планеты». Снимки Landsat использовались в качестве записи для количественной оценки объема потерь воды и изменений береговой линии. Спутниковые визуальные изображения оказывают на людей большее влияние, чем просто слова, и это показывает важность изображений Landsat и спутниковых изображений в целом. [29]
Йеллоустонские пожары 1988 года были самыми сильными за всю историю национального парка. Они продолжались с 14 июня по 11 сентября 1988 года, когда дождь и снег помогли остановить распространение пожаров. Площадь, пострадавшая от пожара, оценивается в 3213 квадратных километров – 36% площади парка. Снимки Landsat использовались для оценки площади, а также помогли определить причины столь быстрого распространения огня. Историческая засуха и значительное количество ударов молний были одними из факторов, создавших условия для масштабного пожара, но антропогенные действия усугубили катастрофу. На изображениях, созданных до пожара, видна очевидная разница между землями, на которых наблюдаются методы сохранения, и землями, на которых наблюдается четкая вырубка древесины. Эти два типа земель по-разному отреагировали на стресс от пожаров, и считается, что это стало важным фактором, повлиявшим на поведение лесных пожаров. Снимки Landsat и спутниковые снимки в целом способствовали пониманию пожарной науки; пожарная опасность, поведение лесных пожаров и последствия лесных пожаров на определенных территориях. Это помогло понять, как различные особенности и растительность разжигают пожары, меняют температуру и влияют на скорость распространения. [30] [31]
Серийный характер миссий Landsat и тот факт, что это самая продолжительная спутниковая программа, дает ей уникальную перспективу для получения информации о Земле. Масштабное отступление ледников можно проследить до предыдущих миссий Landsat, и эту информацию можно использовать для получения знаний об изменении климата. Например, отступление ледника Колумбия можно наблюдать на ложных составных изображениях, полученных со спутника Landsat 4 в 1986 году . [32]
Снимки Landsat представляют собой замедленную съемку, напоминающую серию изображений развития. В частности, человеческое развитие можно измерить по размеру города, который растет с течением времени. Помимо оценок численности населения и потребления энергии, снимки Landsat дают представление о типе городского развития и изучают аспекты социальных и политических изменений посредством видимых изменений. В Пекине, например, ряд кольцевых дорог начал развиваться в 1980-х годах после экономической реформы 1970 года, и в эти периоды изменения в темпах развития и темпах строительства ускорились. [32]
В 2005 году снимки Landsat помогли открыть новые виды. Ученый-эколог Джулиан Бэйлисс хотел найти территории, которые потенциально могли бы стать заповедными лесами, используя спутниковые изображения, созданные Landsat. Бэйлисс увидел участок в Мозамбике, о котором до сих пор не было подробной информации. Во время разведывательной поездки он обнаружил большое разнообразие дикой природы, а также три новых вида бабочек и новый вид змей. После своего открытия он продолжил изучение этого леса и смог нанести на карту и определить протяженность леса. [33]
Landsat 8 запущен 11 февраля 2013 года. Он был запущен на Atlas V 401 с базы ВВС Ванденберг в рамках программы Launch Services . Он продолжит получать ценные данные и изображения для использования в сельском хозяйстве, образовании, бизнесе, науке и правительстве. Новый спутник был собран в Аризоне компанией Orbital Sciences Corporation .
Landsat 9 был запущен 27 сентября 2021 года. Во время финансового планирования на 2014 финансовый год «присваиватели упрекали НАСА за нереалистичные ожидания того, что Landsat 9 будет стоить 1 миллиард долларов США, и ограничили расходы на уровне 650 миллионов долларов США», согласно отчету Исследовательской службы Конгресса . Распорядители Сената США посоветовали НАСА запланировать запуск не позднее 2020 года. [7] В апреле 2015 года НАСА и Геологическая служба США объявили, что работа над Landsat 9 началась, при этом финансирование спутника выделено в президентском бюджете на 2016 финансовый год для запланированный запуск в 2023 году. [34] Также было предложено финансирование разработки недорогого свободно летающего спутника в тепловом инфракрасном диапазоне (TIR) для запуска в 2019 году, чтобы обеспечить непрерывность данных путем полета в строю с Landsat 8. [34]
В будущем также может быть расширено сотрудничество между спутниками Landsat и другими спутниками с аналогичным пространственным и спектральным разрешением, такими как группировка Sentinel-2 ЕКА . [35]
Landsat NeXt планируется запустить в 2029 году. NeXt будет измерять 25 спектральных диапазонов; нынешние спутники Landsat 8 и 9 могут измерять только 11. [36]
В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе . . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в свободном доступе .Эта статья включает текст из этого источника, который находится в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
