Программа Landsat является самым продолжительным предприятием по получению спутниковых снимков Земли . Это совместная программа NASA / USGS . 23 июля 1972 года был запущен спутник Earth Resources Technology Satellite . В конечном итоге в 1975 году он был переименован в Landsat 1. [1] Последний, Landsat 9 , был запущен 27 сентября 2021 года.
Инструменты на спутниках Landsat получили миллионы изображений. Изображения, архивированные в Соединенных Штатах и на приемных станциях Landsat по всему миру, являются уникальным ресурсом для исследования глобальных изменений и их применения в сельском хозяйстве , картографии , геологии , лесном хозяйстве , региональном планировании , наблюдении и образовании , и их можно просмотреть на веб-сайте Геологической службы США (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 легкой 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 программы спутников 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 орбитальной фотографии Mercury и Gemini для изучения ресурсов Земли». В то время как метеорологические спутники следили за атмосферой Земли с 1960 года и в значительной степени считались полезными, данные о рельефе местности из космоса не получили должного признания до середины 1960-х годов. Поэтому, когда был предложен Landsat 1, он встретил сильное сопротивление со стороны Бюро бюджета и тех, кто утверждал, что высотные самолеты будут финансово ответственным выбором для дистанционного зондирования Земли. Одновременно с этим Министерство обороны опасалось, что гражданская программа, такая как Landsat, поставит под угрозу секретность их разведывательных миссий. Кроме того, существовали геополитические опасения по поводу фотографирования иностранных государств без разрешения. В 1965 году НАСА начала методические исследования дистанционного зондирования Земли с использованием приборов, установленных на самолетах. В 1966 году Геологическая служба США убедила министра внутренних дел Стюарта Юдалла объявить, что Министерство внутренних дел (DOI) собирается приступить к собственной программе спутникового наблюдения за Землей. Этот хитрый политический трюк вынудил НАСА ускорить создание Landsat. Но бюджетные ограничения и разногласия по датчикам между агентствами-заявителями (в частности, Министерством сельского хозяйства и DOI) снова заблокировали процесс создания спутника. Наконец, к 1970 году НАСА получило зеленый свет на создание спутника. Примечательно, что всего через два года был запущен Landsat 1, ознаменовавший новую эру дистанционного зондирования Земли из космоса. [3]
Компания Hughes Aircraft Company из исследовательского центра Санта-Барбары инициировала, спроектировала и изготовила первые три многоспектральных сканера (MSS) в 1969 году. Первый прототип MSS, разработанный Вирджинией Норвуд , был завершен в течение девяти месяцев, осенью 1970 года. Он был испытан путем сканирования Half Dome в национальном парке Йосемити . За эту проектную работу Норвуд была названа «матерью Landsat». [4]
Работая в Центре космических полетов имени Годдарда в NASA, Валери Л. Томас руководила разработкой ранних систем программного обеспечения для обработки изображений Landsat и стала постоянным экспертом по компьютерно-совместимым лентам (CCT), которые использовались для хранения ранних изображений Landsat. Томас была одним из специалистов по обработке изображений, которые содействовали амбициозному «Эксперименту по инвентаризации сельскохозяйственных культур на большой площади», известному как LACIE — проекту, который впервые показал, что глобальный мониторинг сельскохозяйственных культур может осуществляться с помощью дистанционного зондирования с использованием спутниковых изображений Landsat. [5]
Первоначально программа называлась Earth Resources Technology Satellites Program и использовалась с 1966 по 1975 год. В 1975 году название было изменено на Landsat. В 1979 году президентская директива 54 [6] [7] президента США Джимми Картера передала операции Landsat из NASA в Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA), рекомендовала разработку долгосрочной операционной системы с четырьмя дополнительными спутниками помимо Landsat 3 и рекомендовала переход к эксплуатации Landsat частным сектором. Это произошло в 1985 году, когда компания Earth Observation Satellite Company (EOSAT), партнерство Hughes Aircraft Company и RCA , была выбрана NOAA для эксплуатации системы Landsat по десятилетнему контракту. EOSAT управляла Landsat 4 и Landsat 5, имела эксклюзивные права на продажу данных Landsat и должна была построить Landsat 6 и 7.
В 1989 году этот переход не был полностью завершён, когда финансирование программы Landsat со стороны NOAA должно было закончиться (NOAA не запрашивало никакого финансирования, а Конгресс США выделил только шесть месяцев финансирования на финансовый год) [8] и NOAA постановило закрыть Landsat 4 и Landsat 5. [9]
Глава недавно сформированного Национального космического совета , вице-президент Дэн Куэйл , обратил внимание на ситуацию и организовал экстренное финансирование, которое позволило продолжить программу с нетронутыми архивами данных. [8] [9] [10] [11]
В 1990 и 1991 годах Конгресс снова выделил NOAA только половину годового финансирования, попросив агентства, которые использовали данные Landsat, предоставить финансирование на оставшиеся шесть месяцев следующего года. [8]
В 1992 году были предприняты различные усилия по обеспечению финансирования последующих Landsat и продолжению работы, но к концу года EOSAT прекратил обработку данных Landsat. Landsat 6 был наконец запущен 5 октября 1993 года, но был потерян в результате неудачного запуска. Обработка данных Landsat 4 и 5 была возобновлена EOSAT в 1994 году. NASA наконец запустило Landsat 7 15 апреля 1999 года.
Ценность программы Landsat была признана Конгрессом в октябре 1992 года, когда был принят Закон о политике дистанционного зондирования Земли (публичный закон 102-555), разрешающий закупку Landsat 7 и гарантирующий постоянную доступность цифровых данных и изображений Landsat по максимально низкой стоимости для традиционных и новых пользователей данных.
Landsat 1–5 несли многоспектральный сканер Landsat (MSS). Landsat 4 и 5 несли как MSS, так и инструменты 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 Thermal Infrared Sensor (TIRS) для тепловых диапазонов. Обозначения диапазонов, полосы пропускания и размеры пикселей для инструментов Landsat следующие: [19]
* Первоначальный размер пикселя MSS составлял 79 x 57 метров; производственные системы теперь пересчитывают данные до 60 метров.
* TM Band 6 был получен с разрешением 120 метров, но продукты пересчитываются до 30-метровых пикселей.
* ETM+ Band 6 принимается с разрешением 60 метров, но продукты пересчитываются до 30-метровых пикселей.
* Полосы TIRS собираются с разрешением 100 метров, но в поставляемом продукте данных передискретизируются до 30 метров.
Преимущество снимков 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 существуют компромиссы между локальной детализацией измерений (радиометрическое разрешение, количество спектральных полос) и пространственным масштабом измеряемой области. Снимки Landsat имеют грубое пространственное разрешение по сравнению с использованием других методов дистанционного зондирования, таких как снимки с самолетов. По сравнению с другими спутниками пространственное разрешение Landsat относительно высокое, однако время повторного визита относительно меньше.
Программа Landsat включала в себя многоспектральный сканер (MSS) с первой миссии до пятой. MSS дал Соединенным Штатам преимущество в спутниковой съемке, способствуя запуску Landsat раньше французского спутника SPOT.
MSS был уникальным по своей конструкции. Вместо статической камеры он использовал движущееся зеркало, захватывая изображения Земли в четырех различных спектральных диапазонах. Эта возможность позволяла MSS регистрировать изменения солнечного света, отраженного от Земли. Примечательно, что MSS Landsat 3 был еще более усовершенствован, с дополнительной возможностью обнаружения теплового излучения. [21]
Одной из выдающихся особенностей MSS была его последовательная визуализация. Каждый захваченный кадр представлял область на поверхности Земли приблизительно 83 метра в длину и 68 метров в ширину. Кроме того, система была разработана для обеспечения непрерывной развертки изображения по полосе, эквивалентной 185 км на поверхности Земли. Конструкция MSS также подчеркивала точность; точно синхронизируя движения зеркала, она гарантировала, что последовательные изображения не будут перекрываться. [21]
Однако к 1980-м годам динамика стоимости изменилась. Доступ к снимкам Landsat стал существенно дороже, что сделало снимки французского спутника SPOT более экономически выгодной альтернативой для многих пользователей. Рост цен на Landsat можно объяснить изменениями в политике США, инициированными под руководством президента Картера и завершенными во время администрации президента Рейгана. [7] [22]
.jpg/1280px-Happy_Launch_Anniversary,_Landsat_8_(12463694884).jpg)
Данные Landsat предоставляют информацию, которая позволяет ученым прогнозировать распределение видов, а также обнаруживать как естественные, так и вызванные человеком изменения в большем масштабе, чем традиционные данные полевых работ. Различные спектральные диапазоны, используемые на спутниках в программе Landsat, обеспечивают множество приложений, от экологии до геополитических вопросов. Определение земельного покрова является распространенным использованием изображений Landsat во всем мире. [23]
Снимки Landsat предоставляют один из самых длинных непрерывных временных рядов, доступных из любой отдельной 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 в будущем. [25]
В 2015 году Консультативная группа Landsat Национального геопространственного консультативного комитета сообщила, что 16 основных приложений снимков Landsat обеспечили экономию от приблизительно 350 миллионов до более чем 436 миллионов долларов в год для федеральных и государственных органов власти, НПО и частного сектора. Эта оценка не включала дополнительную экономию от других видов использования за пределами шестнадцати основных категорий. [26] 16 основных категорий использования снимков Landsat, перечисленных в порядке предполагаемой ежегодной экономии для пользователей, следующие:
Дальнейшее использование снимков Landsat включает, но не ограничивается: 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 высокопродуктивных районов рыболовства . Благодаря исследованию Landsat Menhaden и Thread, некоторые спутниковые данные восточной части залива Миссисипи и другой области у побережья Луизианы были пропущены через алгоритмы классификации , чтобы оценить области как зоны с высокой и низкой вероятностью рыболовства, эти алгоритмы дали классификацию, которая была подтверждена измерениями на месте - чтобы быть более чем 80% точной и обнаружили, что цвет воды, как видно из космоса, и мутность значительно коррелируют с распределением менхадена - в то время как температура поверхности и соленость, по-видимому, не являются значимыми факторами. Цвет воды - измеренный с помощью четырех спектральных полос многоспектральных сканеров, был использован для вывода хлорофилла , мутности и, возможно, распределения рыбы. [27]
В экологическом исследовании было использовано 16 орто-трансформированных снимков Landsat для создания карты земельного покрова мангровых лесов Мозамбика . Основной целью было измерение мангрового покрова и надземной биомассы в этой зоне , которую до сих пор можно было только оценить; с точностью 93% было обнаружено, что площадь мангрового покрова составляет 2909 квадратных километров (на 27% меньше предыдущих оценок). Кроме того, исследование помогло подтвердить, что геологическая обстановка оказывает большее влияние на распределение биомассы, чем просто широта — территория мангровых лесов простирается на 16° широты, но ее объем биомассы сильнее зависит от географических условий. [28]
Высыхание Аральского моря было описано как «Одна из самых страшных экологических катастроф на планете». Снимки Landsat использовались в качестве записи для количественной оценки объема потери воды и изменений береговой линии. Спутниковые визуальные изображения оказывают большее влияние на людей, чем просто слова, и это показывает важность снимков Landsat и спутниковых снимков в целом. [29]
Пожары в Йеллоустоуне 1988 года были самыми сильными в истории национального парка. Они длились с 14 июня по 11 сентября 1988 года, когда дождь и снег помогли остановить распространение пожаров. Площадь, затронутая пожаром, оценивалась в 3213 квадратных километров — 36% парка. Для оценки площади использовались снимки Landsat, которые также помогли определить причины, по которым пожар распространился так быстро. Историческая засуха и значительное количество ударов молний были некоторыми из факторов, которые создали условия для масштабного пожара, но антропогенные действия усилили катастрофу. На снимках, полученных до пожара, есть очевидная разница между землями, на которых демонстрируются методы сохранения, и землями, на которых демонстрируются сплошные рубки для производства древесины. Эти два типа земель по-разному отреагировали на стресс от пожаров, и считается, что это было важным фактором в поведении лесного пожара. Снимки Landsat и спутниковые снимки в целом внесли вклад в понимание науки о пожарах; Опасность пожара, поведение лесного пожара и последствия лесного пожара на определенных территориях. Это помогло понять, как различные особенности и растительность подпитывают пожары, изменяют 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. Отступление ледника в больших масштабах можно проследить по предыдущим миссиям Landsat, и эта информация может быть использована для получения знаний об изменении климата. Отступление ледника Колумбия , например, можно наблюдать на ложно-композитных изображениях с Landsat 4 в 1986 году. [32]
Снимки Landsat дают покадровую серию изображений развития. Развитие человека, в частности, 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 через видимые изменения. Например, в Пекине серия кольцевых дорог начала развиваться в 1980-х годах после экономической реформы 1970 года, и изменение темпов развития и строительства ускорилось в эти периоды времени. [32]
В 2005 году снимки Landsat помогли обнаружить новые виды. Ученый-эколог Джулиан Бейлисс хотел найти области, которые потенциально могли бы стать заповедными лесами, используя спутниковые снимки Landsat. Бейлисс увидел участок в Мозамбике, о котором до этого не было подробной информации. Во время разведывательной поездки он обнаружил большое разнообразие диких животных, а также три новых вида бабочек и новый вид змей. После своего открытия он продолжил изучать этот лес и смог составить карту и определить его протяженность. [33]
Landsat 8 был запущен 11 февраля 2013 года. Он был запущен на Atlas V 401 с базы ВВС Ванденберг программой 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 корпорацией Orbital Sciences Corporation .
Landsat 9 был запущен 27 сентября 2021 года. Во время финансового планирования на 2014 финансовый год «ассигнаторы упрекали NASA за нереалистичные ожидания, что Landsat 9 будет стоить 1 миллиард долларов США, и ограничили расходы 650 миллионами долларов США», согласно отчету Исследовательской службы Конгресса . Ассигнаторы Сената США рекомендовали NASA запланировать запуск не позднее 2020 года. [7] В апреле 2015 года NASA и USGS объявили, что работа над Landsat 9 началась, и финансирование спутника было выделено в президентском бюджете на 2016 финансовый год для запланированного запуска в 2023 году. [34] Также было предложено финансирование разработки недорогого теплового инфракрасного (TIR) свободно летающего спутника для запуска в 2019 году, чтобы обеспечить непрерывность данных путем полета в строю с Landsat 8. [34]
В будущем возможно более тесное сотрудничество между спутниками Landsat и другими спутниками с аналогичным пространственным и спектральным разрешением, такими как созвездие Sentinel-2 Европейского космического агентства . [35]
Запуск Landsat Next запланирован на конец 2030/начало 2031 года. Он будет измерять 26 спектральных диапазонов; текущие Landsat 8 и 9 измеряют по 11 диапазонов каждый. [36]
В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии . В статье использован текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .В статье использован текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
