Бесплатные спутниковые данные

К спутниковым снимкам бесплатного доступа, которые используются для основной части экологических (научных и природоохранных) проектов относятся следующие:

- MODIS (все производные продукты - бесплатны)

- LandSat-8 (все снимки - бесплатны)

- ASTER (для научных, природоохранных и учебных целей можно получить бесплатно)

В таблице 1.1 представлены характеристики этих снимков, которые нужно учитывать при их выборе для проекта [5].

Таблица 1.1 - Характеристика снимков

Сенсор	Спутник	Годы работы	Число спектральных каналов	Общий спектральный диапазон (µm)	Пространственное разрешение (метров в 1 пикселе)	Временной интервал (сутки)
ASTER[6]	Terra	2000 - наст. время		0.52-11.65	15, 30, 90
LandSat-8 (OLI, TIRS)[7]	LandSat-8	2013 - наст. время		0.43-12.5	15, 30, 100
MODIS[8]	Terra, Aqua	1999, 2002 - наст. время		0.4-14.4	250, 500, 1000	1-2

 

 

Описание спектрорадиометра MODIS

Космические аппараты Terra и Aqua являются частью комплексной программы NASA EOA (Earth Observing System), направленной на исследование Земли и состоящей из трех специализированных спутников Terra, Aqua и Aura, предназначенных для исследования суши, воды и атмосферы соответственно.

Одним из ключевых инструментов американских спутников серии EOS является спектрорадиометр MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), установленный на спутниках Terra и Aqua [9]. MODIS состоит из двух сканирующих спектрометров, один из которых (MODIS-N) снимает в надир, а ось съемки другого (MODIS-T) может быть отклонена. 36 спектральных зон MODIS охватывают диапазон с длинами волн от 0,4 до 14,4 мкм. Съемка в двух зонах (620-670 и 841-876 нм) ведется с разрешением 250 м, в пяти зонах видимого и ближнего инфракрасного диапазона с разрешением 500 м, а в остальных (диапазон от 0,4 до 14,4 мкм) – 1000 м. Подробнее см. таблицу 1.2 и см. рисунок 1.4 [10].

Рисунок 1.4 - Прозрачность атмосферы и каналы MODIS

 

Радиометрическое разрешение исходных снимков - 12 бит. Пиковая скорость передачи данных составляет 10.6 Мбит/с.

Траектория движения носителя и угол обзора системы 110° (ширина полосы обзора 2330 км) позволяют MODIS за сутки получать изображение почти всей поверхности Земли, за исключением узких промежутков между полосами сканирования в низких широтах [11].

Таблица 1.2 - Характеристики каналов

Группа каналов	Номер канала	Длина волны, мкм	Объект (предмет) исследования
	Разрешение 250 м
А		0.620-0.670	Контуры облаков и земных объектов
	0.841-0.876
Разрешение 500 м
Б		0.459-0.479	Свойства облаков и земных объектов
	0.545-0.565
	1.230-1.250
	1.628-1.652
	2.105-2.155
Разрешение 1000 м
В		0.405-0.420	Цвет, фитопланктон и биогеохимия океана
	0.438-0.448
	0.483-0.493
	0.526-0.536
	0.546-0.556
	0.662-0.672
	0.673-0.683
	0.743-0.753
	0.862-0.877
Г		0.890-0.920	Водяной пар
	0.931-0.941
	0.915-0.965
Е		3.660-3.840	Температура облаков и поверхности Земли
	3.929-3.989
	3.929-3.989
	4.020-4.080
Ж		4.433-4.498	Температура воздуха
	4.482-4.549
Д		1.360-1.390	Перистые облака, водяной пар
З		6.535-6.895
	7.175-7.475
	8.400-8.700	Свойства облаков
И		9.580-9.880	Озоновый слой

 

Продолжение таблицы 1.2

Группа каналов	Номер канала	Длина волны, мкм	Объект (предмет) исследования
Разрешение 1000 м
К		10.780-11.280	Температура облаков и поверхности Земли
	11.770-12.270
Л		13.185-13.485	Высота верхней границы облаков
	13.485-13.785
	13.785-14.085
	14.085-14.385

 

Типы данных MODIS

Земная поверхность - одна из дисциплин, в рамках которой производится генерация ряда групп продуктов на базе данных MODIS. В рамках этой дисциплины создаются следующие группы продуктов (каждая из которых может включать один или несколько окончательных продуктов) см. таблицу 1.3 [12].

Таблица 1.3 - Типы продуктов MODIS

Описание	Префикс
Отражающая способность земной поверхности	MOD09
Температура и излучательная (эмиссионная) способность земной поверхности	MOD11
Классификация типов земной поверхности и их изменений	MOD12
Индексы растительности	MOD13
Тепловые аномалии/Пожары	MOD14
Индекс поверхности листовой пластинки/Доля фотосинтетически активной радиации (LAI/FPAR)	MOD15
Первичная продуктивность растительности	MOD17
Функция двунаправленного распределения отражающей способности	MOD43
Изменения растительности/Проективное покрытие растительности	MOD44

 

Уровень обработки

На данный момент, существует 3 типа продуктов на базе данных MODIS: 2G, 3, и 4. Тип продукта фактически соответствует уровню обработки исходных данных MODIS. На базе данных уровня 2G получают одно-, 8, 16, 32-дневные композиты продуктов уровня 3 и 4[12].

 

Единицы хранения данных

Для продуктов 2G и 3 - гранула (granule), для 4 уровня обработки - фрагмент (tile). Далее в описании, для удобства используется только термин "фрагмент". Одному фрагменту обычно соответствует один файл в формате HDF-EOS [12].

 

Система "нарезки" данных на фрагменты

Камера MODIS одновременно захватывает очень большую полосу съемки, примерно 2340 x 2330 км (размер гранулы). Для удобства распространения данные разбиваются на фрагменты, примерно 1120 x 1120 км (10 x 10 градусов на экваторе). После разбивки получается 460 фрагментов, 326 из которых захватывают земную поверхность.

Нумерация фрагментов начинается с 0,0 (номер фрагмента по горизонтали, номер фрагмента по вертикали) в верхнем левом углу и увеличивается слева направо (по горизонтали) и сверху вниз (по вертикали). Последний фрагмент имеет номер 35, 17 и располагается в нижнем правом углу [13].

 

Названия фрагментов

Название фрагмента (granule ID или tile ID) расшифровывается следующим образом:

ESDT.AYYYYDDD.hHHvVV.CCC.YYYYDDDHHMMSS.hdf

где:

ESDT - Тип данных (Earth Science Data Type) (например MOD14A1)

YYYYDDD - Дата съемки, год (YYYY) и дата по Юлианскому календарю (DDD: 1..365)

hHH - Номер фрагмента по горизонтали (0-35)

vVV - Номер фрагмента по вертикали (0-17)

CCC - Номер коллекции (версии данных)

YYYYDDDHHMMSS - Дата обработки фрагмента: Год, дата по Юлианскому календарю и время UTC

hdf - расширение формата HDF [11].

 

Коллекция (версия) данных

Продукты MODIS подвергаются многократной обработке (фактически несколько раз переделываются заново), необходимость ее повторения связана с совершенствованием алгоритмов обработки, улучшением параметров радиометрической и геометрической коррекции. Версия продукта называется коллекцией и заложена в названии продукта. Таким образом, каждый продукт на базе данных MODIS, может иметь несколько версий (коллекций). Рекомендуется для работы использовать последнюю версию продукта [11].

 

Исходная проекция данных

Исходно, данные MODIS, коллекций 1 и 3 распространяются в равноплощадной проекции ISIN - Integerized Sinusoidal, которая не поддерживается большинством пакетов ПО ГИС. Данные из коллекции 4 имеют проекцию Sinusoidal. Продукты других дисциплин, например Snow and Ice могут распространяться в других проекциях. Для работы с данными, необходимо сначала перевести их в более привычный формат и систему координат/проекцию [12].