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].