干货整理 | 国内外卫星遥感数据源综述 - 海洋测绘数据源

《测绘学报》

: D. {1 o9 F- ] A4 x; R+ @. [

构建与学术的桥梁        拉近与权威的距离

; z" u) w" o! T: z

7 X$ j- ~# l- i D R

近年来，航空遥感系统在北美洲、欧洲、亚洲和大洋洲等地区获得迅猛发展，遥感数据也越来越普及并为人们广泛使用。国内外均有卫星遥感数据库供不同行业使用，本文详细介绍了国内外已有遥感卫星（地球观测一号（EO-1）卫星、星上自主项目-1（PROBA-1）卫星、哨兵2（SENTINEL-2）卫星、高分一号（GF-1）卫星等）；概述了各卫星遥感数据源的特性（波段范围、光谱分辨率、空间分辨率等），并且详细讲解了各遥感数据源的获取途径及方法，便于研究人员使用，为遥感数据处理系统的研发提供数据基础和理论支持。

+ G \! r0 O. A& n4 `

20世纪80年代以来，随着成像光谱遥感技术不断发展，国内外研制并发射了大量搭载有全色、多光谱及高光谱传感器的卫星。

其中，全色图像的空间分辨率相对较高，可达米（m）级；多光谱图像的光谱分辨率可达微米（m）级；而高光谱图像的光谱分辨率更高，一般可达纳米（nm）级，能够提供更为丰富的地球表面信息。

7 ^5 T' w7 ^6 o! i8 F

由此可见，全色、多光谱和高光谱图像的相互配合可以同时实现高空间分辨率和高光谱分辨率，为人们观测地物、认识世界提供更加完善的方法。因此，上述卫星遥感数据的获取尤为重要。

许多国内外数据库都有公开的遥感卫星数据供用户下载使用，诸如美国航空航天局NASA、欧洲航天局ESA等。但是目前尚没有系统的关于国内外卫星遥感数据及获取方法的介绍，如何快速了解卫星遥感数据特性及数据源的获取方法，是遥感数据处理系统中亟需解决的关键问题。

本文针对遥感数据处理需求，对国内外知名遥感卫星的现状进行调研和分析，并针对各大遥感数据库的数据特性及获取途径作了详细的介绍，为后续遥感数据处理分析及应用打下良好的基础。

国外遥感卫星

# @3 S& a# r8 D; \( \

1、地球观测一号

2 X. m- ?, k5 P* s

地球观测一号卫星（EO-1）是美国国家航空航天局（NASA）新千年计划（NMP）的第一颗对地观测卫星，于2000年11月21日发射升空，主要用于卫星本体和新型遥感器技术的验证，与此同时也改变了人们观测地球认识地球的方式。该卫星的轨道参数如表1。

0 B/ X, x; K$ Y& Y E* c

表1  EO-1轨道参数

传统的陆地资源卫星只提供为数不多的七个多光谱波段，远远不能满足各种实际应用的需要，因此，NASA在EO-1卫星上搭载了三种传感器，分别是高光谱成像仪Hyperion、高级陆地成像仪ALI以及大气校正仪LEISA。

9 _/ }' {+ e/ J0 Y; z7 Z# a

Hyperion传感器采用“图谱合一”的技术成像，生成的高光谱数据包含242个波段，光谱覆盖范围400-2500nm。Hyperion数据生成后经过同一平台的大气校正仪LEISA进行校正；ALI为多光谱成像仪，包含10个波段（1个全色波段加9个多光谱波段），光谱覆盖范围400-2400nm。Hyperion和ALI采集的数据特性如表2。

- G$ N( F2 H& \% b. d8 q

表2  Hyperion和ALI数据特性

EO-1卫星的数据可以通过美国地质勘探局（USGS）的官方网站下载。首先通过网址（https://earthexplorer.usgs.gov/）注册并登陆账号，然后通过网址（https://glovis.usgs.gov/）下载数据，可根据云量及数据获取时间实现精确检索，可下载数据的处理级别为L1T和L1Gst，L1T做过正射校正，但二者均未做大气校正。除此之外，该网站还提供先进星载热辐射与反射辐射计ASTER、LandSat系列、IRS系列（部分数据）等卫星遥感数据的下载。

! r" B) Z! I2 g2 A

2、哨兵2

6 A6 M9 L; m) N, c W

哨兵2（SENTINEL-2）由欧洲委员会（EC）和欧洲航天局（ESA）为哥白尼计划所发射，包括两颗卫星SENTINEL-2A和SENTINEL-2B，这两颗卫星的发射时间分别为2015年6月23日及2017年3月7日。SENTINEL-2A与SENTINEL-2B在太阳轨道上同步工作，相位差为180°，当二者均处于运行状态时，对地球赤道地区成像所需的时间缩短为单个运行时的一半，甚至更短。它们的成像方式为多光谱高分辨率成像，主要用于陆地监测及紧急救援任务等。SENTINEL-2的轨道参数如表3所示。

表3  哨兵2轨道参数

目前，哨兵系列包括SENTINEL-1、2、3、4、5、5P，其中SENTINEL-1主要用于海洋陆地监测，采用雷达成像；SENTINEL-2用于陆地监测，为多光谱成像；SENTINEL-3研究目标为海洋，携带的仪器包括光学成像仪和地形学仪器；SENTINEL-4的有效载荷为紫外-可见光-近红外（UVN）扫描光谱仪；SENTINEL-5、5P携带紫外-可见光-近红外-短波红外（UVNS）推扫式光栅分光计。SENTINEL-4、5、5P均用于大气监测。目前公开数据库包括SENTINEL-1、2、3。本文主要针对SENTINL-2多光谱成像进行分析，详细的数据信息可在网址（https://sentinel.esa.int/web/sentinel/missions）处下载，表4列出SENTINEL-2的主要数据特性。

SENTINEL-1、2、3的数据均可通过欧洲航天局（ESA）的官方网站（https://scihub.copernicus.eu/）下载，点击open hub进入下载界面，注册账号并登陆，选择感兴趣区域，可根据传感器类型、云量及数据获取时间进一步精确检索。

表4  SENTINEL-2数据特性

3、星上自主项目-1

9 {8 m! u. o3 U( ~/ j3 Q. D" \6 H+ |* W

星上自主项目-1（PROBA-1）是欧洲航天局“通用支持技术计划（GSTP）”的技术演示卫星，于2001年10月22日发射，目的是验证新型航天技术，及该平台在小型科研和应用任务方面的适应性，可应用于环境监测、生物量评估和生物健康状况监测森林调查和精准农业等方面。该卫星的轨道参数如表5所示。

7 u+ M, \+ k7 `2 }* \( f+ A

表5  PROBA-1轨道参数

; P" V8 F& e* ]6 Y r$ m

PROBA-1携带两个有效载荷，高分辨率相机（HRC）和紧凑式高分辨率成像分光计（CHRIS）。其中，高分辨率相机为带有小型望远镜的黑白相机，空间分辨率为5米，可以采集25平方公里的图像；紧凑式高分辨率成像分光计是一个推扫式的高光谱成像光谱仪，具有成像模式多、光谱范围宽、分辨率高等特点。可以获取五个不同角度（-55°、-36°、0°、36°、55°）的成像数据。CHRIS数据有五种成像模式，不同模式下获取的数据如表6所示。

表6  不同模式下CHRIS数据特性

PROBA-1卫星的数据的获取流程为：首先进入ESA网站（https://earth.esa.int/web/guest/home）注册账户并登陆，然后进入Data Access界面，通过界面左栏选择卫星PROBA-1即可获取PROBA-1在各个地区不同时间的数据。对于下载数据文件名称的一些命名规则，可参考文档CHRIS数据格式（下载地址：

https://earth.esa.int/web/guest/document-library/browse-document-library）。更重要的，该网站不仅提供PROBA-1的数据，还提供SPOT系列、WorldView、ALOS、IKONOS等遥感数据。

% q$ h3 Z: N/ J- d8 `9 {

4、其他国外遥感数据获取

" G; w% K: P" }+ E6 ]6 p0 o

考虑到遥感卫星数量众多，本文列出上述三个常用卫星的详细信息，对于其余未列出的卫星，提供目前国外比较知名的数据库（除以上三个网站）供读者参考。

5 Y0 O" ?6 W5 w$ g7 o7 ~

1)美国国家航空航天局（NASA）：

: B) {/ z: D+ d4 A: |( P

http://reverb.echo.nasa.gov/reverb/

2)巴西国家空间研究院：

. M/ V& R* I9 z) |

http://www.dgi.inpe.br/CDSR/

3)DigitalGlobe公司：

http://www.digitalglobe.com/product-samples

; p5 h/ M$ ^/ w- c3 y

4)HICO：

http://hico.coas.oregonstate.edu/

% |: \, W( S+ Z6 v9 m+ I

国内遥感卫星

9 V; f; }9 o! |( @' ?. X8 n" Z: n

1、高分一号卫星

% G [: p% C7 d; }6 U

高分一号（GF-1）卫星是国家高分辨率对地观测系统重大专项天基系统中的首发星，于2013年4月26日发射，目的是促进我国高空间分辨率与多光谱相结合的光学遥感、多载荷图像拼接融合等关键技术的提升，进而推动我国卫星工程水平的提升，提高我国高分辨率数据的自给率。主要用于陆地监测、环境监测等，为地理测绘、海洋和气候气象观测、水利和林业资源监测等领域提供数据支持。它的轨道参数如表7所示。

$ @# _5 r2 v: ~1 [; h! o

表7  高分一号轨道参数

/ a; M( T. P% u$ `; H3 a

高分一号卫星搭载的有效载荷为两台2米空间分辨率全色/8米空间分辨率多光谱相机，四台16米空间分辨率多光谱宽幅相机。它的数据特性如表8所示。

5 L7 p) G6 b5 m( P" |

表8  高分一号数据特性

高分一号卫星的数据可以通过中国资源应用中心（http://www.cresda.com/CN/）下载，该网站同时还提供高分二号、高分三号、高分四号、资源卫星系列、环境一号以及中巴资源等卫星数据的下载。值得注意的是，使用谷歌浏览器无法访问数据下载界面，同时，该网站只提供部分数据的免费下载，其余需要付费下载。

2、高分四号卫星

高分四号（GF-4）卫星是我国第一颗地球同步轨道遥感卫星，于2015年12月29日发射，与之前发射的高分一号、高分二号卫星组成星座，具有高空间分辨率和高时间分辨率的优点，为我国地球同步轨道高分辨率对地观测打下基础，它主要用于灾害风险预警预报、林火灾害监测、气象天气监测等。该卫星的轨道参数如表9所示。

表9  高分四号轨道参数

* F# k _* e4 A7 b$ y

高分四号卫星携带的有效载荷为一台可见光50m/中波红外400m分辨率的面阵相机。相比高分一号卫星，高分四号具有可见光和红外线全天候成像能力，它的数据特性如表10所示。

( C" ~0 e# O( U& H9 ^

表10 高分四号数据特性

, K* C. v& n* O/ M* S* _. O( a

高分四号卫星的数据获取方法与高分一号卫星相同。

星

3、其他国内遥感数据获取

相比于国外遥感数据，国产遥感卫星数据产品的标准化不够，可供用户使用的免费数据不是很多。本文在此基础上列出以下几个可使用的数据库。

1)中国遥感数据网：

4 C8 t" _+ k, f& h/ N& B# Q1 {0 v+ }

http://rs.ceode.ac.cn

7 ]2 ?- l5 m# N

2)地理空间数据云：

http://www.gscloud.cn/

' B1 i* `: }# E8 S

3)遥感集市数据中心：

http://www.rscloudmart.com/dataProduct/datacenterStandardData

( o( s; g6 n/ w2 h; Y

4)国家综合地球观测数据共享平台：

" j$ [# s& f- h9 `# n3 F @% I v

http://chinageoss.org/dsp/home/index.jsp

结束语

本文针对目前尚没有系统的关于遥感数据获取方法介绍的问题，详细讲解了国内外卫星遥感数据源的数据特性及数据获取途径，并对目前国内外比较知名的数据库做了简单的整理，方便研究人员参考，为遥感数据处理系统奠定基础。

图片源自网络 

0 y" G' }* l* h6 h- h# c

文章来自于2018软件定义卫星高峰论坛论文集

精

彩

回

顾

院士论坛 | 杨元喜：弹性PNT基本框架

论文推荐| 张良培：基于分裂合并的多模型拟合方法在点云分割中的应用

0 j% W- q: e9 |5 K

李德仁当选国际宇航科学院院士，集5院院士于一身！

论文推荐| 邸凯昌：视觉SLAM技术的进展与应用

院士论坛| 李德仁：遥感双院士的中国梦

5 p1 i* }" b; P

论文推荐| 王密：高分辨率光学卫星影像高精度在轨实时云检测的流式计算

( E" w! i) L6 C {0 w" z4 \, Z4 P% X% |

《测绘学报》编委金双根当选欧洲科学院院士

u1 Y% N. ^9 d

学术前沿| 唐新明：雷达卫星自动成图的精密干涉测量关键技术

! v: @" k6 |- G* S# O0 M% l' V

《测绘学报》 “数字摄影测量与机器视觉专辑”在CPGIS2018北京论坛发布

听李德仁、杨元喜、龚健雅三位院士讲述“我的科研故事”

. l! P0 F* F, G1 E3 c

机器视觉| 晏磊：航空遥感平台通用物理模型及可变基高比系统精度评价

- Q3 M; `' R* m# t! R' P/ j8 _- l

权威 | 专业 | 学术 | 前沿

微信投稿邮箱 | song_qi_fan@163.com

" D+ m, e5 n& ?

微信公众号中搜索「测绘学报」，关注我们，长按上图二维码，关注学术前沿动态。

欢迎加入《测绘学报》作者QQ群： 297834524

进群请备注：姓名+单位+稿件编号

1 j! l8 v: h4 y1 z2 I 9 f# ~( l& E$ W$ ^! ?$ k# }+ ~% S