國(guó)內(nèi)外衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)源綜述

+ 師艷子，李云松,＊，鄭毓軒 （. 西安電子科技大學(xué) 綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著成像光譜遙感技術(shù)不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外研制并發(fā)射了大量搭載有全色、多光譜及高光譜傳感器的衛(wèi)星。其中，全色圖像的空間分辨率相對(duì)較高，可達(dá)米（m）級(jí)；多光譜圖像的光譜分辨率可達(dá)微米（m）級(jí)；而高光譜圖像的光譜分辨率更高，一般可達(dá)納米（nm）級(jí)，能夠提供更為豐富的地球表面信息。由此可見(jiàn)，全色、多光譜和高光譜圖像的相互配合可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高空間分辨率和高光譜分辨率，為人們觀測(cè)地物、認(rèn)識(shí)世界提供更加完善的方法。因此，上述衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的獲取尤為重要。

許多國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)庫(kù)都有公開(kāi)的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)供用戶下載使用，諸如美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）、歐洲航天局（ESA）等。但是目前尚沒(méi)有系統(tǒng)的關(guān)于國(guó)內(nèi)外衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)及獲取方法的介紹，如何快速了解衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)特性及數(shù)據(jù)源的獲取[1]方法，是遙感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

本文針對(duì)遙感數(shù)據(jù)處理需求，對(duì)國(guó)內(nèi)外知名遙感衛(wèi)星[2]的現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研和分析，并針對(duì)各大遙感數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)特性及獲取途徑作了詳細(xì)的介紹，以期為后續(xù)遙感數(shù)據(jù)處理分析及應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。

1 國(guó)外遙感衛(wèi)星

1.1 地球觀測(cè)一號(hào)

地球觀測(cè)一號(hào)衛(wèi)星[5]（EO-1）是NASA新千年計(jì)劃（NMP）的第一顆對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星，于2000年11月21日發(fā)射升空，主要用于衛(wèi)星本體和新型遙感器技術(shù)的驗(yàn)證，與此同時(shí)也改變了人們觀測(cè)地球、認(rèn)識(shí)地球的方式。該衛(wèi)星的軌道參數(shù)如表1。

表1 EO-1軌道參數(shù)

傳統(tǒng)的陸地資源衛(wèi)星只提供為數(shù)不多的七個(gè)多光譜波段，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足各種實(shí)際應(yīng)用的需要，因此，NASA在EO-1衛(wèi)星上搭載了三種傳感器，分別是高光譜成像儀Hyperion、高級(jí)陸地成像儀ALI以及大氣校正儀LEISA。

Hyperion傳感器采用“圖譜合一”的技術(shù)成像，生成的高光譜數(shù)據(jù)包含242個(gè)波段，光譜覆蓋范圍400-2500nm。Hyperion數(shù)據(jù)生成后經(jīng)過(guò)同一平臺(tái)的大氣校正儀LEISA進(jìn)行校正；ALI為多光譜成像儀，包含10個(gè)波段（1個(gè)全色波段加9個(gè)多光譜波段），光譜覆蓋范圍400-2400nm。Hyperion和ALI采集的數(shù)據(jù)特性如表2。

EO-1衛(wèi)星的數(shù)據(jù)可以通過(guò)美國(guó)地質(zhì)勘探局（USGS）的官方網(wǎng)站下載。首先通過(guò)網(wǎng)址（https://earthexplorer.usgs.gov/）注冊(cè)并登陸賬號(hào)，然后通過(guò)網(wǎng)址（https://glovis.usgs.gov/）下載數(shù)據(jù)，可根據(jù)云量及數(shù)據(jù)獲取時(shí)間實(shí)現(xiàn)精確檢索，可下載數(shù)據(jù)的處理級(jí)別為L(zhǎng)1T和L1Gst，L1T做過(guò)正射校正，但二者均未做大氣校正。除此之外，該網(wǎng)站還提供先進(jìn)星載熱輻射與反射輻射計(jì)ASTER、LandSat系列、IRS系列（部分?jǐn)?shù)據(jù)）等衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的下載。

表2 Hyperion和ALI數(shù)據(jù)特性

1.2 哨兵2

哨兵2[6]（SENTINEL-2）由歐洲委員會(huì)（EC）和ESA為哥白尼計(jì)劃所發(fā)射，包括兩顆衛(wèi)星SENTINEL-2A和SENTINEL-2B，這兩顆衛(wèi)星的發(fā)射時(shí)間分別為2015年6月23日及2017年3月7日。SENTINEL-2A與SENTINEL-2B在太陽(yáng)軌道上同步工作，相位差為180°，當(dāng)二者均處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，對(duì)地球赤道地區(qū)成像所需的時(shí)間縮短為單個(gè)運(yùn)行時(shí)的一半，甚至更短。它們的成像方式為多光譜高分辨率成像，主要用于陸地監(jiān)測(cè)及緊急救援任務(wù)等。SENTINEL-2的軌道參數(shù)如表3所示。

目前，哨兵系列包括SENTINEL-1、2、3、4、5、5P，其中SENTINEL-1主要用于海洋陸地監(jiān)測(cè)，采用雷達(dá)成像；SENTINEL-2用于陸地監(jiān)測(cè)，為多光譜成像；SENTINEL-3研究目標(biāo)為海洋，攜帶的儀器包括光學(xué)成像儀和地形學(xué)儀器；SENTINEL-4的有效載荷為紫外-可見(jiàn)光-近紅外（UVN）掃描光譜儀；SENTINEL-5、5P攜帶紫外-可見(jiàn)光-近紅外-短波紅外（UVNS）推掃式光柵分光計(jì)。SENTINEL-4、5、5P均用于大氣監(jiān)測(cè)。目前公開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)包括SENTINEL-1、2、3。本文主要針對(duì)SENTINL-2多光譜成像進(jìn)行分析，詳細(xì)的數(shù)據(jù)信息可在網(wǎng)址（https://sentinel.esa.int/web/sentinel/missions）處下載，表4列出SENTINEL-2的主要數(shù)據(jù)特性。

表3 哨兵2軌道參數(shù)

SENTINEL-1、2、3的數(shù)據(jù)均可通過(guò)ESA的官方網(wǎng)站（https://scihub.copernicus.eu/）下載，點(diǎn)擊open hub進(jìn)入下載界面，注冊(cè)賬號(hào)并登陸，選擇感興趣區(qū)域，可根據(jù)傳感器類型、云量及數(shù)據(jù)獲取時(shí)間進(jìn)一步精確檢索。

1.3 星上自主項(xiàng)目-1

星上自主項(xiàng)目-1[8]（PROBA-1）是ESA“通用支持技術(shù)計(jì)劃（GSTP）”的技術(shù)演示衛(wèi)星，于2001年10月22日發(fā)射，目的是驗(yàn)證新型航天技術(shù)，及該平臺(tái)在小型科研和應(yīng)用任務(wù)方面的適應(yīng)性，可應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物量評(píng)估和生物健康狀況監(jiān)測(cè)森林調(diào)查和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等方面。該衛(wèi)星的軌道參數(shù)如表5所示。

PROBA-1攜帶兩個(gè)有效載荷，高分辨率相機(jī)（HRC）和緊湊式高分辨率成像分光計(jì)（CHRIS）。其中，高分辨率相機(jī)為帶有小型望遠(yuǎn)鏡的黑白相機(jī)，空間分辨率為5米，可以采集25平方公里的圖像；緊湊式高分辨率成像分光計(jì)是一個(gè)推掃式的高光譜成像光譜儀，具有成像模式多、光譜范圍寬、分辨率高等特點(diǎn)?？梢垣@取五個(gè)不同角度（-55°、-36°、0°、36°、55°）的成像數(shù)據(jù)。CHRIS數(shù)據(jù)有五種成像模式，不同模式下獲取的數(shù)據(jù)如表6所示。

PROBA-1衛(wèi)星的數(shù)據(jù)的獲取流程為：首先進(jìn)入ESA網(wǎng)站（https://earth.esa.int/web/guest/home）注冊(cè)賬戶并登陸，然后進(jìn)入Data Access界面，通過(guò)界面左欄選擇衛(wèi)星PROBA-1即可獲取PROBA-1在各個(gè)地區(qū)不同時(shí)間的數(shù)據(jù)。對(duì)于下載數(shù)據(jù)文件名稱的一些命名規(guī)則，可參考文檔CHRIS數(shù)據(jù)格式（下載地址：https://earth.esa.int/web/guest/document-library/browse-document-library）。更重要的，該網(wǎng)站不僅提供PROBA-1的數(shù)據(jù)，還提供SPOT系列、WorldView、ALOS、IKONOS等遙感數(shù)據(jù)。

表4 SENTINEL-2數(shù)據(jù)特性

表5 PROBA-1軌道參數(shù)

表7 高分一號(hào)軌道參數(shù)

表6 不同模式下CHRIS數(shù)據(jù)特性

表8 高分一號(hào)數(shù)據(jù)特性

1.4 其他國(guó)外遙感數(shù)據(jù)獲取

考慮到遙感衛(wèi)星數(shù)量眾多，本文列出上述三個(gè)常用衛(wèi)星的詳細(xì)信息，對(duì)于其余未列出的衛(wèi)星，提供目前國(guó)外比較知名的數(shù)據(jù)庫(kù)（除以上三個(gè)網(wǎng)站）供讀者參考。

1)美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）：http://reverb.echo.nasa.gov/reverb/；

2)巴西國(guó)家空間研究院：http://www.dgi.inpe.br/CDSR/；

3)DigitalGlobe公司：http://www.digitalglobe.com/product-samples；

4)HICO：http://hico.coas.oregonstate.edu/。

2 國(guó)內(nèi)遙感衛(wèi)星

2.1 高分一號(hào)衛(wèi)星

高分一號(hào)[9]（GF-1）衛(wèi)星是國(guó)家高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)天基系統(tǒng)中的首發(fā)星，于2013年4月26日發(fā)射，目的是促進(jìn)我國(guó)高空間分辨率與多光譜相結(jié)合的光學(xué)遙感、多載荷圖像拼接融合等關(guān)鍵技術(shù)的提升，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)衛(wèi)星工程水平的提升，提高我國(guó)高分辨率數(shù)據(jù)的自給率。主要用于陸地監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等，為地理測(cè)繪、海洋和氣候氣象觀測(cè)、水利和林業(yè)資源監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域提供數(shù)據(jù)支持。它的軌道參數(shù)如表7所示。

高分一號(hào)衛(wèi)星搭載的有效載荷為兩臺(tái)2米空間分辨率全色/8米空間分辨率多光譜相機(jī)，四臺(tái)16米空間分辨率多光譜寬幅相機(jī)。它的數(shù)據(jù)特性如表8所示。

高分一號(hào)衛(wèi)星的數(shù)據(jù)可以通過(guò)中國(guó)資源應(yīng)用中心（http://www.cresda.com/CN/）下載，該網(wǎng)站同時(shí)還提供高分二號(hào)、高分三號(hào)、高分四號(hào)、資源衛(wèi)星系列、環(huán)境一號(hào)以及中巴資源等衛(wèi)星數(shù)據(jù)的下載。值得注意的是，使用谷歌瀏覽器無(wú)法訪問(wèn)數(shù)據(jù)下載界面，同時(shí)，該網(wǎng)站只提供部分?jǐn)?shù)據(jù)的免費(fèi)下載，其余需要付費(fèi)下載。

2.2 高分四號(hào)衛(wèi)星

高分四號(hào)（GF-4）衛(wèi)星是我國(guó)第一顆地球同步軌道遙感衛(wèi)星，于2015年12月29日發(fā)射，與之前發(fā)射的高分一號(hào)、高分二號(hào)衛(wèi)星組成星座，具有高空間分辨率和高時(shí)間分辨率的優(yōu)點(diǎn)，為我國(guó)地球同步軌道高分辨率[10]對(duì)地觀測(cè)打下基礎(chǔ)，它主要用于災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警預(yù)報(bào)、林火災(zāi)害監(jiān)測(cè)、氣象天氣監(jiān)測(cè)等。該衛(wèi)星的軌道參數(shù)如表9所示。

高分四號(hào)衛(wèi)星攜帶的有效載荷為一臺(tái)可見(jiàn)光50m/中波紅外400m分辨率的面陣相機(jī)。相比高分一號(hào)衛(wèi)星，高分四號(hào)具有可見(jiàn)光和紅外線全天候成像能力，它的數(shù)據(jù)特性如表10所示。

高分四號(hào)衛(wèi)星的數(shù)據(jù)獲取方法與高分一號(hào)衛(wèi)星相同。

2.3 其他國(guó)內(nèi)遙感數(shù)據(jù)獲取

相比于國(guó)外遙感數(shù)據(jù)，國(guó)產(chǎn)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化不夠，可供用戶使用的免費(fèi)數(shù)據(jù)不夠豐富。本文在此基礎(chǔ)上列出以下幾個(gè)可使用的數(shù)據(jù)庫(kù)。

1)中國(guó)遙感數(shù)據(jù)網(wǎng)：http://rs.ceode.ac.cn；

2)地理空間數(shù)據(jù)云：http://www.gscloud.cn/；

3)遙感集市數(shù)據(jù)中心：http://www.rscloudmart.com/dataProduct/datacenterStandardData；

4)國(guó)家綜合地球觀測(cè)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)：http://chinageoss.org/dsp/home/index.jsp。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)目前尚沒(méi)有系統(tǒng)的關(guān)于遙感數(shù)據(jù)獲取方法介紹的問(wèn)題，詳細(xì)講解了國(guó)內(nèi)外衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)特性及數(shù)據(jù)獲取途徑，并對(duì)目前國(guó)內(nèi)外比較知名的數(shù)據(jù)庫(kù)做了簡(jiǎn)單的整理，方便研究人員參考，為遙感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

表9 高分四號(hào)軌道參數(shù)

表10 高分四號(hào)數(shù)據(jù)特性

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