國內外衛星遙感數據源綜述

+ 師艷子，李云松,＊，鄭毓軒 （. 西安電子科技大學 綜合業務網國家重點實驗室）

20世紀80年代以來，隨著成像光譜遙感技術不斷發展，國內外研制并發射了大量搭載有全色、多光譜及高光譜傳感器的衛星。其中，全色圖像的空間分辨率相對較高，可達米（m）級；多光譜圖像的光譜分辨率可達微米（m）級；而高光譜圖像的光譜分辨率更高，一般可達納米（nm）級，能夠提供更為豐富的地球表面信息。由此可見，全色、多光譜和高光譜圖像的相互配合可以同時實現高空間分辨率和高光譜分辨率，為人們觀測地物、認識世界提供更加完善的方法。因此，上述衛星遙感數據的獲取尤為重要。

許多國內外數據庫都有公開的遙感衛星數據供用戶下載使用，諸如美國國家航空航天局（NASA）、歐洲航天局（ESA）等。但是目前尚沒有系統的關于國內外衛星遙感數據及獲取方法的介紹，如何快速了解衛星遙感數據特性及數據源的獲取[1]方法，是遙感數據處理系統中亟需解決的關鍵問題。

本文針對遙感數據處理需求，對國內外知名遙感衛星[2]的現狀進行調研和分析，并針對各大遙感數據庫的數據特性及獲取途徑作了詳細的介紹，以期為后續遙感數據處理分析及應用打下良好的基礎。

1 國外遙感衛星

1.1 地球觀測一號

地球觀測一號衛星[5]（EO-1）是NASA新千年計劃（NMP）的第一顆對地觀測衛星，于2000年11月21日發射升空，主要用于衛星本體和新型遙感器技術的驗證，與此同時也改變了人們觀測地球、認識地球的方式。該衛星的軌道參數如表1。

表1 EO-1軌道參數

傳統的陸地資源衛星只提供為數不多的七個多光譜波段，遠遠不能滿足各種實際應用的需要，因此，NASA在EO-1衛星上搭載了三種傳感器，分別是高光譜成像儀Hyperion、高級陸地成像儀ALI以及大氣校正儀LEISA。

Hyperion傳感器采用“圖譜合一”的技術成像，生成的高光譜數據包含242個波段，光譜覆蓋范圍400-2500nm。Hyperion數據生成后經過同一平臺的大氣校正儀LEISA進行校正；ALI為多光譜成像儀，包含10個波段（1個全色波段加9個多光譜波段），光譜覆蓋范圍400-2400nm。Hyperion和ALI采集的數據特性如表2。

EO-1衛星的數據可以通過美國地質勘探局（USGS）的官方網站下載。首先通過網址（https://earthexplorer.usgs.gov/）注冊并登陸賬號，然后通過網址（https://glovis.usgs.gov/）下載數據，可根據云量及數據獲取時間實現精確檢索，可下載數據的處理級別為L1T和L1Gst，L1T做過正射校正，但二者均未做大氣校正。除此之外，該網站還提供先進星載熱輻射與反射輻射計ASTER、LandSat系列、IRS系列（部分數據）等衛星遙感數據的下載。

表2 Hyperion和ALI數據特性

1.2 哨兵2

哨兵2[6]（SENTINEL-2）由歐洲委員會（EC）和ESA為哥白尼計劃所發射，包括兩顆衛星SENTINEL-2A和SENTINEL-2B，這兩顆衛星的發射時間分別為2015年6月23日及2017年3月7日。SENTINEL-2A與SENTINEL-2B在太陽軌道上同步工作，相位差為180°，當二者均處于運行狀態時，對地球赤道地區成像所需的時間縮短為單個運行時的一半，甚至更短。它們的成像方式為多光譜高分辨率成像，主要用于陸地監測及緊急救援任務等。SENTINEL-2的軌道參數如表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測，采用雷達成像；SENTINEL-2用于陸地監測，為多光譜成像；SENTINEL-3研究目標為海洋，攜帶的儀器包括光學成像儀和地形學儀器；SENTINEL-4的有效載荷為紫外-可見光-近紅外（UVN）掃描光譜儀；SENTINEL-5、5P攜帶紫外-可見光-近紅外-短波紅外（UVNS）推掃式光柵分光計。SENTINEL-4、5、5P均用于大氣監測。目前公開數據庫包括SENTINEL-1、2、3。本文主要針對SENTINL-2多光譜成像進行分析，詳細的數據信息可在網址（https://sentinel.esa.int/web/sentinel/missions）處下載，表4列出SENTINEL-2的主要數據特性。

表3 哨兵2軌道參數

SENTINEL-1、2、3的數據均可通過ESA的官方網站（https://scihub.copernicus.eu/）下載，點擊open hub進入下載界面，注冊賬號并登陸，選擇感興趣區域，可根據傳感器類型、云量及數據獲取時間進一步精確檢索。

1.3 星上自主項目-1

星上自主項目-1[8]（PROBA-1）是ESA“通用支持技術計劃（GSTP）”的技術演示衛星，于2001年10月22日發射，目的是驗證新型航天技術，及該平臺在小型科研和應用任務方面的適應性，可應用于環境監測、生物量評估和生物健康狀況監測森林調查和精準農業等方面。該衛星的軌道參數如表5所示。

PROBA-1攜帶兩個有效載荷，高分辨率相機（HRC）和緊湊式高分辨率成像分光計（CHRIS）。其中，高分辨率相機為帶有小型望遠鏡的黑白相機，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是一個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。可以獲取五個不同角度（-55°、-36°、0°、36°、55°）的成像數據。CHRIS數據有五種成像模式，不同模式下獲取的數據如表6所示。

PROBA-1衛星的數據的獲取流程為：首先進入ESA網站（https://earth.esa.int/web/guest/home）注冊賬戶并登陸，然后進入Data Access界面，通過界面左欄選擇衛星PROBA-1即可獲取PROBA-1在各個地區不同時間的數據。對于下載數據文件名稱的一些命名規則，可參考文檔CHRIS數據格式（下載地址：https://earth.esa.int/web/guest/document-library/browse-document-library）。更重要的，該網站不僅提供PROBA-1的數據，還提供SPOT系列、WorldView、ALOS、IKONOS等遙感數據。

表4 SENTINEL-2數據特性

表5 PROBA-1軌道參數

表7 高分一號軌道參數

表6 不同模式下CHRIS數據特性

表8 高分一號數據特性

1.4 其他國外遙感數據獲取

考慮到遙感衛星數量眾多，本文列出上述三個常用衛星的詳細信息，對于其余未列出的衛星，提供目前國外比較知名的數據庫（除以上三個網站）供讀者參考。

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

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

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

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

2 國內遙感衛星

2.1 高分一號衛星

高分一號[9]（GF-1）衛星是國家高分辨率對地觀測系統重大專項天基系統中的首發星，于2013年4月26日發射，目的是促進我國高空間分辨率與多光譜相結合的光學遙感、多載荷圖像拼接融合等關鍵技術的提升，進而推動我國衛星工程水平的提升，提高我國高分辨率數據的自給率。主要用于陸地監測、環境監測等，為地理測繪、海洋和氣候氣象觀測、水利和林業資源監測等領域提供數據支持。它的軌道參數如表7所示。

高分一號衛星搭載的有效載荷為兩臺2米空間分辨率全色/8米空間分辨率多光譜相機，四臺16米空間分辨率多光譜寬幅相機。它的數據特性如表8所示。

高分一號衛星的數據可以通過中國資源應用中心（http://www.cresda.com/CN/）下載，該網站同時還提供高分二號、高分三號、高分四號、資源衛星系列、環境一號以及中巴資源等衛星數據的下載。值得注意的是，使用谷歌瀏覽器無法訪問數據下載界面，同時，該網站只提供部分數據的免費下載，其余需要付費下載。

2.2 高分四號衛星

高分四號（GF-4）衛星是我國第一顆地球同步軌道遙感衛星，于2015年12月29日發射，與之前發射的高分一號、高分二號衛星組成星座，具有高空間分辨率和高時間分辨率的優點，為我國地球同步軌道高分辨率[10]對地觀測打下基礎，它主要用于災害風險預警預報、林火災害監測、氣象天氣監測等。該衛星的軌道參數如表9所示。

高分四號衛星攜帶的有效載荷為一臺可見光50m/中波紅外400m分辨率的面陣相機。相比高分一號衛星，高分四號具有可見光和紅外線全天候成像能力，它的數據特性如表10所示。

高分四號衛星的數據獲取方法與高分一號衛星相同。

2.3 其他國內遙感數據獲取

相比于國外遙感數據，國產遙感衛星數據產品的標準化不夠，可供用戶使用的免費數據不夠豐富。本文在此基礎上列出以下幾個可使用的數據庫。

1)中國遙感數據網：http://rs.ceode.ac.cn；

2)地理空間數據云：http://www.gscloud.cn/；

3)遙感集市數據中心：http://www.rscloudmart.com/dataProduct/datacenterStandardData；

4)國家綜合地球觀測數據共享平臺：http://chinageoss.org/dsp/home/index.jsp。

3 結束語

本文針對目前尚沒有系統的關于遙感數據獲取方法介紹的問題，詳細講解了國內外衛星遙感數據源的數據特性及數據獲取途徑，并對目前國內外比較知名的數據庫做了簡單的整理，方便研究人員參考，為遙感數據處理系統奠定基礎。

表9 高分四號軌道參數

表10 高分四號數據特性

[1]馮鐘葵, 張洪群, 王萬玉,等. 遙感衛星數據獲取與處理關鍵技術概述[J]. 遙感信息, 2008, 2008(4):91-97.

[2]肖政浩, 汪大明, 溫靜,等. 國內外星-空-地遙感數據地面應用系統綜述[J]. 地質力學學報, 2015(2):117-128.

[3]梁家琳. 國內外遙感衛星發展動態[J]. 測繪技術裝備, 2001,3(2):3-5.

[4]顧先冰, 司群英. 國內外遙感衛星發展現狀[J]. 航天返回與遙感, 2000(2):29-33.

[5]Ungar S G, Pearlman J S, Mendenhall J A, et al. Overview of the Earth Observing One (EO-1) mission[J]. Geoscience &Remote Sensing IEEE Transactions on, 2003, 41(6):1149-1159.

[6]龔燃. “哨兵”衛星家族概覽[J]. 國際太空, 2014(7):23-28.[7]Spoto F, Sy O, Laberinti P, et al. Overview Of Sentinel-2[C]//Geoscience and Remote Sensing Symposium. IEEE, 2012:1707-1710.

[8]Settle J. CHRIS on PROBA: an Imaging Spectroscopy precursor space mission - An overview[J]. 2002, 474:13.

[9]白照廣. 高分一號衛星的技術特點[J]. 中國航天, 2013(8):5-9.

[10]葛玉君, 趙鍵, 楊芳. 高分辨率光學遙感衛星平臺技術綜述[J]. 國際太空, 2013(5):2-8.