TM／ETM数据获取-城市与区域规划空间分析实验教程

1）免费TM／ETM数据获取

▷　步骤1：登陆“地理空间数据云”服务平台网站，注册用户。

登陆中国科学院计算机网络信息中心“地理空间数据云”网站（图2-1），网址：http：／／www.gscloud.cn／，按照要求免费注册用户。该网站提供包括9种LANDSAT系列数据的检索和查询（图2-2），同时还提供MODIS陆地标准产品、DEM数字高程数据、高分一号免费数据等多类数据产品，能够满足大中尺度城市与区域规划的数据需要。

有关TM／ETM等美国陆地资源卫星数据的相关介绍参见说明2-1和说明之后的补充说明。

图2-1　地理空间数据云平台网站网页

图2-2　地理空间数据云平台网站“数据目录”菜单选项

　说明2-1：TM／ETM遥感影像数据简介

TM／ETM遥感影像数据是美国陆地卫星（Landsat）计划发射的卫星（4、5、7号星）收集的多波段扫描影像，空间最高分辨率为15m或30m，可用于中尺度以上的城市与区域规划研究。

TM影像共有7个波段，影像空间分辨率除热红外波段为120m外，其余均为30m，可满足农、林、土、地质、地理、测绘、区域规划、环境监测等专题分析和编制1∶25万或更小比例尺专题图的要求。对于城市与区域规划来讲，该数据尺度基本满足大中尺度的规划研究。

ETM影像比TM影像增加了一个全色波段，共8个波段，全色波段分辨率为15m，热红外波段的分辨率为60m，其他波段分辨率均为30m。2003年，Landsat-7尾箱发生故障，导致了2003年以后的ETM影像产生条带。该数据能够满足中尺度及以上的城市与区域规划研究。

说明2-1中对TM／ETM遥感影像数据做了简要介绍，下面再做一些补充解释。

美国NASA的陆地卫星（Landsat）计划（1975年前称为地球资源技术卫星ERTS），从1972年7月23日以来，已发射8颗卫星（第6颗发射失败，第8颗于2013年发射）。目前Landsat-1～4均相继失效，Landsat-5仍在超期运行（从1984年3月1日发射至今）。Landsat-7于1999年4月15日发射升空，传感器分别是MSS、TM、ETM＋，2003年之后卫星失效。Landsat-8于2013年2月11日发射升空，传感器分别是OLI（Operational Land Imager，运营性陆地成像仪）和TIRS（Thermal Infrared Sensor，热红外传感器），共11个波段，与之前的陆地资源卫星相比，Landsat-8的光线、热量感应器精准度更高，性能更好（表2-2、表2-4、表2-5）。

TM影像是指美国陆地卫星4～5号专题制图仪（Thematic Mapper，TM）所获取的多波段扫描影像，共有7个波段（波谱范围参见表2-3、表2-4），每波段像元数达61 662个（TM-6为15 422个），一景TM影像总信息量约为230兆字节，相当于MSS影像的7倍。

因TM影像具有较高的空间分辨率、波谱分辨率、极为丰富的信息量和较高定位精度，成为20世纪80年代中后期世界各国广泛应用的重要的地球资源与环境遥感数据源，能够满足有关农、林、水、土、地质、地理、测绘、区域规划、环境监测等专题分析和编制1∶25万或更小比例尺专题图的要求。

ETM（Enhanced Thematic Mapper）是增强型专题绘图仪，美国陆地卫星6（Landsat-6）搭载的一种成像仪，8个波段（7个多光谱，＋1个全色波段），15m的分辨率，扫描带宽185km。Landsat-6发射失败。Landsat-7卫星的主要有效载荷为增强型专题测绘仪（Enhanced Thematic Mapper Plus，ETM＋）。ETM＋是在Landsat-4和Landsat-5卫星的主要有效载荷专题测绘仪（Thematic Mapper）的基础上改进的。ETM＋相对TM的主要不同之处在于：它增加了1个全色谱段（15m分辨率）和两个增益区域，增加了太阳定标器，并提高了红外谱段的分辨率。

表2-2　美国Landsat-1～7号卫星参数一览表

表2-3　美国Landsat卫星MSS波段编号和波长范围

表2-4　美国Landsat卫星TM、ETM＋、OLI波段、波长范围及分辨率

表2-5　美国Landsat-8卫星TIRS载荷参数

　说明2-2：其他常用的遥感影像数据简介

遥感技术在城市规划实践中，主要针对具体应用需求，通过卫星地面站获取合适的覆盖范围的最新的城市卫星地图影像数据，利用遥感图像专业处理软件对数据进行辐射校正、增强、融合、镶嵌等处理。同时，借助城市应用区域现有较大比例尺的地形数据，对影像数据进行投影变换和几何精校正，并从地形图上获得境界、城市、居民点、山脉、河流、湖泊以及铁路、公路等典型地貌地物信息，制作城市数字正射影像图和各类专题图，为决策部门提供现实有效的支持资料。与城市与区域规划密切相关的常用遥感影像数据还有：中巴陆地资源卫星数据、高分一号、高分二号、SPOT、IKONOS、QuickBird、航片等。

中巴陆地资源卫星携有不同空间分辨率的三种遥感器：20m分辨率的五谱段CCD相机、80m和160m分辨率的四谱段红外多光谱扫描仪、256m分辨率的两谱段宽视场成像仪，可用于监测国土资源的变化，为城市建设和区域发展提供动态信息。

高分一号卫星，是我国于2013年4月发射的第一颗高分辨率对地观测卫星，配置有2米分辨率全色、8米分辨率多光谱相机和16米分辨率幅宽800公里的多光谱宽幅相机，重复周期为4天，能够为国土资源、规划建设、交通运输、农业、林业、环境保护等部门提供高精度、宽幅度的空间观测服务，可用于中小尺度的城市与区域规划研究。

高分二号卫星，是我国于2014年8月发射的第二颗高分辨率对地观测卫星，也是我国首颗亚米级高分辨率卫星，配置有优于1米分辨率全色、优于4米分辨率的多光谱相机（幅宽45公里），可用于小尺度的城市与区域规划研究。

法国SPOT卫星影像共5个波段，包括3个可见光波段、1个短波红外波段和1个全色波段，具有较高的地面分辨率，全色图像地面分辨率有2.5m、5m或10m，多光谱波段地面分辨率为10m或20m，可用于中小尺度的城市与区域规划研究。(www.xing528.com)

美国IKONOS卫星是世界上第一颗提供高分辨率卫星影像的商业遥感卫星，影像具有5个波段，包括1个具有1m分辨率的全色波段和4m分辨率多光谱波段，可用于小尺度的城市与区域规划研究。

美国QuickBird卫星是目前世界上最先提供亚米级分辨率的商业卫星，包含4个分辨率为2.44m的多光谱波段和1个分辨率为0.61m的全色波段，广泛应用于测绘、规划、国土、农业、林业、政府管理等各个方面，可以用于小尺度的城市与区域规划研究。

航片是采用航空摄影获取的数据产品，多为彩色相片，分辨率通常为亚米级，一般在30cm左右，可用于小尺度的城市与区域规划研究。

▷　步骤2：TM／ETM数据检索。

点击“地理空间数据云”服务平台网站页面菜单中的“高级检索”，打开数据检索窗口（图2-3）。网站提供地名、经纬度和行政区查询三种检索方式，可供检索的数据集主要包括LANDSAT系列数据、MODIS陆地标准产品、DEM数字高程数据等多类数据产品（图2-3）。

图2-3　数据检索窗口

下面对LANDSAT系列数据中的前六类数据加以简要介绍：

（1）Landsat-8OLI-TRIS（2013年至今），为Landsat 8号资源卫星采集的数据产品，数据共包含11个波段，最高空间分辨率为15m（全色波段），能够满足中尺度及以上规划的精度需要，能够满足1∶10万比例尺的制图工作需要。

（2）Landsat-7ETM SLC-off（2003年至今），该数据因Landsat-7资源卫星2003年后出现问题，数据出现条带状缺失，建议最好不要下载，却有需要且无替代数据可用时，可通过数据差值等方法进行数据修复后再使用。

（3）Landsat 7ETM SLC-on（1999—2003），为Landsat-7资源卫星出现问题之前的数据，最高空间分辨率为15m，能够满足城市与区域规划中尺度及以上规划的精度需要。

（4）Landsat-4、5TM，为Landsat 4和5号资源卫星采集的数据产品，数据的最高空间分辨率为30m，能够满足城市与区域规划大尺度规划的精度需要，例如城市群、城市区域的规划与研究等。

（5）Landsat-4、5MSS（1982—1992），为20世纪80年代美国发射的第二代试验型地球资源卫星（Landsat-4、5）所采集的数据产品。卫星在技术上比第一代试验型地球资源卫星（Landsat-1、2、3）有了较大改进，平台采用新设计的多任务模块，增加了新型的专题绘图仪TM，可通过中继卫星传送数据。TM的波谱范围比MSS大，每个波段范围较窄，因而波谱分辨率比MSS图像高，其地面分辨率为30m（TM6的地面分辨率为120m）。

（6）Landsat-1，2，3MSS（1972—1983），为20世纪70年代美国在气象卫星基础上研制发射的第一代试验型地球资源卫星（Landsat-1、2、3）所采集的数据产品。这三颗卫星上装有返束光导摄像机和多光谱扫描仪MSS，分别有3个和4个谱段，分辨率为78m。

用户可根据规划研究需要，选择合适的遥感影像数据进行下载。本次实验以上杭县县域TM／ETM数据下载为例，对数据的获取做简单介绍。

首先，选择行政区查询方式，指定上杭县作为数据查询范围，此时会在右侧地图检索窗口中显示出上杭县的行政区划范围（图2-4）。然后，接着选择要检索的数据日期，如果不输入则默认所有数据，本例选择2000年1月1日以来所有月份的影像数据（图2-4）。再次，定义要检索的数据集，本例选择Landsat-8OLI-TRIS、Landsat 7ETM SLCon和Landsat-4、5TM三类数据（图2-4）。最后，点击搜索按钮，输出设定条件下的不同数据集的检索结果列表，列表中包含数据标识、条带号、行编号、日期、经度、纬度、云量、数据和缩略图等信息（图2-5）。由于Landsat卫星数据的高重合率，以上杭县边界作为查询条件的检索结果可能会包括邻近区域的影像数据。例如，使用条带号、行编号为120／42和120／43的两景数据就能够覆盖整个上杭县，但通过行政区范围查询的数据中还包括了条带号、行编号为121／42和121／43的数据（图2-5）。

图2-4　高级检索中数据检索条件的设置

图2-5　检索得到的Landsat-4、5TM数据结果列表

▷　步骤3：TM／ETM数据择选。

选择遥感影像数据主要从两个方面来判别，一是成像时间，年份可以根据研究需要和数据情况综合确定，但最好选择5～10月份成像的数据（视各地气候条件而定），这样有利于后期数据的解译（林地等信息便于识别与提取）；二是要注意成像质量，核心指标就是云量的多少，为了保证质量，应选择无云或少云的影像数据，云量最好低于10%。云量有两个常用指标，一个是平均云量，一个是四角云量。

假定我们需要获取上杭县2014年以来的Landsat卫星遥感数据来制作规划研究区的土地利用现状图，那么通过前面的检索结果可以发现符合条件的数据仅在Landsat-8 OLI-TRIS数据中选取。本例在结果列表中进一步进行二次筛选，条带号设定为120，云量设置为低于15%，结果符合条件的数据有12条（图2-6）。根据二次检索结果，基于数据的时效性和数据质量，我们选择2014年10月17日成像的两景数据进行下载（图2-7）。

图2-6　二次检索后符合条件的上杭县数据结果列表

图2-7　最终选择的符合条件的两景上杭县数据

另外，美国地质勘探局（United States Geological Survey，USGS），或称为美国地质调查局网站上也有大量的免费遥感影像数据供用户下载。用户可以登陆http：／／www.usgs.gov／查找需要的遥感数据，也可以直接登陆Landsat卫星数据的网页http：／／landsatlook.usgs.gov／直接查看或下载规划研究区的数据（图2-8）。通常，USGS网站上的数据要比较新一些，且可以检索Landsat-8的数据。从检索结果的数据表中可以看出，比2004年新的数据的云量和影像质量均不高。如果确有需要（用2013年6～9月份的影像数据作为规划研究区的现状），可以向北京遥感地面站查询和购买符合要求的存档数据。

图2-8　美国地质勘探局（USGS）网站上的Landsat数据检索结果