Основы работы с данными дистанционного зондирования
1 Именование снимков
После того, как вы скачаете архив со снимками и распакуете его, вы увидите сразу несколько файлов в различных форматах. Основными из них, конечно, являются файлы в формате .geotiff, содержащие в себе собственно снимки.
Все снимки миссий Landsat названы с использованием определенной структуры1
LXSS_LLLL_PPPRRR_YYYYMMDD_yyyymmdd_CC_TX
L = Landsat
X = сенсор (“C”=OLI/TIRS combined, “O”=OLI-only, “T”=TIRS-only, “E”=ETM+, “T”=“TM, “M”=MSS)
SS = спутник (”07”=Landsat 7, “08”=Landsat 8)
LLL = уровень обработки (L1TP/L1GT/L1GS)
PPP = WRS path
RRR = WRS row
YYYYMMDD = дата съемки в формате год, месяц, день
yyyymmdd - дата обработки в формате год, месяц, день
CC = номер коллекции (01, 02, …)
TX = категория коллекции (“RT”=Real-Time, “T1”=Tier 1, “T2”=Tier 2)
Example: LC08_L1GT_029030_20151209_20160131_01_RT
Means: Landsat 8; OLI/TIRS combined; processing correction level L1GT; path 029; row 030; acquired December 9, 2015; processed January 31, 2016; Collection 1; Real-Time
Непосредственно к самим снимкам еще прибавляется номер спектрального канала в виде _B1, где B - band (канал) и цифра - его номер.
2 Обрезка снимка
Снимок можно открыть как любое растровое изображение через строку меню Слой \(\longrightarrow\) Добавить слой \(\longrightarrow\) Добавить растровый слой или просто перетащив его из папки в основное окно программы.
Так как эти снимки уже имеют географическую привязку, то они они будут расположены на нужной вам территории.
Каждый снимок содержит в себе только один канал, поэтому будет показан монохромным изображением.
Если вам не нужен весь снимок целиком (например, если интересует только конкретный фрагмент города), то его можно обрезать. В QGIS есть два варианта обрезки растра по экстенту и по маске.
При обрезке по охвату растр необходимо просто указать границы обрезки, которые могут быть заданы по текущему виду карты, одному из слоев или просто указаны на карте.
Обрезка растра по маске происходит с помощью существующих объектов векторного слоя. Так, например, в качестве маски можно использовать слой с границей города.
3 Создание цветного композитного изображения
По умолчанию каждый снимок содержит в себе только часть спектра или один канал. Для того, чтобы изображение стало цветным, необходимо собрать цветной композит из отдельных каналов. Сделать это можно с использованием инструмента Результат объединения (в строке меню Растр \(\longrightarrow\) Прочее \(\longrightarrow\) Результат объединения).
Комбинации каналов2
| Комбинация Landsat 5,7 | Комбинация Landsat 8 | Возможная информация |
|---|---|---|
| 4,3,2 | 5,4,3 | Стандартная комбинация «искусственные цвета». Растительность отображается в оттенках красного, городская застройка – зелено-голубых, а цвет почвы варьируется от темно до светло коричневого. Лед, снег и облака выглядят белыми или светло голубыми (лед и облака по краям). Хвойные леса будут выглядеть более темно-красными или даже коричневыми по сравнению с лиственными. Эта комбинация очень популярна и используется, главным образом, для изучения состояния растительного покрова, мониторинга дренажа и почвенной мозаики, а также для изучения агрокультур. В целом, насыщенные оттенки красного являются индикаторами здоровой и (или) широколиственной растительности, в то время как более светлые оттенки характеризуют травянистую или редколесья/кустарниковую растительность. |
| 3,2,1 | 4,3,2 | Комбинация «естественные цвета». В этой комбинации используются каналы видимо диапазона, поэтому объекты земной поверхности выглядят похожими на то, как они воспринимаются человеческим глазом. Здоровая растительность выглядит зеленой, убранные поля – светлыми, нездоровая растительность – коричневой и желтой, дороги – серыми, береговые линии – белесыми. Эта комбинация каналов дает возможность анализировать состояние водных объектов и процессы седиментации, оценивать глубины. Также используется для изучения антропогенных объектов. Вырубки и разреженная растительность детектируются плохо, в отличие от комбинации 4-5-1 или 4-3-2. Облака и снег выглядят одинаково белыми и трудноразличимы. Кроме того, трудно отделить один тип растительности от другого. Эта комбинация не позволяет отличить мелководье от почв в отличие от комбинации 7-5-3. |
| 7,4,2 | 7,5,3 | Эта комбинация дает изображение близкое к естественным цветам, но в тоже время позволяет анализировать состояние атмосферы и дым. Здоровая растительность выглядит ярко зеленой, травянистые сообщества – зелеными, ярко розовые участки детектируют открытую почву, коричневые и оранжевые тона характерны для разреженной растительности. Сухостойная растительность выглядит оранжевой, вода- голубой. Песок, почва и минералы могут быть представлены очень большим числом цветов и оттенков. Эта комбинация дает великолепный результат при анализе пустынь и опустыненных территорий. Кроме того, может быть использована для изучения сельскохозяйственных земель и водно-болотных угодий. Сгоревшие территории будут выглядеть ярко красными. Эта комбинация используется для изучения динамики пожаров и пост-пожарного анализа территории. Городская застройка отображается в оттенках розово-фиолетового, травянистые сообщества – зелеными и светло зелеными. Светло зеленые точки внутри городских территорий могут быть парками, садами или полями для гольфа (актуально для России :)). Оливково-зеленый цвет характерен для лесных массивов и более темный цвет является индикатором примеси хвойных пород. |
| 4,5,1 | 5,6,2 | Здоровая растительность отображается в оттенках красного, коричневого, оранжевого и зеленого. Почвы могут выглядеть зелеными или коричневыми, урбанизированные территории – белесыми, серыми и зелено-голубыми, ярко голубой цвет может детектировать недавно вырубленные территории, а красноватые – восстановление растительности или разреженную растительность. Чистая, глубокая вода будет выглядеть очень темно синей (почти черной), если же это мелководье или в воде содержится большое количество взвесей, то в цвете будут преобладать более светлые синие оттенки. Добавление среднего инфракрасного канала позволяет добиться хорошей различимости возраста растительности. Здоровая растительность дает очень сильное отражение в 4 и 5 каналах. Использование комбинации 3-2-1 параллельно с этой комбинацией позволяет различать затопляемые территории и растительность. Эта комбинация малопригодна для детектирования дорог и шоссе. |
| 4,5,3 | 5,6,4 | Эта комбинация ближнего, среднего ИК-каналов и красного видимого канала позволяет четко различить границу между водой и сушей и подчеркнуть скрытые детали плохо видимые при использовании только каналов видимого диапазона. С большой точностью будут детектироваться водные объекты внутри суши. Эта комбинация отображает растительность в различных оттенках и тонах коричневого, зеленого и оранжевого. Эта комбинация дает возможность анализа влажности и полезны при изучении почв и растительного покрова. В целом, чем выше влажность почв, тем темнее она будет выглядеть, что обусловлено поглощением водой излучения ИК диапазона. |
| 7,5,3 | 7,6,4 | Эта комбинация дает изображение близкое к естественным цветам, но в тоже время позволяет анализировать состояние атмосферы и дым. Растительность отображается в оттенках темно и светло зеленого, урбанизированные территории выглядят белыми, зелено-голубыми и малиновыми, почвы, песок и минералы могут быть очень разных цветов. Практически полное поглощение излечения в среднем ИК-диапазоне водой, снегом и льдом позволяет очень четко выделять береговую линию и подчеркнуть водные объекты на снимке. Горячие точки (как, например, кальдеры вулканов и пожары) выглядят красноватыми или желтыми. Одно из возможных применений этой комбинации каналов – мониторинг пожаров. Затопляемые территории выглядят очень темно синими и почти черными, в отличие от комбинации 3-2-1, где они выглядят серыми и плохо различимы. |
| 5,4,3 | 6,5,4 | Как и комбинация 4-5-1 эта комбинация дает дешифровщику очень много информации и цветовых контрастов. Здоровая растительность выглядит ярко зеленой, а почвы – розовато-лиловыми. В отличие от 7-4-2, включающей 7 канал и позволяющей изучать геологические процессы, эта комбинация дает возможность анализировать сельскохозяйственные угодья. Эта комбинация очень удобна для изучения растительного покрова и широко используется для анализа состояния лесных сообществ. |
| 5,4,1 | 6,5,2 | Комбинация похожа на 7-4-2, здоровая растительность выглядит ярко зеленой, за исключением того, что эта комбинация лучше для анализа сельскохозяйственных культур. |
| 7,5,4 | 7,6,5 | Эта комбинация не включает ни одного канала из видимого диапазона, и обеспечивает оптимальный анализ состояния атмосферы. Береговые линии четко различимы. Может быть использован для анализа текстуры и влажности почв. Растительность выглядит голубой. |
| 5,3,1 | 6,4,2 | Эта комбинация показывает топографические текстуры, в то время как 7-3-1 позволяет различить горные породы. |
Соберем снимок в естественных цветах. Для этого откроем инструмент Результат объединения и в открывшемся окне установим необходимые параметры.
В качестве исходных выберем растры каналов 4, 3 и 2.
Каждый входной слой необходимо поместить в отдельный канал.
Очень важно здесь правильно указать последовательность каналов (сверху вниз): 4-3-2 (то есть красный-синий-зеленый или стандартное изображение RGB).
При необходимости каналы можно перетаскивать мышкой в таблице выбора входных слоев.
Если вы укажете другую последовательность, то изображение будет выглядеть пропущенным через цветной фильтр.
Полученное изображение можно настраивать по контрасту.
4 Создание виртуального растра
Кроме создания нового файла с растром, содержащим композитное изображение, вы можете создать виртуальный растр, который по своей сути не является растровым файлом, а скорее является каталогом уже имеющихся растров.
Как правило, виртуальные растры создаются для упрощения работы, чтобы избежать необходимости создания объемных мозаик и больших растровых изображений.
Остальные настройки будут аналогичны предыдущему разделу.
Разница в яркости скорее всего объясняется тем, что при построении композита в виде просто растрового файла исходные растры накладываются друг на друга и смешиваются, тогда как в виртуальном растре они просто размещаются вместе и менее взаимодействуют.
Сноски
What is the naming convention for Landsat Collections Level-1 scenes? - https://www.usgs.gov/faqs/what-naming-convention-landsat-collections-level-1-scenes↩︎
Интерпретация комбинаций каналов данных Landsat TM / ETM+ https://gis-lab.info/qa/landsat-bandcomb.html↩︎