Tartalom
A földi erőforráskutató műholdak felvételeit az 1970-es évektől használják polgári célokra, elsősorban a földi erőforrások - vegetáció, ásványkincsek, talajadottságok - kutatására. Emellett a felvételek számos további alkalmazásokat biztosítanak. A földi erőforrások kutatásában a nincs szükség a nagyon nagy időfelbontású képekere, mint a meteorológiai vizsgálatok esetében, így a teljes vagy a majdnem teljes globális lefedés elérése mellett inkább a jobb geometriai és spektrális felbontásra törekedtek a rendszerek tervezői. Az egyik leghosszabb program a Landsat program, melynek űrfelvételei ma már ingyenesen elérhetők és használhatók tudományos, oktatási céllal. Emellett a SPOT műholdprogramot érdemes megemlíteni, mely szintén számos technikai újdonsága révén meghatározó volt a műholdas távérzékelés fejlődésében. Mindkét programot röviden ismertetjük, a bővebb ismeretek a hivatkozott szakiromdalomban megtalálhatók az újabb programok mellett.
A korai meteorológiai műholdak és az ember vezérelte űrhajókon végzett föld-megfigyelési, távérzékelési kísérletek eredményeként a NASA, az amerikai Belügy-minisztériummal közösen, elkezdte egy földmegfigyelési műholdsorozat (ERTS–Earth Resources Technology Satellites) tervezését és kidolgozását. 1967-ben megszülettek a tervek egy hattagú műholdsorozat indításáról. A felbocsátás előtt a műholdakat A-tól F-ig jelzéssel láttak el, majd az első sikeres pályára állítás után a készülő és a már pályán lévő egységeket átkeresztelték ERTS 1–6 nevekre.
Az ERTS-1 műholdat 1972. július 23-án indították Thar-Delta hordozórakétával és több mint 5 évig üzemelt 1978. január 6-ig.
Az ERTS-1 szenzorait egy speciálisan átalakított Nimbus műholdon helyezték el, melyet szisztematikusan ismétlődő földi megfigyelésre alkalmas, közepes felbontású, multispektrális szenzorokkal szereltek fel. Ez a még kísérletinek tekint-hető műhold volt az első a rendszerszerű földmegfigyelést végző, ember nélküli műholdak sorában. A zavartalan működés feltétele volt, hogy előtte megszülessen az ún. nyitott égbolt elve (open skies principle), mely lehetővé teszi, hogy az adatgyűjtés bárhol a világon elvégezhető legyen mindenféle korlátozás nélkül. A Föld összes nemzetét meghívták az ERTS-1 adatainak értékeléséhez és az eredmények világméretű alkalmazásához. Kb. 300 egyedi megfigyelési programot hajtottak végre az ERTS-1 segítségével az Egyesült Államok és további 36 nemzet részvételével.
Csak röviddel az ERTS-B 1975. január 22-i felbocsátása előtt nevezte át hivatalosan a NASA az ERTS programot Landsat-programra (Land Observation Satellite), ezzel is különbséget téve a tervezett SEASAT (Sea Obsearvation Satellite) óceanográfiai műholdprogram és az ERTS program között. Az átnevezés miatt a korábbi ERTS-1 neve Landsat-1-re változott és egyúttal a program minden további műholdja a Landsat nevet kapta.
1999. április 15-ig összesen 7 műholdat készítettek és indítottak el. Az első négy már befejezte működését, a Landsat-6 pályára állítása sikertelen volt. Az alábbi tartalmazza a Landsat sorozat tagjainak legfontosabb adatait.
* nap/km = az ismételt fedés ideje napokban és az átlagos magasság km-ben
a, 1-3 = 1, 2, 3 RBV sávok, b, A-D = A, B, C, D képnégyes
c, 4-8 = négy sáv, mert a 8. sáv nem üzemelt,
d, A Landsat-6 a felbocsátás után megsemmisült, ezen volt az ETM szenzor
a, 79 m Landsat 1-3, és 82 m Landsat 4-6 műholdakon, b, Röviddel a felbocsátás után tönkrement (Landsat-3 8. sáv),
c, A Landsat-6 a felbocsátás után megsemmisült, d Az ETM+ részletes adatai a III.6. táblázatban láthatók
A műholdakon különböző típusú szenzorokat alkalmaztak többféle kombi-nációban. Ezek (1) az RBV kamera rendszer (Return Beam Vidikon camera systems), (2) az MSS rendszer (Multispectral Scanner Systems), és a (3) TM (Thematic Mapper), az ETM és az ETM+ rendszerek.
A Landsat 4–5 pályasajátosságai
A Landsat 4–5 műholdak, elődjeikhez hasonlóan, ismétlődő, cirkuláris, nap-szinkron, közel-poláris pályán keringenek. A pálya magassága alacsonyabb a korábbinál (900 km), kb. 705 km. A pálya tényleges magassága 696–741 km közötti (7.1. ábra). A változás a Föld nem szabályos gömb alakjából következik.
[6]
A műhold legmagasabban a sarkok fölött, legalacsonyabban az Egyenlítő fölött halad át. Ezt a magasságot azért választották, hogy az esetleg fellépő hibákat az űrsikló (Space Shuttle) segítségével kijavíthassák. Az ilyen befogás rendkívül bonyolult és veszélyes művelet, gondoljunk csak az óriási sebességre, de hasonló esetre volt már példa, pl. 1993. december 3-án, amikor az űrsikló legénysége megközelítette és a siklóba emelte a meghibásodott Hubble-teleszkópot.
A Landsat 4–5 pályasajátosságai közül a legfontosabbak: (1) az inklináció 98,22°, (2) a műhold észak-déli irányú keringése során mindig helyi idő szerint 9 óra 45 perckor keresztezi az Egyenlítőt, (3) egy teljes fordulat kb. 99 percig tart, amely egy nap alatt 14,54 fordulatot jelent. A Föld tengely körüli forgása következtében az Egyenlítő mentén két egymást követő pálya közötti távolság 2752 km (7.2. ábra).
A Landsat 4–5 fedélzeti rendszerei
A rendszer tartalmazza az MSS és a TM berendezést is (7.3.ábra). A műhold súlya kb. 2000 kg, az energiaellátást 4 db 1,5x2,3 m-es, aszimmetrikusan elhelyezett napelem biztosítja. Az adattovábbító antenna (high gain antenna) az adatokat a geoszinkron pályájú műholdakra továbbítja. Ezeket a kommunikációs műholdakat TDRS (Tracking and Data Relay Satellite System) néven ismerik. Az első TDRS-1 műhold a 41° Ny-i hosszúsági fölött helyezkedik el és így szinte teljes lefedést biztosít a nyugati félgömbön.
[7]
Az MSS és a TM adatok közvetlen Földre sugárzását a műhold fedélzeti antennáival lehet elérni. Az adatátvételi sebesség az MSS adatoknál 15, a TM adatoknál 85 Mbps.
A Landsat 4–5 MSS rendszere
A műholdak fedélzeti MSS rendszerei teljes egészében megegyeznek az előző 3 műholdon használt MSS rendszerekkel, ezáltal biztosítva a folytonosságot. A csök-kentett pályamagasság miatt, a változatlan (185 km) szélesség megtartása érdekében a látószög 11,56°-ról 14,92°-ra növekedett. A szkenner pillanatnyi képmezőjének (IFOV) megfelelő legkisebb lefedett területegység mérete a korábbi 79x79 m-ről 82x82 m-re növekedett. Ugyanazt a 4 hullámsávot használták, mint az előzőek, de újraszámozták őket. A korábbi műholdak 4–7 számú hullámsávja az újabb (Landsat 4–5) műholdak MSS rendszerében az első négy hullámsáv lett.
A Landsat 4–5 TM rendszere
A TM az MSS-nél lényegesen fejlettebb multispektrális szkenner, amely számos spektrális, radiometrikus és geometriai különbséget mutat elődjéhez képest. A spektrális érzékelő rendszer négy helyett már hét sávban gyűjti az adatokat. Új a látható fény tartományba eső kék (0,45–0,52 μm), a közepes-infravörös (1,55–1,75 μm) és a hőtartományú (10,4–12,5 μm) sáv. A hullámsávok kiválasztásában az játszotta a döntő szerepet, hogy minél jobban érzékelhetők legyenek a legfontosabb felszíni jelenségek spektrális különbségei és összehasonlítható adatbázist biztosít-sanak az MSS adatokkal, valamint a kiterjedt földi radiometrikus mérésekkel.
A TM fedélzeti analóg-digitális jelátalakítója 8 bites felbontású, az analóg je-leket egy 0-tól 255-ig terjedő intervallumba eső egész számmá alakítja át. Ez négy-szeres növekedést jelent a szürkeségi skálán az MSS 64 fokozatú skálájához képest. A finomabb radiometrikus felbontás, az adott sávban jelentkező kisebb radiometrikus változások érzékelését teszi lehetővé.
A geometriai különbségek is szembetűnők. A TM adatok 30 m-es legkisebb lefedett területegységre vonatkoznak minden sávban, kivéve a termális infravörös TM 6 sávot, amelyben a térbeli felbontás 120 m-es.
Ugyanakkor számos tervezési változtatás révén az adatok geometriai pozíci-onálhatóságának pontosságát is növelték. A TM képeket egyebek mellett a magyar EOV (Egységes Országos Vetület) rendszerbe lehet korrigálni, hasonlóan az MSS felvételekhez.
A TM sávok sokkal finomabban adják vissza a tónus alapján a különböző évszakokban kialakuló vegetációs különbségeket mint az MSS sávok. A zöld és a vörös sávok (2–3. sávok) a TM rendszerben szűkebbek, mint az MSS-beli megfele-lőjük (5–6. sáv). A közeli-infravörös (4.) TM sáv is keskenyebb, mint az összetettebb MSS sáv ebben a tartományban és a növényzet megfigyelését szolgálja. A növény víztartalma egyaránt vizsgálható a két közepes-infravörös sávban (5. és 7. sáv). A növényi élet változásai, betegségek kimutathatók a TM kék sáv (1. sáv) segítségével.
A vegetációs különbségek megfigyelése mellett a TM sávok egyéb területeken is felhasználhatók. Többek között a kis vízmélységű tavak, tengerpartok megfigyelésében (különösen az 1. sáv), a kőzettípusok megkülönböztetésére (5. és 7. közepes-infravörös sávok), a hó és a felhőborítás elhatárolására az 5. sáv az ideális, a 6. sáv pedig a hőmérsékleti eloszlás térképezést szolgálja.
Amíg az MSS csak nyugat-keleti irányban gyűjti az adatokat, addig a TM visszafelé is képes adatgyűjtésre. Az oda-vissza irányú pásztázás közbeni mozgá-sokból származó hatásokat az SLC (Scan Line Corrector, lásd Landsat-7) kompenzálja. Ez a kétirányú érzékelő folyamat növeli az adott terület érzékeléséhez szük-séges időtartamot. A technikai különbség előnye a geometriai pontosság növekedésében és a jel/zaj arány csökkenésében nyilvánul meg.
A másik fontos különbség a TM és az MSS között a detektorok számában rejlik. Amíg az MSS minden sávban 6 detektort, így összesen 24 (4x6), használt, addig a TM minden nem termális sávjában 16–16 (480 m széles pászta), a termális sávban 4, összesen tehát 100 detektorral végzi az egyidejű érzékelést.
|
sáv |
hullám-hossz (µm) |
a sáv névleges spektrális helye |
felbontás (m) |
alkalmazási lehetőség |
|
1 |
0,45–0,52 |
kék |
30 |
víztest áthatolás, parti vizek térképezése, talaj-vegetáció megkülönböztetés, erdőtípus térképezés, építmények azonosítása |
|
2 |
0,52–0,60 |
zöld |
30 |
a növényzet zöld visszaverődési csúcsának mérése, vegetáció típusok elkülönítése, termésbecslés (egyéb sávokkal együtt), építmények azonosítása |
|
3 |
0,63–0,69 |
vörös |
30 |
klorofil abszorpció mérése, növényfajták elkülönítése, építmények azonosítása |
|
4 |
0,76–0,90 |
közeli-infravörös |
30 |
vegetáció típusok, biomassza tartalom meghatározása, vízfelületek elhatárolása, talajnedvesség kimutatása |
|
5 |
1,55–1,75 |
közép-infravörös |
30 |
vegetáció és talajnedvesség kimutatása, a hó és a felhős területek elkülönítése |
|
6a |
10,4–12,5 |
termális-infravörös |
120 |
vegetáció betegségeinek elemzése, talaj-nedvesség kimutatása, hőtérképezés |
|
7a |
2,08–2,35 |
közép-infravörös |
30 |
ásványok, kőzetek kimutatása, vegetáció nedvesség tartalmának érzékelése |
a A 6. és a 7. sáv nem követik a növekvő hullámhossz sorrendet, mert a 7. sávot csak az eredeti rendszer megtervezése után kapcsolták a TM sávokhoz.
A Landsat TM szenzor spektrális sávjai
A Landsat TM szenzorával készített felvételek megjelenítése történhet sávon-ként (fekete-fehér, szürke árnyalatos kép) vagy 3 sáv egyidejű alkalmazásával ún. sávkombinációkban. A digitális adatok megjelenítésekor a színes kép egy képeleme 3 színkomponens (vörös, zöld, kék) keverésével áll elő. A TM szenzor 7 sávjából számos 3 elemű ismétléses, vagy ismétlés nélküli kombinációt képezhetünk, de ezek közül néhány alkalmazása gyakoribb a többinél.
|
TM sáv-szín megfeleltetés a kompozitban | ||
|
R - (vörös) |
G - (zöld) |
B -(kék) |
|
3 |
2 |
1 |
|
4 |
3 |
2 |
|
4 |
5 |
3 |
|
7 |
4 |
2 |
|
7 |
5 |
3 |
A leggyakrabban használt TM színes (RGB) sávkombinációk
TM 321 (RGB) sávkombináció
Ez a TM valós színű sávkombinációja természethű színes képet hoz létre. Ez azért lehetséges, mert a pixelek színe ugyanazon színek (vörös, zöld, kék) keveréséből áll össze nyomtatáskor vagy a digitális kijelzőn, mint amilyen színek reflektanciáját méri a TM az első 3 sávjában. Vagyis a vörös reflektancia értékek vörös árnyalataival, a zöld reflektancia a zöld árnyalataival, a kék szín reflektanciája a kék szín árnyalataival jeleníthető meg.
A látható fény tartományába eső sávok (vörös, zöld, kék - red, green, blue RGB) áthatolnak a vékony vízrétegen és láthatóvá teszik az apróbb részleteket, pl. a víz örvénymozgását, az áramlásokat, valamint az üledék-felhalmozódásokat.
Ilyen képeken jól vizsgálhatók a selfterületek, kismélységű tavak morfológiai sajátosságai. Általában a sötétkék szín a mélyebb, a világoskék a sekélyebb víz-borította területeket jelöli. A füst kibocsátása is ebben a sávkombinációban figyelhető meg a legjobban.
Az egészséges vegetáció a zöld szín különböző árnyalataiban tűnik elő, míg a talajokat barnás vagy barnássárga szín jelöli. Ez a sávkombináció alkalmas a partvonalak tanulmányozására. A szárazföld és a vízfelületek elhatárolása akkor lesz igazán pontos, ha olyan sávkombinációt alkalmazunk, amely tartalmaz infravörös tartományba eső sávot vagy sávokat is.
7.4. ábra - TM 321 (RGB) sávkombináció (A Tisza és a Maros torkolata Szegednél, jobb alsó sarokban Makó a Maros mentén látható, 1986.08.22)
 |
۩ A Landsat TM 321 sávkombinációja videofelvételen (kattints a hivatkozásra!) - 1:53 p
TM 453 (RGB) sávkombináció
Ez a kombináció a közeli-infravörös, a közepes infravörös és a látható fény vörös sávok segítségével állítható elő, ezért a 321 (RGB) valós színű kompozícióval ellentétben ez a kompozíció ún. hamis színes kompozíció (false colour composite). Pontosan meghatározható a szárazföld és a vízfelületek határa, valamint élesebbé válnak azok a finom részletek, amelyek a látható fény tartományába eső sávok alkal-mazásával nem tűnnek elő.
A tavak és a folyók nagyobb pontossággal térképezhetők, ha egy vagy két infravörös sávot alkalmazunk. Ezzel a sávkombinációval a vegetációtípusok és ezek állapota is vizsgálható a színárnyalatok (barna, zöld és narancs), valamint a tónusok változásai alapján. A 453 (RGB) kombináció megmutatja a nedvességkülönbségeket is, így használható a talaj és a vegetáció állapotának vizsgálatára. Minél nedvesebb a talaj annál sötétebb színben jelenik meg a képen.
7.5. ábra - TM 453 (RGB) sávkombináció (A Tisza és a Maros torkolata Szegednél, jobb alsó sarokban Makó a Maros mentén látható, 1986.08.22)
 |
۩ A Landsat TM 432 sávkombinációja videofelvételen - 1:46 p
TM 432 (RGB) sávkombináció
Ez a kép a közeli-infravörös, a vörös és a zöld látható fény sávok kombinációjaként jön létre. A TM 4 sáv használata biztosabb vízfelület elhatárolást tesz lehetővé. A két látható fény sáv használata újabb részleteket tár fel a vízfelszín alatti képződményekről, adatokat gyűjthetünk a partmenti száraz területekről, valamint az elöntött partszakaszokról.
A növényzet vörös színben jelenik meg a képen, a sötétvörös foltok nagy valószínűséggel erdőket jelölnek. Az emberi szem könnyebben elkülöníti a finomabb részleteket ebben a kombinációban, és így több információt kaphatunk a vegetáció változatosságáról és állapotáról. Általában a mélyebb, sötétebb vörös színárnyalatok dús levélborítottságot jelentenek, míg a világosabb vörös színárnyalatok a füves területeket vagy a ritkás vegetációjú felszíneket jelölik. A sűrű beépítettségű területek világos kék színben tűnnek elő. Ez a TM sávkombináció hasonló eredményeket ad, mint a hagyományos infravörös légifényképezés. Ennek a kombinációnak felel meg a SPOT XS 321 sávkombinációja is.
7.6. ábra - TM 432 (RGB) sávkombináció (A Tisza és a Maros torkolata Szegednél, jobb alsó sarokban Makó a Maros mentén látható, 1986.08.22)
 |
۩ A Landsat TM 432 sávkombinációja videofelvételen - 1:49 p
TM 743 (RGB) sávkombináció
Ez a kép két infravörös sáv (7,4) és a vörös (3) sáv kombinációjaként jön létre. A TM 742 (RGB) kombináció alkalmazásakor a vegetáció zöld színben jelenik meg. A 7. sáv a talaj és a vegetáció nedvességtartalmáról nyújt információt. A sűrűn lakott területek (városok) a lila különböző árnyalataiban jelennek meg, míg a mezőgazdasági területek inkább világosabb színűek. A világos zöld foltok a városban parkok, temetők lehetnek. Az olíva zöldtől a fényes zöldig a színárnyalatok az erdősült területeket jelölik. Általában a tűlevelű erdők sötétebb színűek, mint a lombhullató erdők.
7.7. ábra - TM 743 (RGB) sávkombináció (A Tisza és a Maros torkolata Szegednél, jobb alsó sarokban Makó a Maros mentén látható, 1986.08.22)
 |
۩ A Landsat TM 743 sávkombinációja videofelvételen - 2:30 p
A Landsat 4–5 WRS katalógus rendszere
A pályatulajdonságok következménye, hogy a műhold 16 naponként kerül ugyanabba a pozícióba. A Landsat 4–5 műholdakat úgy állították pályára, hogy 8 napos késés legyen közöttük, vagyis, amikor mindkettő rendszerben volt, működésük 8 naponkénti lefedést biztosított.
A szomszédos pásztázási sávok között 7 napos időkülönbség van, ellentétben az előző 3 műholdtól, amelyek 18 napos ismétlődési ciklusában a szomszédos pásztázási sávok között csak 1 nap különbség volt. Következésképpen, a Landsat 4–5 esetében a képek katalogizálása a WRS rendszerben különbözik a Landsat 1–3 képek katalógus rendszerétől. A Landsat 4–5 WRS-ben a 233 utat 001-től 233-ig sorszámozták, keletről nyugatra és az első út a 64°36’ nyugati hosszúságnál metszi az Egyenlítőt. A sorok számozása hasonló a korábbi WRS-hez, vagyis, a 60. számú sor illeszkedik az Egyenlítőre a műhold észak-déli (leszálló) irányú keringésekor. Minden pálya első sora a 80° 47’ északi szélességnél kezdődik.