Конвертация данных Landsat TM/ETM+ и EO 1 (ALI) в значения температуры

Для конвертации данных TM используется канал номер 6, для конвертации данных ETM+ используются каналы 61 и 62.
Конвертация данных полученных со спутников Landsat 4, 5 и 7 в значения температур земной поверхности осуществляется в два этапа:

Этап 1 Пересчет значения DN в реальные значения приходящего излучения на сенсор.

Пересчет осуществляется по формуле

где,
Lλ - количество приходящего излучения на сенсор;
Lmin - количество приходящего излучения которое после масштабирования становится Qmin;
Lmax - количество приходящего излучения которое после масштабирования становится Qmax;
Qcalmin - минимальное калиброванное значение DN (0 или 1);
Qcalmax - максимальное калиброванное значение DN (255);
Qcal - калиброванное значение (DN);

Параметры которые нужно подставить в уравнение обычно распространяются с самими данными Landsat, если источник ваших данных - архив GLCF, то искать эти параметры следует в файле с расширением met, фрагмент файла с выделенными параметрами приведен ниже

Если в поставке ваших данных файла с параметрами нет, то их можно найти на официальной странице Landsat . На этой странице хранятся файлы CPF (calibration parameter file) в которых содержится много информации о настройках параметров калибровки сенсора.
Этими же настройками можно воспользоваться для обратного перехода из DN в количество приходящего излучения.

Файлы калибровки для Landsat-7\ETM+ (начиная с 2-ой четверти 1999 г.) http://landsat.usgs.gov/science_L7_cpf.php
Файлы калибровки для Landsat-5\MSS (начиная с Марта, 2002 г.) http://landsat.usgs.gov/science_L7_cpf.php?sat=5

		Информация для калибровки

Приборы TM, ETM+ периодически перенастраиваются, поэтому, определенному периоду времени соответствует свой набор параметров и, соответственно, свой фай CPF. После того, как вы определите дату съемки своего изображения, нужно выбрать соответствующий файл CPF и найти в нем нужные параметры.
Если по каким-то причинам не удалось получить доступ к метафайлам и файлам калибровки снимков, то можно воспользоваться значениями с таблиц 1-3 для пересчета значения DN в реальные значения приходящего излучения на сенсор.

Этап 2 Пересчет значений излучения на сенсоре в значения температуры

Пересчет осуществляется по формуле:

[Кельвин]

[Цельсий]

где,
T - абсолютная температура в Кельвинах (Цельсий)
K1 - калибровочная константа 1 [watts/(meter squared * ster * m)]

K2 - калибровочная константа 2 [Кельвин/Цельсий]

Lλ - излучение на сенсоре, полученное на этапе 1 [watts/(meter squared * ster * m)]

Таблица калибровочных констант для тепловых каналов спутников Landsat TM/ETM+

Важные замечания, о которых нужно помнить:
1) Данные будут конвертированы в значения абсолютных температур, выраженных в градусах Кельвина (Цельсий)
2) Чувствительность данных (разница температур, которая может быть зафиксирована)
0,5 К - для low gain режима
0,48 K - для high gain режима
3) Для данных полученных с сенсора ETM+ до 20 декабря 2000 (LPGS) (до 30 октября 2000 для IAS и до 1 октября 2000 для NLAPS) существует погрешность, связанная с неправильной калибровкой 6 канала, поэтому все значения примерно на 3 градуса Кельвина выше реальных . Для того, чтобы компенсировать эту погрешность, необходимо вычесть из полученного на 1 этапе значения излучения, приходящего на сенсор, величину равную 0.31 [watts/(meter squared * ster * μm)].(То есть Lλ = Lλ – 0,31 ) Это условие обязательно для данных уровня обработки Level 1R и Level 1G.

Если складывается ситуация, когда нет возможности получить нужную информацию для конвертации данных Landsat TM/ETM+ и EO 1 (ALI) в значения температур, можно воспользоваться стандартными данными калибровки для конкретного КА с приведенных ниже таблицах.

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Пользователи ERDAS IMAGINE 8.x и выше могут воспользоваться этим файлом модели для Landsat 5 TM или Landsat 7 ETM+ этим файлом модели, который легко переделать для других данных. Для выполнения файла, выберите Modeler\Model Librarian...\Run. Результатом работы программы являются данные пересчитанные в значения температуры поверхности, формат файлов - float (числа с дробной частью) поэтому размер занимаемый ими на диске значительно больше исходных.

Литература

1. Gyanesh Chander, Brian L. Markham b, Dennis L. Helder Summary of current radiometric calibration coefficients for Landsat MSS, TM, ETM+, and EO-1 ALI sensors”, 2009 скачать здесь
2. Gyanesh Chander and Brian Markham “Revised Landsat-5 TM Radiometric Calibration скачать здесь
3. Procedures and Postcalibration Dynamic Ranges”,2003 скачать здесь
4. S.Chavez “Image-Based Atmospheric Corrections –Revisited and Improved”, 1996 скачать здесь
5. S.Chavez An Improved Dark-Object Subtraction Technique for Atmospheric Scattering Correction of Multispectral Data “, 1988 скачать здесь
6. S.Chavez Radiometric Calibration of Landsat Thematic Mapper Multispectral Images”, 1989 скачать здесь
7. Сайт GIS-Lab: Геоинформационные системы и Дистанционное зондирование Земли