El programa Landsat es la empresa más antigua para la adquisición de imágenes satelitales de la Tierra . Es un programa conjunto NASA / USGS . El 23 de julio de 1972 se lanzó el satélite de tecnología de recursos terrestres . Esto finalmente se renombró a Landsat 1 en 1975. [1] El más reciente, Landsat 8 , se lanzó el 11 de febrero de 2013.
Los instrumentos de los satélites Landsat han adquirido millones de imágenes. Las imágenes, archivadas en los Estados Unidos y en las estaciones receptoras de Landsat en todo el mundo, son un recurso único para la investigación y las aplicaciones del cambio global en agricultura , cartografía , geología , silvicultura , planificación regional , vigilancia y educación , y se pueden ver a través de los EE. UU. Sitio web "EarthExplorer" del Servicio Geológico (USGS). Los datos del Landsat 7 tienen ocho bandas espectrales con resoluciones espaciales que van desde 15 a 60 m (49 a 197 pies); la resolución temporal es de 16 días. [2] Las imágenes Landsat generalmente se dividen en escenas para facilitar la descarga. Cada escena del Landsat tiene aproximadamente 115 millas de largo y 115 millas de ancho (o 100 millas náuticas de largo y 100 millas náuticas de ancho, o 185 kilómetros de largo y 185 kilómetros de ancho).
Historia
La Hughes Aircraft Company del Centro de Investigación de Santa Bárbara inició, diseñó y fabricó los primeros tres escáneres multiespectrales (MSS) en 1969. El primer prototipo de MSS se completó en nueve meses, en el otoño de 1970. Se probó escaneando Half Dome en Parque Nacional de Yosemite .
Trabajando en el Goddard Space Flight Center de la NASA, Valerie L. Thomas manejó el desarrollo de los primeros sistemas de software de procesamiento de imágenes Landsat y se convirtió en la experta residente en las cintas compatibles con computadora, o CCT, que se usaban para almacenar las primeras imágenes Landsat. Thomas fue uno de los especialistas en procesamiento de imágenes que facilitó el ambicioso Experimento de Inventario de Cultivos de Gran Área, conocido como LACIE, un proyecto que demostró por primera vez que el monitoreo global de cultivos se podía realizar con imágenes satelitales Landsat. [3]
El programa se llamó inicialmente Programa de Satélites de Tecnología de Recursos Terrestres, que se utilizó de 1966 a 1975. En 1975, el nombre se cambió a Landsat. En 1979, la Directiva Presidencial 54 [4] [5] del presidente de los Estados Unidos Jimmy Carter transfirió las operaciones Landsat de la NASA a la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), y recomendó el desarrollo de un sistema operativo a largo plazo con cuatro satélites adicionales más allá de Landsat. 3, y recomendó la transición a la operación del Landsat en el sector privado. Esto ocurrió en 1985 cuando la Compañía de Satélites de Observación de la Tierra (EOSAT), una sociedad de Hughes Aircraft Company y RCA , fue seleccionada por la NOAA para operar el sistema Landsat con un contrato de diez años. EOSAT operaba Landsat 4 y Landsat 5, tenía derechos exclusivos para comercializar datos de Landsat y debía construir Landsat 6 y 7.
En 1989, esta transición no se había completado por completo cuando la financiación de la NOAA para el programa Landsat estaba a punto de agotarse (la NOAA no había solicitado ninguna financiación y el Congreso de los EE. UU. Había asignado solo seis meses de financiación para el año fiscal) [6] y la NOAA ordenó que Landsat 4 y Landsat 5 fueran cerrados. [7]
El director del recién formado Consejo Nacional del Espacio , el vicepresidente Dan Quayle , tomó nota de la situación y dispuso fondos de emergencia que permitieron que el programa continuara con los archivos de datos intactos. [6] [7] [8] [9]
Nuevamente en 1990 y 1991, el Congreso proporcionó solo la mitad de los fondos del año a la NOAA, solicitando que las agencias que usaban datos de Landsat proporcionaran los fondos para los otros seis meses del próximo año. [6]
En 1992, se hicieron varios esfuerzos para obtener fondos para el seguimiento de Landsat y las operaciones continuas, pero a finales de año EOSAT dejó de procesar los datos de Landsat. Landsat 6 finalmente se lanzó el 5 de octubre de 1993, pero se perdió en un lanzamiento fallido. El procesamiento de datos de Landsat 4 y 5 fue reanudado por EOSAT en 1994. La NASA finalmente lanzó Landsat 7 el 15 de abril de 1999.
El valor del programa Landsat fue reconocido por el Congreso en octubre de 1992 cuando aprobó la Ley de Política de Teledetección Terrestre (Ley Pública 102-555) que autoriza la adquisición de Landsat 7 y asegura la disponibilidad continua de datos e imágenes digitales Landsat, como mínimo. posible costo, para los usuarios tradicionales y nuevos de los datos.
Cronología satelital
| Instrumento | Imagen | Lanzado | Terminado | Duración | Notas |
|---|---|---|---|---|---|
| Landsat 1 | 23 de julio de 1972 | 6 de enero de 1978 | 5 años, 6 meses y 14 días | Originalmente llamado Earth Resources Technology Satellite 1. Landsat 1 llevaba dos instrumentos vitales: una cámara construida por Radio Corporation of America (RCA) conocida como Return Beam Vidicon (RBV); y el escáner multiespectral (MSS) construido por Hughes Aircraft Company . | |
| Landsat 2 | 22 de enero de 1975 | 25 de febrero de 1982 | 7 años, 1 mes y 3 días | Copia casi idéntica de Landsat 1. Carga útil que consta de un Viga de retorno (RBV) y un Escáner multiespectral (MSS). Las especificaciones de estos instrumentos eran idénticas a las del Landsat 1. | |
| Landsat 3 | 5 de marzo de 1978 | 31 de marzo de 1983 | 5 años y 26 días | Copia casi idéntica de Landsat 1 y Landsat 2. Carga útil que consiste en un Return Beam Vidicon (RBV) y un escáner multiespectral (MSS). Incluido con el MSS había una banda térmica de corta duración. Los datos de MSS se consideraron más científicamente aplicables que el RBV, que rara vez se usaba con fines de evaluación de ingeniería. | |
| Landsat 4 | 16 de julio de 1982 | 14 de diciembre de 1993 | 11 años, 4 meses y 28 días | Landsat 4 llevaba un escáner multiespectral (MSS) actualizado utilizado en misiones Landsat anteriores, así como un mapeador temático. | |
| Landsat 5 | 1 de marzo de 1984 | 5 de junio de 2013 [10] | 29 años, 3 meses y 4 días | Copia casi idéntica de Landsat 4. La misión satelital de observación de la Tierra más larga de la historia. Diseñado y construido al mismo tiempo que Landsat 4, este satélite transportaba la misma carga útil que constaba de un escáner multiespectral (MSS) y un mapeador temático. | |
| Landsat 6 | 5 de octubre de 1993 | 5 de octubre de 1993 | 0 días | No se pudo alcanzar la órbita. Landsat 6 fue una versión mejorada de sus predecesores. Lleva el mismo escáner multiespectral (MSS) pero también un mapeador temático mejorado, que agregó una banda pancromática de resolución de 15 m. | |
| Landsat 7 | 15 de abril de 1999 | Aún en activo | 22 años, 1 mes y 1 día | Operando con el corrector de línea de escaneo desactivado desde mayo de 2003. [11] El componente principal en Landsat 7 fue el Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM +). Aún consiste en la banda pancromática de resolución de 15 m, pero también incluye una calibración de apertura completa. Esto permite una calibración radiométrica absoluta del 5%. [12] | |
| Landsat 8 | 11 de febrero de 2013 | Aún en activo | 8 años, 3 meses y 5 días | Originalmente llamada Landsat Data Continuity Mission desde su lanzamiento hasta el 30 de mayo de 2013, cuando las operaciones de la NASA se transfirieron al Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS). [13] Landsat 8 tiene dos sensores con su carga útil, el Operational Land Imager (OLI) y el sensor de infrarrojos térmicos (TIRS). [14] | |
| Landsat 9 | 16 de septiembre de 2021 (previsto) | Landsat 9 será una reconstrucción de su predecesor Landsat 8. [15] |
- Cronología
Resolución espacial y espectral
Landsat 1 a 5 llevaba el Landsat Multiespectral Scanner (MSS). Landsat 4 y 5 llevaban los instrumentos MSS y Thematic Mapper (TM). Landsat 7 utiliza el escáner Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM +). Landsat 8 utiliza dos instrumentos, el Operational Land Imager (OLI) para bandas ópticas y el sensor térmico infrarrojo (TIRS) para bandas térmicas. Las designaciones de banda, los pasos de banda y los tamaños de píxeles de los instrumentos Landsat son: [16]
| Landsat 1-3 MSS | Landsat 4–5 MSS | Longitud de onda (micrómetros) | Resolución (metros) |
|---|---|---|---|
| Banda 4 - Verde | Banda 1 - Verde | 0,5 - 0,6 | 60 * |
| Band 5 - Rojo | Banda 2 - Rojo | 0,6 - 0,7 | 60 * |
| Banda 6 - Infrarrojo cercano (NIR) | Banda 3 - NIR | 0,7 - 0,8 | 60 * |
| Banda 7 - NIR | Banda 4 - NIR | 0,8 - 1,1 | 60 * |
* El tamaño de píxel original del MSS era 79 x 57 metros; Los sistemas de producción ahora remuestrean los datos a 60 metros.
| Bandas | Longitud de onda (micrómetros) | Resolución (metros) |
|---|---|---|
| Banda 1 - Azul | 0,45 - 0,52 | 30 |
| Banda 2 - Verde | 0,52 - 0,60 | 30 |
| Banda 3 - Rojo | 0,63 - 0,69 | 30 |
| Banda 4 - NIR | 0,76 - 0,90 | 30 |
| Banda 5 - Infrarrojos de onda corta (SWIR) 1 | 1,55 - 1,75 | 30 |
| Banda 6 - Térmica | 10.40 - 12.50 | 120 * (30) |
| Banda 7 - SWIR 2 | 2,08 - 2,35 | 30 |
* TM Band 6 se adquirió con una resolución de 120 metros, pero los productos se vuelven a muestrear a píxeles de 30 metros.
| Bandas | Longitud de onda (micrómetros) | Resolución (metros) |
|---|---|---|
| Banda 1 - Azul | 0,45 - 0,52 | 30 |
| Banda 2 - Verde | 0,52 - 0,60 | 30 |
| Banda 3 - Rojo | 0,63 - 0,69 | 30 |
| Banda 4 - NIR | 0,77 - 0,90 | 30 |
| Banda 5 - SWIR 1 | 1,55 - 1,75 | 30 |
| Banda 6 - Térmica | 10.40 - 12.50 | 60 * (30) |
| Banda 7 - SWIR 2 | 2,09 - 2,35 | 30 |
| Banda 8 - Pancromático | 0,52 - 0,90 | 15 |
* ETM + Band 6 se adquiere con una resolución de 60 metros, pero los productos se vuelven a muestrear a píxeles de 30 metros.
| Bandas | Longitud de onda (micrómetros) | Resolución (metros) |
|---|---|---|
| Banda 1 - Ultra azul (costero / aerosol) | 0,435 - 0,451 | 30 |
| Banda 2 - Azul | 0,452 - 0,512 | 30 |
| Banda 3 - Verde | 0,533 - 0,590 | 30 |
| Banda 4 - Rojo | 0,636 - 0,673 | 30 |
| Banda 5 - NIR | 0,851 - 0,879 | 30 |
| Banda 6 - SWIR 1 | 1,566 - 1,651 | 30 |
| Banda 7 - SWIR 2 | 2,107 - 2,294 | 30 |
| Banda 8 - Pancromático | 0,503 - 0,676 | 15 |
| Banda 9 - Cirrus | 1.363 - 1.384 | 30 |
| Banda 10 - Térmica 1 | 10.60 - 11.19 | 100 * (30) |
| Banda 11 - Térmica 2 | 11,50 - 12,51 | 100 * (30) |
* Las bandas TIRS se adquieren a una resolución de 100 metros, pero se vuelven a muestrear a 30 metros en el producto de datos entregado.
La ubicación de la banda espectral para cada sensor se muestra visualmente [1] aquí.
Detalles del diseño del sensor
El Escáner Multiespectral (MSS) a bordo de las misiones Landsat 1 a 5 tenía un espejo de placa de sílice fundida de 230 mm (9,1 pulgadas) unida a tres barras tangentes invarnentes montadas en la base de un marco Invar soldado con ni / au en una armadura Serrurier que estaba arreglado con cuatro "Hobbs-Links" (concebidos por el Dr. Gregg Hobbs), cruzando en medio de la armadura. Esta construcción aseguró que el espejo secundario simplemente oscilaría alrededor del eje óptico primario para mantener el enfoque a pesar de la vibración inherente del espejo de escaneo de berilio de 360 mm (14 pulgadas) . Esta solución de ingeniería permitió a los Estados Unidos desarrollar LANDSAT al menos cinco años antes que el SPOT francés , que utilizó por primera vez matrices de dispositivos de carga acoplada (CCD) para mirar sin necesidad de un escáner. Sin embargo, los precios de los datos LANDSAT subieron de 250 dólares EE.UU. por cinta de datos compatible con computadora y 10 dólares EE.UU. por impresión en blanco y negro a 4.400 dólares EE.UU. por cinta de datos y 2.700 dólares EE.UU. por impresión en blanco y negro en 1984, lo que hace que los datos SPOT sean mucho más asequibles. opción para datos de imágenes satelitales. Este fue un resultado directo de los esfuerzos de comercialización iniciados bajo la administración Carter, [5] aunque finalmente completados bajo la administración Reagan . [18]
El MSS FPA, o Focal Plane Array consistió en 24 fibras ópticas cuadradas extruidas hasta 0.005 mm (0.00020 in) puntas de fibra cuadradas en una matriz de 4 x 6 para ser escaneadas a través de la trayectoria de la nave espacial Nimbus en un escaneo de ± 6 ° como el satélite fue en una órbita polar de 90 minutos , por lo tanto, fue lanzado desde la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg . El haz de fibra óptica se incrustó en una placa de fibra óptica para terminar en un dispositivo óptico de relé que transmitía la señal del extremo de la fibra a seis fotodiodos y 18 tubos fotomultiplicadores que estaban dispuestos en una placa de herramientas de aluminio de 7,6 mm (0,30 pulgadas) de espesor , con sensor peso equilibrado frente al telescopio de 230 mm (9,1 pulgadas) en el lado opuesto. Esta placa principal fue montado sobre un bastidor, a continuación, unido a la plata RESORTE magnesio carcasa con elementos de fijación Helicoil.
La clave del éxito del escáner multiespectral fue el monitor de escaneo montado en la parte inferior de la carcasa de magnesio. Consistía en una fuente de luz de diodo y un sensor montado en los extremos de cuatro espejos planos que estaban inclinados de modo que se necesitaban 14 rebotes para que un rayo reflejara la longitud de los tres espejos desde la fuente hasta el emisor. El rayo golpeó el espejo de escaneo de berilio ocho veces mientras se reflejaba ocho veces en los espejos planos. El rayo solo detectó tres posiciones, ambos extremos del escaneo y el escaneo medio, pero al interpolar entre estas posiciones, eso era todo lo que se requería para determinar hacia dónde apuntaba el escáner multiespectral. Usando la información del monitor de escaneo, los datos de escaneo podrían calibrarse para mostrarse correctamente en un mapa.
Usos de las imágenes Landsat
Una de las grandes ventajas de la teledetección es que proporciona datos a un nivel más amplio y global que, de otro modo, sería imposible recopilar cuando se utilizan equipos convencionales. Sin embargo, existe una compensación entre el detalle local de las mediciones y la escala del área que se mide en comparación con el uso de otros métodos de detección remota, como las imágenes aéreas.
La teledetección proporciona información sobre espacios geográficos, como ecosistemas, que permite a los científicos predecir la distribución de especies, así como detectar cambios tanto naturales como antropogénicos generados en una escala mayor que los datos tradicionales proporcionados por el trabajo de campo. También presenta datos con mayor precisión que los modelos que se derivan del trabajo de campo. Las diferentes bandas en Landsat, con rango espectral diverso, proporcionan aplicaciones altamente diferenciadas. Existen grandes y diversas aplicaciones de las imágenes Landsat y la fecha de los satélites en general, que van desde la ecología hasta los asuntos geopolíticos. La determinación de la cobertura terrestre se ha convertido en un uso muy común de las imágenes Landsat y de las imágenes generadas por detección remota en todo el mundo.
Manejo de recursos naturales
Agroindustria
En 1975, una posible aplicación de las nuevas imágenes generadas por satélite era encontrar zonas de pesca de alto rendimiento . A través de Landsat Menhaden y Thread Investigation, algunos datos satelitales de la parte este del sonido del Mississippi y otra área frente a la costa de la costa de Louisiana se ejecutaron mediante algoritmos de clasificación para calificar las áreas como zonas de pesca de alta y baja probabilidad, estos algoritmos arrojaron una clasificación que se comprobó con mediciones in situ , que tiene una precisión superior al 80% y encontró que el color del agua, visto desde el espacio, y la turbidez se correlacionan significativamente con la distribución de lacha , mientras que la temperatura de la superficie y la salinidad no parecen ser factores significativos. El color del agua, medido con los escáneres multiespectrales de cuatro bandas espectrales, se utilizó para inferir la clorofila , la turbidez y posiblemente la distribución de los peces. [19]
Silvicultura
Un estudio ecológico usado 16 orto-rectificadas imágenes Landsat para generar un mapa de cobertura terrestre de Mozambique 's manglar bosque. El objetivo principal fue medir la cobertura de manglar y la biomasa aérea en esta zona que hasta ahora solo se podía estimar, la cobertura se encontró con un 93% de precisión en 2909 kilómetros cuadrados (27% menor que las estimaciones anteriores). Además, el estudio ayudó a confirmar que el entorno geológico tiene una mayor influencia en la distribución de la biomasa que la latitud por sí sola: el área de manglar se extiende a lo largo de 16 ° de latitud, pero el volumen de biomasa se vio afectado más fuertemente por las condiciones geográficas. [20]
Cambio climático y desastres ambientales
El encogimiento del mar de Aral
La contracción del mar de Aral ha sido descrita como "uno de los peores desastres ambientales del planeta". Las imágenes Landsat se han utilizado como registro para cuantificar la cantidad de agua perdida y los cambios en la costa. Las imágenes visuales de satélite tienen un mayor impacto en las personas que solo las palabras, y esto muestra la importancia de las imágenes de Landsat y las imágenes de satélite en general. [21]
Incendios históricos del parque Yellowstone
Los incendios de Yellowstone de 1988 fueron los peores en la historia registrada del parque nacional. Duraron del 14 de junio al 11 de septiembre de 1988, cuando la lluvia y la nieve ayudaron a detener la propagación de los incendios. El área afectada por el incendio se estimó en 3.213 kilómetros cuadrados, el 36% del parque. Se utilizaron imágenes Landsat para la estimación del área y también ayudaron a determinar las razones por las que el fuego se propagó tan rápidamente. La sequía histórica y una cantidad significativa de rayos fueron algunos de los factores que crearon las condiciones para el incendio masivo, pero las acciones antropogénicas amplificaron el desastre. En las imágenes generadas antes del incendio, hay una diferencia evidente entre las tierras que muestran prácticas de preservación y las tierras que muestran actividades de tala rasa para la producción de madera. Estos dos tipos de tierras reaccionaron de manera diferente al estrés de los incendios, y se cree que ese fue un factor importante en el comportamiento de los incendios forestales. Las imágenes Landsat y las imágenes de satélite en general han contribuido a comprender la ciencia del fuego; peligro de incendio, comportamiento de incendios forestales y los efectos de los incendios forestales en ciertas áreas. Ha ayudado a comprender cómo las diferentes características y la vegetación alimentan los incendios, cambian la temperatura y afectan la velocidad de propagación.
Retiro glaciar
La naturaleza en serie de las misiones Landsat y el hecho de que sea el programa de satélites de mayor duración le da una perspectiva única para generar información de la Tierra. El retroceso de los glaciares a gran escala se remonta a misiones Landsat anteriores, y esta información se puede utilizar para generar conocimientos sobre el cambio climático. El retroceso del glaciar Columbia, por ejemplo, se puede observar en imágenes de composición falsa desde Landsat 4 en 1986. [22] Las imágenes de Landsat dan una serie de imágenes de desarrollo en un lapso de tiempo. El desarrollo humano específicamente, se puede medir por el tamaño de una ciudad que crece con el tiempo. Más allá de las estimaciones de población y el consumo de energía, las imágenes de Landsat brindan una idea del tipo de desarrollo urbano y estudian los aspectos del cambio social y político a través del cambio visible. En Beijing, por ejemplo, una serie de carreteras de circunvalación comenzaron a desarrollarse en la década de 1980 después de la reforma económica de 1970, y el cambio en la tasa de desarrollo y la tasa de construcción se aceleró en estos períodos. [22]
Descubrimiento de nuevas especies
En 2005, las imágenes de Landsat ayudaron al descubrimiento de nuevas especies. El científico conservacionista Julian Bayliss quería encontrar áreas que pudieran potencialmente convertirse en bosques de conservación utilizando imágenes satelitales generadas por Landsat. Bayliss vio un parche en Mozambique que hasta entonces no tenía información detallada. En un viaje de reconocimiento, encontró una gran diversidad de vida silvestre, así como tres nuevas especies de mariposas y una nueva especie de serpientes. Después de su descubrimiento, continuó estudiando este bosque y pudo trazar un mapa y determinar la extensión del bosque. [23]
Futuro
Landsat 8 , lanzado el 11 de febrero de 2013, es el satélite más reciente de la serie Landsat. Fue lanzado en un Atlas V 401 desde la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg por el Programa de Servicios de Lanzamiento . Continuará obteniendo datos e imágenes valiosos para su uso en agricultura, educación, negocios, ciencia y gobierno. El nuevo satélite fue ensamblado en Arizona por Orbital Sciences Corporation .
La planificación preliminar ha comenzado para Landsat 9 , aunque su futuro sigue siendo incierto. [24] En el transcurso de la planificación financiera del año fiscal 2014 "los apropiadores reprendieron a la NASA por expectativas poco realistas de que un Landsat 9 costaría mil millones de dólares, y limitaron el gasto a 650 millones de dólares", según un informe del Servicio de Investigación del Congreso . Los apropiadores del Senado de los Estados Unidos han aconsejado a la NASA que planee un lanzamiento a más tardar en 2020. [5] En abril de 2015, la NASA y el USGS anunciaron que el trabajo en Landsat 9 había comenzado, con fondos asignados para el satélite en el presupuesto del presidente para el año fiscal 2016, para un lanzamiento previsto en 2023. [25] También se propuso la financiación para el desarrollo de un satélite de vuelo libre infrarrojo térmico (TIR) de bajo costo para su lanzamiento en 2019, a fin de garantizar la continuidad de los datos volando en formación con Landsat 8. [25]
