Landsat

Landsat programı, veya kısaca Landsat Amerika Birleşik Devletleri yapımı bir yer gözlem uydusu serisidir. NASA / USGS ortak programıdır. Landsat, Dünya'nın uydu görüntülerini elde etmek için devam eden en uzun süreli girişimdir.
İlk olarak 23 Temmuz 1972'de Earth Resources Technology Satellite adıyla başlatıldı. Bu uydu, 1975'te yeniden Landsat 1 olarak adlandırıldı. En son Landsat 9, 27 Eylül 2021'de fırlatıldı.
Amerika Birleşik Devletleri'nde ve dünya genelindeki Landsat alıcı istasyonlarında arşivlenen görüntüler, tarım, harita, jeoloji, ormancılık, bölgesel planlama, gözetim ve eğitim alanlarındaki küresel değişim araştırmaları ve uygulamaları için benzersiz bir kaynaktır ve Amerika Birleşik Devletleri Jeoloji Araştırmaları Kurumu (USGS) "EarthExplorer" web sitesinde izlenebilmektedir.
Landsat 7 verisi, arasında değişen uzaysal çözünürlük ile sekiz spektral bant içerir; geçici çözünürlük 16 gündür. Landsat görüntüleri genellikle kolay indirme için görüntülere bölünür. Her Landsat görüntüsü yaklaşık 115 mil uzunluğunda ve 115 mil genişliğindedir (veya 100 deniz mili uzunluğunda ve 100 deniz mili genişliğinde veya 185 kilometre uzunluğunda ve 185 kilometre genişliğindedir).
Tarihçe
1965'te William Pecora, Amerika Birleşik Devletleri Jeoloji Araştırmaları Kurumu'nun (USGS) o zamanki direktörü, gezegenimizin doğal kaynakları hakkında gerçekleri toplamak için bir uzaktan algılama uydu programı fikri önerdi. Pecora, programın "1966'da büyük ölçüde Mercury ve Gemini yörünge fotoğrafçılığının Dünya kaynakları araştırmalarına kanıtlanmış faydasının doğrudan sonucu olarak tasarlandığını" belirtti. Hava durumu uyduları 1960'tan beri Dünya'nın atmosferini izliyor ve büyük ölçüde yararlı kabul ediliyor olsa da, 1960'ların ortalarına kadar uzaydan gelen arazi verilerinin değerlendirilmiyordu. Landsat 1 önerildiğinde, Bütçe Bürosu'nun ve yüksek irtifa uçağının Dünya uzaktan algılaması için mali açıdan sorumlu seçim olacağını savunanların yoğun muhalefetiyle karşılaştı. Aynı zamanda, Savunma Bakanlığı, Landsat gibi bir sivil programın keşif görevlerinin gizliliğini tehlikeye atacağından korkuyordu. Yabancı ülkelerin izinsiz fotoğraflanmasıyla ilgili jeopolitik kaygılar da vardı. 1965'te NASA, uçaklara takılı aletler kullanarak Dünya'yı uzaktan algılamanın metodik araştırmalarına başladı. 1966'da USGS, Amerika Birleşik Devletleri içişleri bakanı Stewart Udall'ı Amerika Birleşik Devletleri İçişleri Bakanlığı'nın kendi Dünya gözlem uydu programıyla devam edeceğini duyurmaya ikna etti. Bu anlayışlı siyasi dublör, NASA'yı Landsat'ın inşasını hızlandırmaya zorladı. Ancak uygulama kurumları (özellikle Tarım Bakanlığı ve İçişleri Bakanlığı) arasındaki bütçe kısıtlamaları ve sensör anlaşmazlıkları, uydu yapım sürecini yine engelledi. Sonunda, 1970'te NASA bir uydu inşa etmek için yeşil ışık yaktı. Dikkate değer şekilde sadece iki yılda, karanın uzaydan uzaktan algılanmasında yeni bir çağın habercisi olan Landsat 1 fırlatıldı.
Santa Barbara Araştırma Merkezi'nden Hughes Aircraft Company, 1969'da ilk üç Çokluspektral Tarayıcı (MSS) projesini başlattı, tasarladı ve üretti. Virginia T. Norwood tarafından tasarlanan ilk MSS prototipi, 1970 sonbaharında dokuz ayda tamamlandı. Yosemite Ulusal Parkı'ndaki Half Dome tarayıcıyla denendi. Bu tasarım çalışması için Norwood'a "Landsat'ın Annesi" adı verildi.
NASA'nın Goddard Uzay Uçuş Merkezinde çalışan Valerie L. Thomas, ilk dönem Landsat görüntü işleme yazılım sistemlerinin geliştirilmesini yönetti ve eski Landsat görüntülerini depolamada kullanılan Bilgisayar Uyumlu Bantlar veya CCT'ler konusunda yerleşik uzman oldu.
Thomas, LACIE olarak bilinen ve ilk kez Landsat uydu görüntüleri ile küresel mahsul izlemenin yapılabileceğini ispatlayan proje olan Geniş Alan Mahsul Envanter Deneyini kolaylaştıran görüntü işleme uzmanlarındandı.
Program başlangıçta 1966'dan 1975'e kadar kullanılan Dünya Kaynakları Teknoloji Uyduları Programı olarak adlandırıldı. 1975'te adı Landsat olarak değiştirildi. Landsat 3'ün ötesinde dört ek uydu ile uzun vadeli bir operasyonel sistemin geliştirilmesini ve Landsat'ın özel sektör operasyonuna geçişi tavsiye eden 1979'da Amerika Birleşik Devletleri başkanı Jimmy Carter'ın Başkanlık Direktifi 54, Landsat operasyonlarını NASA'dan Ulusal Okyanus ve Atmosfer Dairesi'ne (NOAA)ya devretti. Bu, 1985 yılında Hughes Aircraft Company ve RCA ortaklığı olan Earth Observation Satellite Company'nin (EOSAT) NOAA tarafından Landsat sistemini on yıllık bir sözleşmeyle işletmek üzere seçilmesiyle gerçekleşti. EOSAT, Landsat 4 ve Landsat 5'i işletiyordu, Landsat verilerini pazarlamak için münhasır haklara sahipti ve Landsats 6 ve 7'yi inşa edecekti.
1989'da, NOAA'nın Landsat programı için sağladığı fon tükendiğinde (NOAA herhangi bir fon talep etmemişti ve ABD Kongresi mali yıl için yalnızca altı aylık fon tahsis etmişti) ve NOAA, Landsat 4 ve Landsat 5'in kapatılması talimatını verdiğinde, bu geçiş tam olarak tamamlanmamıştı.
Yeni kurulan Ulusal Uzay Konseyi başkanı, Başkan Yardımcısı Dan Quayle durumu not etti ve programın veri arşivlerine dokunulmadan devam etmesine izin veren acil durum fonu ayarladı.
Yine 1990 ve 1991'de Kongre, Landsat verilerini kullanan kuruluşların önümüzdeki yılın diğer altı ayı için finansman sağlamasını talep ederek, NOAA'ya yılın finansmanının yalnızca yarısını sağladı.
1992'de, Landsat'ları takip etmek ve devam eden operasyonlara fon sağlamak için çeşitli çabalar gösterildi ancak yıl sonunda EOSAT, Landsat verilerini işlemeyi durdurdu. Landsat 6 nihayet 5 Ekim 1993'te fırlatıldı, ancak bir fırlatma hatası nedeniyle kaybedildi. Landsat 4 ve 5 verilerinin işlenmesi, 1994 yılında EOSAT tarafından yeniden başlatıldı. NASA nihayet 15 Nisan 1999'da Landsat 7'yi fırlattı.
Landsat programının değeri, Landsat 7'nin satın alınmasına izin veren Kara Uzaktan Algılama Politika Yasasını (Kamu Yasası 102-555) onayladığında ve verilerin geleneksel ve yeni kullanıcılarına mümkün olan en az maliyetle Landsat dijital verilerinin ve görüntülerinin sürekli kullanılabilirliğini sağlayarak Kongre tarafından Ekim 1992'de kabul edildi.
Uydu kronolojisi
Zaman çizelgesi
Uzamsal ve spektral çözünürlük
Landsat 1'den 5'e Landsat Multispektral Tarayıcı (MSS) taşıdı.
Landsat 4 ve 5 hem MSS hem de Tematik Haritalayıcı (ing:Thematic Mapper) (TM) araçlarını taşıyordu.
Landsat 7, Gelişmiş Tematik Haritalayıcı Plus (ETM+) tarayıcısını kullanır.
Landsat 8, optik bantlar için Operasyonel Arazi Görüntüleyici (OLI) ve termal bantlar için Termal Kızılötesi Sensör (TIRS) olmak üzere iki alet kullanır. Landsat cihazları için bant tanımları, bant geçişleri ve piksel boyutları şunlardır:
Orijinal MSS piksel boyutu 79 x 57 metreydi; üretim sistemleri artık verileri 60 metreye göre yeniden örnekliyor.
TM Band 6, 120 metrelik çözünürlükte alındı, ancak ürünler 30 metrelik piksellere yeniden örneklendi.
ETM+ Band 6, 60 metrelik çözünürlükte alınır, ancak ürünler 30 metrelik piksellere yeniden örneklenir.
TIRS bantları 100 metre çözünürlükte alınır, ancak teslim edilen veri ürününde 30 metreye yeniden örneklenir.
Landsat görüntülerinin ve genel olarak uzaktan algılama'nın yararı, yerinde ölçümlerle çoğaltılması imkansız olan sinoptik küresel düzeyde veri sağlamasıdır. Ancak, ölçümlerin yerel detayları (radyometrik çözünürlük, spektral bant sayısı) ile ölçülen alanın uzamsal ölçeği arasında dengeler vardır. Landsat görüntüleri, uçaklardan alınan görüntüler gibi diğer uzaktan algılama yöntemlerinin kullanımına kıyasla uzamsal çözünürlükte kabadır. Diğer uydularla karşılaştırıldığında, Landsat'ın uzaysal çözünürlüğü nispeten yüksektir, ancak tekrar ziyaret süresi nispeten daha azdır.
Çokluspektral Tarayıcı (MSS) sensör tasarımı
1'den 5'e kadar olan Landsat görevleri üzerindeki Çokluspektral Tarayıcı (MSS) orijinal olarak, Amerika Birleşik Devletleri'nin Landsat-1'i Fransız uydusundan en az beş yıl önce geliştirmesine imkan veren mühendislik çözümüyle yapıldı. Orijinal MSS'de, orta kirişte kesişen dört "Hobbs-Bağlantısı" (Dr. Gregg Hobbs tarafından tasarlanan) ile düzenlenmiş Serrurier kirişindeki nikel/altın lehimli Invar çerçevenin tabanına takılmış üç invar teğet çubuğa bağlı bir erimiş silika tabak ayna epoksisi vardı. Bu yapı ikincil aynanın, berilyum tarama aynasından kaynaklanan titreşime rağmen odağını korumak için birincil optik eksen etrafında basitçe salınmasını sağladı. Buna karşılık SPOT uydusu tarayıcıya ihtiyaç duymadan izlemek için ilk önce Yük bağlaşımlı aygıt (CCD) dizileri kullandı. Ancak 1984 yılında LANDSAT veri fiyatları bilgisayar uyumlu veri bandı başına 250 ABD dolarından 4.400 ABD dolarına ve siyah beyaz baskı için 10 ABD dolarından 2.700 ABD dolarına çıkınca, SPOT verileri uydu görüntüleme verileri için daha uygun fiyatlı seçenek oldu. Bu, Carter yönetimiyle başlayan ticarileştirme çabalarının doğrudan sonucuydu, ancak sonunda Reagan yönetimi ile ticarileştirme çabaları tamamlandı.
Uydu 90 dakikalık Kutupsal yörüngesindeyken MSS Odak Düzlemi Dizisi, ±6'lik taramada Nimbus uzay aracı yolu boyunca taranmak üzere 4 x 6'lık dizide kare fiber uçlara ekstrüde edilmiş 24 kare optik fiberden oluşuyordu. Fiber optik demet, fiber uç sinyalini 7,6 mm (0,30 inç) kalınlığında karşı taraftaki 230 mm (9,1 inç) teleskopa karşı dengelenmiş sensör ağırlığıyla alüminyum alet plakasına dizilmiş altı fotodiyoda ve 18 fotoçoğaltıcı tüpe ileten röle optik cihazında sonlandırılmak üzere fiber optik plakaya gömüldü. Bu ana plaka bir çerçeveye takıldı, ardından helicoil bağlantı elemanları ile gümüş yüklü magnezyum yuvaya bağlandı.
Çokluspektral tarayıcının başarısının anahtarı, magnezyum mahfazanın alt kısmına takılmış tarama monitörüydü. Bir diyot ışık kaynağından ve bir ışının kaynaktan göndericiye üç aynanın uzunluğunu yansıtması için 14 sıçrama alacak şekilde eğilmiş dört düz aynanın uçlarına takılmış bir sensörden oluşuyordu. Işın, düz aynalardan sekiz kez yansıdığı için berilyum tarama aynasına sekiz kez çarptı. Işın, taramanın her iki ucu ve orta tarama olmak üzere yalnızca üç konumu algıladı ancak bu konumlar arasında enterpolasyon yapmak, çokluspektral tarayıcının nereye yönlendirildiğini belirlemek için gerekli olan tek şeydi. Tarama izleme bilgisi kullanılarak, tarama verileri haritada doğru şekilde görüntülenecek şekilde kalibre edilebilir.
Landsat görüntülerinin kullanımları
Landsat verileri, bilim adamlarının türlerin dağılımını tahmin etmesinin yanı sıra hem doğal olarak meydana gelen hem de insan kaynaklı değişiklikleri saha çalışmasından elde edilen geleneksel verilerden daha büyük bir ölçekte tespit etmesine olanak tanıyan bilgiler sağlar. Landsat programında uydular üzerinde kullanılan farklı spektral bantlar, ekolojiden jeopolitik konulara kadar pek çok uygulama sağlar. Arazi örtüsü tayini, Landsat görüntülerinin dünya çapında yaygın bir kullanımıdır.
Landsat görüntüleri, 1972'den günümüze uzanan, herhangi bir uzaktan algılama programında mevcut olan en uzun kesintisiz zaman serilerinden birini sağlar. Geleceğe bakıldığında, Landsat 9'un 2021'deki başarılı fırlatılışı, bu zaman serisinin ileriye doğru devam edeceğini göstermektedir.
2015 yılında, Ulusal Geospatial Danışma Komitesinin Landsat Danışma Grubu, Landsat görüntülerinin ilk 16 uygulamasının federal ve eyalet hükümetleri, STK'lar ve özel sektör için her yıl yaklaşık 350 milyon ila 436 milyon doların üzerinde tasarruf sağladığını bildirdi. Bu tahmin, ilk on altı kategorinin ötesindeki diğer kullanımlardan elde edilen daha fazla tasarrufu içermiyordu.
Kullanıcılar için tahmini yıllık tasarruf sırasına göre listelenen, Landsat görüntülerinin kullanımı için ilk 16 kategori şunlardır:
ABD Tarım Bakanlığı risk yönetimi
ABD Hükümeti haritalaması
Tarımsal su kullanımının izlenmesi
Küresel güvenlik izleme
Yangın yönetimi desteği
Ormanların bozulmasının tespiti
Orman değişikliğinin tespiti
Dünya tarım arz ve talep tahminleri
Bağ yönetimi ve su tasarrufu
Sel azaltma haritalaması
Tarım ürünleri haritalaması
Su kuşları yaşam alanı haritalama ve izleme
Kıyı değişim analizi
Orman sağlığı izleme
Ulusal Geospatial İstihbarat Teşkilatı küresel kıyı şeridi haritalaması
Orman yangını risk değerlendirmesi
Landsat görüntülerinin diğer kullanımları şunları içerir, ancak bunlarla sınırlı değildir: balıkçılık, ormancılık, küçülen iç su kütleleri, yangın hasarı, buzulların geri çekilmesi, kentsel gelişim ve yeni türlerin keşfi.
Doğal kaynakların yönetimi
Balıkçılık
1975'te, uydu tarafından oluşturulan yeni görüntüler için olası bir uygulama, verimli balıkçılık alanları bulmaktı. Landsat Menhaden ve Thread Investigation aracılığıyla, alanları yüksek ve düşük verimli avlanma bölgeleri olarak derecelendirmek için Mississippinin bozulmamış doğu kısmına ve Louisiana kıyısının açıklarındaki başka bir alana ait bazı uydu verileri, sınıflandırma algoritmaları yoluyla çalışıldı. Bu algoritmalar, yerinde ölçümlerle kanıtlanmış sınıflandırma sağladı - %80'in üzerinde doğrulukta ve uzaydan görüldüğü şekliyle yüzey sıcaklığı ve tuzluluk önemli faktörler olarak görülmezken su rengi ve bulanıklığının ringa balığı dağılımı ile önemli ölçüde ilişkili olduğunu buldu. Çokluspektral tarayıcılarla dört spektral bantla ölçülen su rengi, Klorofil, bulanıklık ve muhtemelen balık dağılımını anlamak için kullanıldı.
Ormancılık
Ekolojik bir çalışma, Mozambik'in mangrov ormanının arazi örtüsü haritasını oluşturmak için 16 orto-düzeltilmiş Landsat görüntüsü kullandı. Ana amaç, mangrov örtüsünü ve şimdiye kadar yalnızca tahmin edilebilen bu bölgedeki yer üstü biyokütle'yi ölçmekti ve örtü %93 doğrulukla 2.909 kilometrekare olarak bulundu (önceki tahminlerden %27 daha az). Ayrıca çalışma, jeolojik ortamın biyokütle dağılımı üzerinde tek başına enlemden daha büyük etkisi olduğunu doğrulamaya yardımcı oldu - mangrov alanı 16 enlem boyunca yayılmıştır ancak biyokütle hacmi coğrafi koşullardan daha fazla etkilenmiştir.
İklim değişikliği ve çevre felaketleri
Aral Denizi'nin Küçülmesi
Aral Denizi'nin küçülmesi, "Gezegenin en kötü çevre felaketlerinden biri" olarak tanımlandı. Landsat görüntüleri, su kaybı miktarını ve kıyı şeridindeki değişiklikleri ölçmek için kayıt olarak kullanıldı. Uydu görüntülerinin insanlar üzerinde kelimelerden daha büyük etkisi vardır ve bu genel olarak Landsat görüntülerinin ve uydu görüntülerinin önemini gösterir.
Yellowstone Milli Parkı'ndaki Yangınlar
1988'deki Yellowstone yangınları, milli parkın kayıtlı tarihindeki en kötü yangınlardı. Yağmur ve karın yangınların yayılmasını durdurmaya yardımcı olduğu 14 Haziran'dan 11 Eylül 1988'e kadar sürdü. Yangından etkilenen alanın 3.213 kilometrekare olduğu tahmin ediliyor - bu parkın %36'sıdır. Alan tahmini için Landsat görüntüleri kullanıldı ve yangının neden bu kadar hızlı yayıldığının belirlenmesine de yardımcı oldu. Tarihi kuraklık ve önemli sayıda yıldırım çarpması, büyük yangın için koşullar yaratan faktörlerden bazılarıydı, ancak antropojenik eylemler felaketi büyüttü. Yangından önce oluşturulan görüntülerde, koruma uygulamaları sergileyen araziler ile kereste üretimi için net faaliyetler gösteren araziler arasında belirgin fark vardır. Bu iki tür arazi, yangınların stresine farklı tepkiler verdi ve bunun orman yangınının davranışında önemli bir faktör olduğuna inanılır. Landsat görüntüleri ve genel olarak uydu görüntüleri, yangın biliminin anlaşılmasına katkıda bulunmuştur; yangın tehlikesi, orman yangını davranışı ve orman yangınının belirli alanlar üzerindeki etkileri. Farklı özelliklerin ve bitki örtüsünün yangınları nasıl beslediğini, sıcaklığı nasıl değiştirdiğini ve yayılma hızını nasıl etkilediğini anlamamıza yardımcı oldu.
Buzulların geri çekilmesi
Landsat görevlerinin seri doğası ve çok uzun süredir süren uydu programı olması nedeniyle, Dünya hakkında bilgi üretmek için Landsata eşsiz bir bakış açısı sağlar. Büyük ölçekte buzulların geri çekilmesi, önceki Landsat görevlerine kadar izlenebilir ve bu bilgi, iklim değişikliği bilgisi oluşturmak için kullanılabilir. Örneğin, Columbia buzulunun geri çekilmesi, 1986'daki Landsat 4'ten bu yana sahte bileşik görüntülerde gözlemlenebilir.
Kentsel gelişim
Landsat görüntüleri, hızlandırılmış bir dizi gelişim görüntüsü verir. Özellikle insani gelişme, bir şehrin zamanla büyüdüğü boyutla ölçülebilir. Landsat görüntüleri, sadece nüfus tahminleri ve enerji tüketiminin ötesinde, kentsel gelişimin türü hakkında fikir verir ve gözle görülür değişim yoluyla sosyal ve politik değişim yönlerini inceler. Örneğin Pekin'de, 1970 ekonomik reformunu takiben 1980'lerde bir dizi çevre yolu yapılmaya başladı ve bu zaman dilimlerinde yol yapımı ve inşaat hızındaki değişim arttı.
Ekoloji
Yeni türlerin keşfi
2005 yılında, Landsat görüntüleri yeni türlerin keşfedilmesine yardım etti. Koruma bilimci Julian Bayliss, Landsat tarafından oluşturulan uydu görüntülerini kullanarak olası koruma ormanlarına dönüşebilecek alanları bulmak istedi. Bayliss, Mozambik'te o zamana kadar detaylı bilgiye sahip olunmayan bir yama gördü. Bir keşif gezisinde, büyük bir vahşi yaşam çeşitliliğinin yanı sıra üç yeni kelebek türü ve yeni bir yılan türü buldu. Keşfinin ardından bu ormanı incelemeye devam etti ve ormanın boyutunu haritalandırıp belirleyebildi.
Yeni ve gelecekteki Landsat uyduları
Landsat 8, 11 Şubat 2013'te fırlatıldı. Launch Services Programı tarafından Vandenberg Hava Kuvvetleri Üssü'nden bir Atlas V 401 ile fırlatıldı. Tarımda, eğitimde, ticarette, bilimde ve devlette kullanılmak üzere değerli veriler ve görüntüler elde etmeye devam edecektir. Yeni uydunun montajı Arizona'daki Orbital Sciences Corporation tarafından yapıldı.
Landsat 9 27 Eylül 2021'de fırlatıldı. Kongre Araştırma Servisi tarafından hazırlanan rapora göre, FY2014 mali planlamasına "el koyanlar NASA'yı Landsat 9'un 1 milyar ABD Dolarına mal olacağına dair gerçekçi olmayan beklentiler nedeniyle azarladı ve harcamaları 650 milyon ABD Doları ile sınırladı". Amerika Birleşik Devletleri Senatosu yetkilileri NASA'ya fırlatmayı en geç 2020'de planlamasını tavsiye etti. Nisan 2015'te NASA ve USGS, 2023'te planlanan bir fırlatma için başkanın FY2016 bütçesinde uydu için tahsis edilen fonla Landsat 9 üzerindeki çalışmaların başladığını duyurdu. Landsat 8 ile formasyonda uçarak veri sürekliliğini sağlamak için 2019'da fırlatılmak üzere az maliyetli bir termal kızılötesi (TIR) serbest uçan uydunun geliştirilmesine de finansman önerildi.
Gelecekte, Landsat uyduları ile ESA'nın Sentinel-2 takımyıldızı gibi benzer uzamsal ve spektral çözünürlüğe sahip diğer uydular arasında daha fazla işbirliği olabilir.
Landsat NeXt'in 2029'da fırlatılması planlanmaktadır. NeXt, 25 spektral bandı ölçecektir; Mevcut Landsat'ın 8 ve 9 sadece 11'ini ölçebilmektedir.
Galeri