Поиск и загрузка снимка

Чтобы найти снимок Landsat на Сингапур давайте воспользуемся приложением LandsatLook и поищем по всей базе данных бесплатных снимков Landsat. Нам нужен по возможности недавний снимок с минимальной облачностью. Чтобы загрузить снимок, необходимо будет создать бесплатную учётную запись в Научном центре наблюдения природных ресурсов Земли – USGS Earth Resources Observation and Science (EROS) Center – позволяющую скачивать сколько угодно снимков Landsat.

Снимки Landsat бывают очень большими. На этом уроке необходимо будет загрузить файл размером приблизительно 900 Мб. Убедитесь, что у вас на компьютере достаточно свободного места и что есть возможность подождать пока всё загрузится.

Создание учетной записи

Для загрузки данных Landsat нужна учётная запись USGS EROS. Заводится она бесплатно, но вы должны будете предоставить демографическую и контактную информацию. Если у вас уже есть учётная запись USGS EROS, можете пропустить следующий шаг.

  1. Зайдите в Систему регистрации EROS.
  2. Следуйте инструкциям на экране для завершения процесса регистрации.

    По завершении на указанный вами адрес электронной почты должно прийти письмо с подтверждением.

  3. Щёлкните ссылку из письма для активации учётной записи.

Поиск Сингапура

Теперь можно открывать вьюер LandsatLook и искать Сингапур.

  1. Откройте LandsatLook Viewer.

    LandsatLook Viewer

    По умолчанию вьюер открывается с экстентом США. Окно Загрузка изображения содержит параметры для поиска снимков Landsat. Панель инструментов в верхней1 части вьюера включает кнопки дополнительных опций и элементы управления картой. Но сначала необходимо приблизиться к экстенту Сингапура.

  2. На панели инструментов нажмите кнопку Поиск.

    Кнопка Поиск

    Кнопка Загрузка изображения заменена окном Поиск.

  3. В окне Поиск наберите Singapore. Выберите в результатах поиска Singapore.

    Поиск Сингапура

    Экстент карты центрируется на городе-государстве Сингапур и окно Поиск заменяется окном Загрузка изображения. В зависимости от размера окна вашего браузера, окно вьюера может не вместить какие-то фрагменты острова.

    Экстент Сингапура по умолчанию

  4. Подвиньте карту и если необходимо приблизьтесь к экстенту всего острова.

    Сингапур

    Большая часть острова сильно застроена; там всего несколько зелёных незастроенных пятен в западной и центральной частях острова. Хотя в левом нижнем углу есть масштабная линейка, оценить размеры Сингапура относительно других географических объектов довольно сложно.

  5. Уменьшите масштаб на пять-шесть уровней. Сравните размеры Сингапура с расположенными по соседству Малайзией и Индонезией.

    Сингапур и соседние страны

  6. Снова приблизьтесь к Сингапуру.

    Эта страна размером с город ставит нелёгкие задачи перед специалистами по землепользованию и городскому планированию. Хотя Сингапур отвоевал часть своих земель у моря, все равно его территория не остаётся в фиксированных границах, что накладывает отпечаток на возможности планирования. Для качественного планирования нужны хорошие данные.

Поиск снимка

Для настоящих градостроительных проектов нужны разнообразные данные из различных источников. Но один снимок, который вы скачаете из базы данных Landsat, послужит отправной точкой, предоставляя высококачественное изображение всего города. Снимки Landsat мультиспектральные, то есть их можно рассматривать в различных каналах видимой части спектра, чтобы выделять такие объекты, как растительность, береговые линии или антропогенные объекты. Снимок будет хорошей подложкой, на которую можно накладывать более специализированные данные.

  1. В окне Загрузка изображения для Год, выберите изображения от 2011 по настоящее время.

    Опции выбора года

    Для точности снимок должен быть относительно свежим. Можно также искать по определённым дням в году, что бывает полезно для отслеживания сезонных изменений или определённых инцидентов, например, лесных пожаров. Для общего обзорного изображения время года не имеет значения

  2. Для Максимальной облачности выберите 10% или меньше.

    Максимальная облачность

    Облака заслоняют земную поверхность и скрывают объекты. Сократив максимальную облачность, вы получите результаты с наиболее чистыми изображениями Сингапура.

    Также можно искать изображения с определённых сенсоров Landsat. Все они захватывают мультиспектральные изображения, но используют различные типы света и с различными размерами пикселов. Также они работали в разные годы. Сенсоры по умолчанию – это Landsat 8 OLI и Landsat 7 ETM+ SLC-off; после 2011 года работали только эти сенсоры. Вы примите сенсоры по умолчанию.

  3. Щёлкните Показать изображения.

    Первое показанное изображение

    Примечание:

    Так как новые снимки Landsat добавляются в базу данных ежедневно, ваш поиск может вернуть больше изображений. Кроме того, самые новые снимки могут отличаться от приведенных здесь примеров.

    Возвращаются все снимки в пределах экстента карты, соответствующие вашим критериям. Кроме того, по умолчанию отображаются самые свежие из них. В окне Изменить изображения, которое открывается после поиска, указано количество найденных изображений и сколько из них отображается в данный момент. В данном примере, отображаются два из тринадцати найденных изображений, но в текущем экстенте карты видно только одно.

  4. Увеличивайте масштаб, пока не увидите все отображаемые снимки.

    Два показанных изображения

    Примечание:

    В зависимости от числа активных изображений и масштаба карты, базовая карта может исчезнуть (как в примере).

    Снимки охватывают значительно большую территорию, чем Сингапур. Два отображаются в данный момент, причём в виде мозаики, то есть большого количества сшитых друг с другом снимков. Если вам необходимо загрузить только один снимок, вы должны изменить изображение, чтобы показан был только этот снимок.

  5. В окне Изменить изображения для Показать изображение щелкните Только активная дата.

    Только активная дата

  6. Снова приблизьтесь к Сингапуру.

    Карта обновится и будет показан только самое свежее изображение. Это изображение наиболее подходит для целей планирования. К сожалению, в нашем примере на этом снимке присутствуют облака, заслоняющие часть города. Давайте посмотрим на остальные снимки и решим, который из них необходимо скачивать.

  7. На шкале времени Активная дата щелкните стрелку назад, чтобы показать предыдущее по времени изображение (для загрузки изображения может потребоваться несколько секунд).

    Шкала Активная дата

    Подсказка:

    Также можно подвинуть бегунок времени.

    При поиске могли найтись снимки, оказавшиеся в экстенте карты лишь частично; некоторые из них могли вообще не попасть на Сингапур.

  8. Просмотрите все найденные снимки.

    Некоторые снимки могут перечёркиваться чёрными линиями, например, снимок от 9 февраля 2018 года:

    Зазоры на снимке

    Такие чёрные линии – это зазоры между данными сенсора, вызванные неисправностью оборудования Scan Line Corrector на спутнике Landsat 7. Эти зазоры можно заполнить, но для данного упражнения предпочтительно использовать изображения без подобных дефектов.

  9. Из оставшихся снимков выберите тот, где облачный покров минимален.

    В данном примере мы использовали снимок от 24 мая 2018 года:

    Пример снимка

    Это изображение почти не имеет облачного покрова. Может быть, после написания этого урока добавят новый снимок, в котором облачность над Сингапуром будет ещё меньше. Если вам попадётся такой снимок, можете выбрать его.

Загрузка снимка

Теперь вы выбрали снимок для своего проекта и можете его загрузить.

  1. В нижней части вьюера щелкните Показать метаданные.

    Показать метаданные

    В таблице метаданных можно просматривать информацию об изображениях, найденных в результате поиска, и добавлять их в виртуальную корзину для бесплатной загрузки. Можете просмотреть таблицу снимков, отображаемых в данный момент на карте, или всех результатов поиска.

  2. Щелкните Показать отображенное.

    Показать отображенное

    Таблица меняется и перечисляет все отображаемые на карте снимки. Вам необходимо загрузить только одно изображение, поэтому в таблице лишь один элемент. Таблица содержит прочую полезную информацию о снимке, например, процент облачного покрова.

  3. Отметьте окно возле этого элемента.

    Элемент таблицы

    Подсказка:

    Если у вас несколько элементов, воспользуйтесь столбцом Acquisition Date для поиска среди них нужного.

  4. Над элементом щелкните Приблизиться.

    Карта приблизится к экстенту соответствующего снимка.

  5. Убедитесь, что карта приблизилась к снимку, который необходимо загрузить. В таблице, в столбце Стандартный продукт щелкните Загрузить.
  6. Если потребуется, выполните вход под своей учётной записью USGS EROS.

    Открывается новое окно браузера, отображающее ваш элемент корзины и все ожидающие заказы на сцены из вашей учетной записи USGS EROS. Выбранную сцену можно загрузить как Изображение LandsatLook или как продукт Level 1 GeoTIFF Data. Предварительный просмотр LandsatLook Image – это файл изображения в формате PNG без географической информации. Продукт GeoTIFF Data содержит информацию о координатах, которая зашита в самом изображении. При добавлении в ГИС-приложение, например, ArcGIS Pro, изображение GeoTIFF автоматически размещается в своём координатном пространстве, уже готовое к использованию для анализа. Изображения в формате GeoTIFF также содержат мультиспектральные каналы, позволяющие изменять внешний вид изображения, выделяя различные объекты земной поверхности. Вы загрузите продукт Level 1 GeoTIFF Data.

  7. Справа от списка доступных для загрузки продуктов щёлкните кнопку Загрузить.

    Значок загрузки

    Откроется окно, показывающее опции загрузок и размеры загружаемых файлов. Размер файла продукта Level 1 GeoTIFF Data Product обычно составляет несколько сотен мегабайт (размеры зависят от изображений, в данном примере получилось 832 MB). Сцены Landsat поступают в виде файлов больших размеров, которые довольно долго загружаются. Перед тем как продолжить, убедитесь что у вас на компьютере достаточно места.

  8. Рядом с Level-1 GeoTIFF Data Product щёлкните Загрузить.

    Загрузка Level 1 GeoTIFF

  9. Дождитесь завершения загрузки.
    Примечание:

    Загрузка может занять более 15 минут. Пока снимок загружается, можете заняться чем-нибудь другим.

Вы использовали приложение LandsatLook для поиска в огромной базе данных снимков Landsat мультиспектрального изображения на нужную территорию. Затем вы скачали снимок, который может пригодиться в качестве исходных данных для планирования дальнейшего развития Сингапура. Далее вы откроете снимок в ArcGIS Pro и измените комбинацию каналов, чтобы Сингапур было лучше видно.


Подготовка изображения

Ранее вы загрузили снимок Сингапура, полученный со спутника Landsat. Далее вы подготовите его для анализа. Сначала необходимо извлечь изображение из архива, в котором его загрузили. Затем необходимо будет добавить снимок на карту в ArcGIS Pro и подобрать символы, изменив комбинацию каналов, чтобы было лучше видно городскую застройку Сингапура.

Распаковка изображения

Как вы заметили при загрузке, необработанные снимки Landsat представляют собой файлы большого размера. Файл такой большой, в том числе и потому, что вы загружаете архив, реально содержащий более 10 снимков на одну и ту же территорию, но в разных спектральных каналах. Эти снимки можно комбинировать, создавая мультиспектральные изображения. Для их просмотра необходимо сначала распаковать архив. Также необходимо создать папку для хранения этих данных.

  1. Создайте папку с названием Singapore Data у себя на компьютере в каком-нибудь месте, которое потом сможете легко найти, например,в папке Документы.
  2. Найдите загруженный файл на компьютере.
    Примечание:

    В зависимости от настроек браузера, вам могло быть предложено выбрать место для сохранения загружаемого файла. Большинство браузеров по умолчанию скачивают все в папку Загрузки.

    Папка Загрузки

    Файл назван по коду идентификации с сайта USGS, представляющему собой длинную строчку из букв и цифр. У файла расширение .tar.gz, это такой тип файла, который был сжат дважды. Чтобы увидеть находящиеся внутри изображения, разархивировать его необходимо тоже дважды.

  3. Щёлкните правой кнопкой мыши файл и извлеките всё в папку Singapore Data.
    Примечание:

    Процесс разархивирования по умолчанию зависит от установленной на вашем компьютере утилиты разархивации.

  4. Найдите извлечённый файл.

    После первой разархивации файл будет называться так же, но с расширением .tar вместо .tar.gz. Некоторые утилиты распознают файлы .tar.gz и автоматически сразу извлекают их дважды.

  5. Если требуется, разархивируйте файл .tar.

    Извлечённые файлы

    После полного извлечения файл .tar содержит 12 изображений (их может быть меньше, если вы скачали изображение с иного сенсора) и текстовый файл. У каждого снимка название исходного файла, но на конце приписан порядковый номер, например,B1, B2, или B3. Буква B означает “канал” (band); у каждого снимка свой спектральный канал одного и того же изображения. Спектральные каналы Landsat 8 мы подробнее рассмотрим на этом уроке чуть позже.

  6. Дважды щёлкните изображение B1, чтобы открыть его в программе просмотра изображений, установленной по умолчанию на вашем компьютере.

    1 канал снимка

    Снимок по большей части серый, местами видны облака. Такие объекты, как суша и море, почти не различимы. Снимки в одном спектральном канале обычно так и выглядят, так как охватывают лишь небольшой диапазон длин волн. Чтобы создать изображение, похожее на то, что видит человеческий глаз, несколько спектральных каналов обычно объединяются в мультиспектральное изображение.

  7. Закройте изображение.

Открытие изображения в ArcGIS Pro

Для просмотра отдельных каналов из общего мультиспектрального изображения давайте создадим новый проект в ArcGIS Pro. В проекте находятся карты, базы данных, наборы инструментов, стили и прочие папки, которые могут пригодиться при создании карты.

  1. Запустите ArcGIS Pro. Если будет предложено, войдите под лицензированной учетной записью ArcGIS.
    Примечание:

    Если у вас нет ArcGIS Pro или учетной записи ArcGIS, можно подписаться на бесплатную пробную версию ArcGIS.

    Когда вы откроете ArcGIS Pro, вам будет предложено создать новый проект или открыть уже существующий. Если вы уже создавали проект, вы увидите список последних проектов.

  2. В разделе Новый щелкните Карта.

    Шаблон Map.aptx

    Шаблон Карта создаёт проект с базовой картой по умолчанию.

  3. В окне Создать новый проект измените название на Singapore Development.

    Имя и расположение проекта

    Подсказка:

    По умолчанию проект сохраняется в папке ArcGIS, расположенной в директории Документы. Чтобы сохранить проект в другом месте, укажите нужную папку.

  4. Нажмите OK.

    Проект откроется с видом карты. В конфигурации ArcGIS Pro по умолчанию панель Каталог находится справа от карты. На панели Каталог находятся все папки, файлы и данные, связанные с этим проектом. Вы будете использовать эту панель для установки подключения папки Singapore Data, которую создали ранее.

    Подсказка:

    Если вы до этого уже пользовались ArcGIS Pro, панель Каталог может находиться в другом месте или вообще быть скрытой. Чтобы открыть панель Каталог, щелкните вкладку Вид на ленте в верхней части окна. В группе Окна щелкните Каталог.

  5. На панели Каталог щелкните стрелку рядом с элементом Папки, чтобы раскрыть его.

    Разверните Папки

    По умолчанию папка, связанная с проектом, называется Singapore Development; она создалась автоматически в тот момент, когда вы создали проект с таким названием. В папке есть пустые база геоданных и набор инструментов, но нет никаких данных.

  6. Щелкните правой кнопкой мыши на Папки и выберите Добавить подключение к папке.

    Добавить подключение к папке

    Появляется окно Добавить подключение к папке, в котором показаны директории с файлами на вашем компьютере.

  7. Перейдите и выберите папку Singapore Data, в которую извлекли изображение Landsat.

    Папка Singapore Data добавится ниже опции Папки на панели Каталог.

  8. Разверните папку Singapore Data.

    Папка Singapore Data

    Папка содержит 12 отдельных спектральных каналов. Как вы видели ранее, сами по себе эти снимки дают мало полезной информации об охватываемой ими территории. Чтобы показать отдельное мультиспектральное изображение, содержащее все каналы, необходимо добавить последний файл из списка, который заканчивается на MTL.txt. Расширение MTL.txt означает текстовый файл метаданных, но на самом деле это растровый продукт, сгенерированный с информацией в файле метаданных.

  9. Перетащите файл MTL.txt (со значком растра) на карту.
    Примечание:

    Если появится окно с предложением создать пирамидные слои для изображений, щёлкните Да.

    Файл MTL.txt

    Изображение добавится на карту. Оно выглядит темнее, чем при просмотре в приложении LandsatLook, но вы можете изменить отображение, чтобы Сингапур стало лучше видно.

Символы изображения

Цвета у изображения тёмные и приглушённые. Кроме того, присутствуют чёрные области со значениями пикселов NoData (нет данных) по краям, формирующие квадрат. Надо изменить активные спектральные каналы в изображении, чтобы показать его в более читаемых цветах, а пикселы со значениями NoData сделать прозрачными, чтобы они исчезли с карты.

  1. На панели Содержание щелкните правой кнопкой мультиспектральное изображение и выберите Символы.

    Символы

    Подсказка:

    Если вы до этого уже пользовались ArcGIS Pro, панель Содержание может находиться в другом месте или вообще быть скрытой. Для отображения панели Содержание щелкните вкладку Вид на ленте. В группе Окна щелкните Содержание.

    Появится панель Символы. В разделе Основные символы перечислены каналы, использованные для отображения изображения (они также перечислены на панели Содержание). По умолчанию используются Красный, Зелёный и Синий (Red, Green, Blue) каналы. Эти каналы охватывают видимую человеческим глазом часть спектра и все вместе представляют реалистичное изображение ландшафта. Но для городского планирования гораздо важнее отображение, выделяющее объекты городской среды. В следующей таблице перечислены каналы и то, что каждый из них лучше всего показывает:

    НомерНазваниеЧто этот канал лучше показывает

    1

    CoastalAerosol

    Мелководья, тонкие частицы пыли

    2

    Blue

    Глубоководья, атмосфера

    3

    Green

    Растительность

    4

    Red

    Антропогенные объекты, почвы, растительность

    5

    Near Infrared

    Береговые линии, растительность

    6

    ShortWaveInfrared_1

    Проницаемость облачности, влажность почв и растительности

    7

    ShortWaveInfrared_2

    Улучшенная проницаемость облачности, влажность почв и растительности

    8

    Panchromatic

    Чёрно-белые снимки, чёткие детали

    9

    Cirrus

    Перистые облака

    10

    Thermal Infrared 1

    Тепловое картографирование, оценочная влажность почв

    11

    Thermal Infrared 2

    Улучшенное тепловое картографирование, оценочная влажность почв

    Канал Red лучше всего выделяет антропогенные объекты городской застройки Сингапура, а Near Infrared – береговую линию и границы течений. Канал Shortwave Infrared 1 band также будет полезен, чтобы сделать облака на снимке менее заметными.

  2. На панели Символы измените первый канал на ShortWaveInfrared_1, второй на NearInfrared и третий на Red.

    Комбинация каналов

    Изображение на карте автоматически изменится.

    Снимок Сингапура с назначенными символами

    Береговые линии стали более чёткими, а городскую застройку стало лучше видно из-под облаков. Теперь необходимо скрыть пикселы со значениями NoData, сделав их прозрачными.

  3. В нижней части панели Символы щелкните Маска и отметьте Отобразить значение фона.

    Значения фона отображаются прозрачными

    Теперь можно подобрать символы для фона, то есть значений NoData. По умолчанию цвет для пикселов со значениями NoData (нет данных) установлен на No Color (нет цвета), что автоматически отразится на карте.

  4. Закройте панель Символы и приблизьтесь к Сингапуру.

    Окончательное изображение

    Это изображение даёт хорошее представление обо всём острове, показывая различия между застроенными и зелёными территориями.

  5. На панели инструментов быстрого доступа в левом верхнем углу окна приложения щёлкните кнопку Сохранить, чтобы сохранить проект.

На этом уроке вы выполнили поиск в огромной базе данных с накопленными за 40 лет спутниковыми снимками Landsat и нашли снимок острова Сингапур, подходящий для проекта планирования городского развития. Найдя снимок, вы его загрузили, открыли в ArcGIS Pro и так изменили комбинацию каналов, чтобы было лучше видно город. Разумеется, при городском планировании никогда не обходятся одним лишь спутниковым изображениям, но в сочетании с дополнительными тематическими слоями данный снимок послужит хорошей отправной точкой. Кроме того, можно выполнить анализ изображения и получить из него новую информацию.

Еще больше уроков вы найдете в Галерее уроков Learn ArcGIS.