Поиск и загрузка снимка

Чтобы найти снимок Landsat на Сингапур давайте воспользуемся приложением GloVis и поищем по всей базе данных бесплатных снимков Landsat. Нам нужен по возможности недавний снимок с минимальной облачностью. Чтобы загрузить снимок, надо 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 надо будет загрузить файл размером приблизительно 900 Мб. Убедитесь, что у вас на компьютере достаточно свободного места и что есть возможность подождать пока всё загрузится.

Создать учетную запись

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 GloVis и искать Сингапур.

  1. Откройте главную страницу GloVis .

    На этой странице описаны новые доступные вам возможности.

  2. Щелкните Запуск GloVis, чтобы открыть GloVis.

    Кнопка Запуск GloVis

    Появится GloVis.

    Приложение GloVis

    По умолчанию вьюер открывается в центре США. На панели Interface Controls содержатся параметры поиска снимков Landsat. Панель инструментов в нижней части вьюера содержит шкалу времени и дополнительные инструменты управления картой, предназначенные для слоев изображений. Сначала вы выключите набор данных по умолчанию, чтобы переместить экстент карты на Сингапур.

  3. На панели Interface Controls, под разделом Choose Your Data Set(s), выключите Global Land Survey.

    Выключен Набор данных Global Land Survey в разделе Choose Your Data Set(s) на панели Interface Controls

  4. На панели инструментов в верхней части карты щелкните Jump to и выберите Lat/Lng.

    Lat/Lng в опциях Jump to

    Появится окно Jump to Lat/Lng.

    Вы введете координаты центра Сингапура.

  5. В окне Jump to Lat/Lng, для Latitude введите 1.36, а для Longitude - 103.82. Щелкните Jump to Location.

    Окно перехода по координатам

    Экстент карты центрируется на городе-государстве Сингапур.

    Экстент карты перемещен в Сингапур

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

  6. Уменьшите масштаб на пять-шесть уровней. Обратите внимание на размеры Сингапура по сравнению с соседними странами - Малайзией и Индонезией.

    Сингапур по сравнению с другими странами Юго-Восточной Азии.

  7. 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.

Чтобы выполнить поиск снимка, вы сначала выберете тип снимка, который подходит вам.

  1. На панели Interface Controls, под разделом Choose Your Data Set(s), изучите перечисленные наборы данных.

    GloVis содержит множество наборов данных изображений, каждый из которых получается определенной программой спутниковой или аэрофотосъемки. Например, здесь есть результаты работы нескольких американских космических миссий Landsat и европейских спутников Sentinel-2, покрывающих всю Землю.

    Примечание:

    Можно нажать на кнопку View Data Set Information, чтобы подробнее изучить каждый набор.

    Кнопка View Data Set Information

    В этом упражнении вам нужно найти снимок системы Landsat 8.

  2. Под заголовком Choose Your Data Set(s) включите Landsat 8 OLI/TIRS C1 Level-1.

    В разделе выбора набора данных выбран Landsat 8 OLI/TIRS C1 Level-1

    Фильтр данных Landsat 8 обновится, и будет указано, что вашим критериям соответствует 204 сцены (или снимка). Это значит, что есть 204 снимка Landsat 8 для координат Сингапура.

    Теперь вы ограничите поиск определенным диапазоном дат. Вам нужен достаточно новый изображение снимок, поэтому вы зададите диапазон от 2015 года до текущей даты.

  3. В Metadata Filter для диапазона дат Date Range введите диапазон от 01/01/2015 до сегодняшней даты.

    Диапазон дат в разделе Metadata Filter

    Примечание:

    В списке Months можно также ограничить поиск конкретным месяцем, выбрав, например, июль. Это может пригодиться для отслеживания таких сезонных явлений, как летние засухи или лесные пожары. Для общего обзорного изображения месяц не важен.

  4. Щелкните Применить.

    Возвращаются все снимки в пределах экстента карты, соответствующие вашим критериям. Под заголовком Choose Your Data Set(s) теперь отображается, что найдено 170 сцен Landsat 8.

    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.

    В разделе Choose Your Data Set(s) выбрано 170 сцен

  5. На нижней панели инструментов щелкните Next несколько раз, чтобы выбрать некоторые из 170 доступных снимков.

    Кнопка Next на панели временной шкалы

    Текущее изображение отобразится на карте вместе с маркером на временной шкале. Вы увидите, что значительное число снимков частично или даже полностью закрыты облачностью. Это неудивительно, поскольку климат в Сингапуре экваториальный, а это значит, что большую часть года здесь жарко, влажно и дождливо. Вы ограничите свой поиск изображениями с низкой облачностью: облака должны закрывать не более 10 процентов изображения.

  6. Для Cloud Cover введите 0 to 10 и щелкните Применить.

    Облачное покрытие в разделе Metadata Filter и кнопка Apply

    Карта обновится и появится новый набор доступных изображений. Нашлось лишь две соответствующие заданным вами критериям сцены.

  7. На нижней панели инструментов щелкните Next и Previous, чтобы сравнить два доступных изображения.

    Изображение 2017 года закрыто облаками. Это тот случай, когда алгоритм автоматического обнаружения облачности не сработал должным образом, и изображение не было распознано как облачное. Вы пропустите этот снимок.

    Качество снимка 2018 года отличное, и на нем нет облаков.

    Снимок Сингапура 2018 года без облаков.

    Вы определили, что снимок 2018 года является самым подходящим для загрузки.

    Примечание:

    Возможно, после создания этого упражнения появились более свежие снимки Сингапура с низкой облачностью. Выберите подходящее более новое изображение, если оно появилось.

Загрузка снимка

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

  1. На нижней панели инструментов щелкните Загрузить.

    Кнопка загрузки на нижней панели инструментов

    Есть несколько опций на странице загрузки изображения. Вы выберите Level-1 GeoTIFFData Product. Продукт GeoTIFF Data содержит информацию о координатах, которая зашита в самом изображении. При добавлении в ГИС-приложение, например, в ArcGIS Pro, изображение Level-1 GeoTIFF автоматически размещается в своём координатном пространстве, уже готовое к использованию для анализа. Изображение в формате GeoTIFF также содержит все 11 каналов Landsat 8, позволяющие изменять внешний вид изображения, выделяя различные объекты земной поверхности.

  2. Для Level 1 GeoTIFF Data Product щёлкните Download.

    Опция загрузки снимка Level-1 GeoTIFF

    Примечание:

    Загрузка может занять несколько минут - это зависит от характеристик вашего компьютера и интернет-соединения.

Вы воспользовались приложением GloVis для поиска в огромной базе данных мультиспектральных снимков Landsat нужного вам изображения. Затем вы скачали снимок, который может пригодиться в качестве исходных данных для вашего проекта планирования развития Сингапура.

Примечание:

В этом упражнении вы изучили снимки Landsat от GloVis, но есть много других спутниковых снимков, которые вы можете изучать и использовать в GloVis и других сервисах. Изучите другие приложения космической съемки, например, LandsatLook и EarthExplorer. Вы также можете познакомиться с Copernicus Open Access Hub.

Теперь 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 надо извлечь изображение из архива, в котором его загрузили. Затем надо 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 надо 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 вашем 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. Файл имеет расширение .tar.gz, это такой тип файла, который был сжат дважды. Чтобы увидеть находящиеся внутри изображения, разархивировать его надо 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 и откроете извлечённый файл.

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

    Примечание:

    Файл .tar может находиться внутри папки, созданной утилитами упаковки файлов. Откройте папку, чтобы найти файл .tar.

  5. Если требуется, разархивируйте файл .tar. Откройте извлеченную папку.

    После полного извлечения папка будет содержать 12 изображений (их может быть меньше, если вы скачали снимок другой системы) и два текстовых файла.

    Извлечённые файлы

    У большинства снимков будет одинаковое название исходного файла, но с разными суффиксами в конце, 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 файл изображения с суффиксом 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 снимок выглядел так, как видит человеческий глаз, несколько спектральных каналов обычно комбинируют в мультиспектральное изображение.

  7. Закройте изображение.

Открытие изображения в ArcGIS Pro

Чтобы комбинировать несколько отдельных каналов и просматривать их в виде одного мультиспектрального изображения, вы запустите 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 открываете ArcGIS Pro, вам предоставляется возможность создать новый проект или открыть существующий. Если вы уже создавали проект, вы увидите список последних проектов.

  2. В разделе Новый щелкните Карта.

    Карпа под Пустыми шаблонами

    Шаблон Карта создаёт проект с базовой картой по умолчанию.

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

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

    Имя и расположение проекта

  4. Нажмите OK.

    Проект откроется с видом карты.

  5. Щелкните вкладку Вид на ленте. В группе Окна щелкните Каталог.

    Панель каталог в группе Окна на вкладке Вид

    Появится панель Каталог. 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.

  6. 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.

  7. 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.

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

    Папка Singapore Data добавится ниже заголовка Папки на панели Каталог.

  9. Разверните папку Singapore Data.

    Папка Singapore Data

    Подсказка:

    В случае необходимости просмотра полных имен файлов потяните сбоку за панель Каталог, чтобы расширить ее соответствующим образом.

    Папка содержит снимок в 11 спектральных каналах, а также еще несколько файлов. Файл метаданных продукта (оканчивающийся на MTL.txt) содержит информацию о том, как объединить спектральные каналы в одно мультиспектральное изображение. Вы воспользуетесь этим файлом, чтобы добавить на карту мультиспектральное изображение.

  10. Перетащите файл MTL.txt на карту.

    Файл MTL.txt перетаскивается с панели Каталог на карту

    Примечание:

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

    Изображение добавится на карту.

    Файл MTL.txt

    Оно выглядит темнее, чем при просмотре в приложении GloVis, но вы можете изменить его 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 спектральные каналы изображения, чтобы показать его в более естественных 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

    Появится панель Символы. В разделе Основные символы перечислены каналы, использованные для отображения изображения (они также перечислены на панели Содержание). Только три канала можно показать одновременно - для отображения в Красном, Зеленом и Синем цветах. По умолчанию Красный, Зелёный и Синий каналы используются для показа изображения в естественных цветах. Эти три канала охватывают видимую человеческим глазом часть светового спектра и все вместе формируют изображение, реалистичное для большинства людей изображение ландшафта. Но для городского планирования гораздо важнее отображение, выделяющее объекты городской среды от растительности. В следующей таблице перечислены каналы и то, что каждый из них лучше всего показывает:

    НомерИмяЧто лучше всего видно

    1

    Побережья и аэрозоли

    Мелководья, тонкие частицы пыли

    2

    Синий

    Глубоководья, атмосфера

    3

    Зеленый

    Растительность

    4

    Красный

    Антропогенные объекты, почвы, растительность

    5

    Ближний инфракрасный

    Береговые линии, растительность

    6

    Коротковолновый инфракрасный 1

    Проницаемость облачности, влажность почв и растительности

    7

    Коротковолновый инфракрасный 2

    Улучшенная проницаемость облачности, влажность почв и растительности

    8

    Панхроматический

    Чёрно-белые снимки, чёткие детали

    9

    Cirrus

    Перистые облака

    10

    Тепловой инфракрасный 1

    Термальное картографирование, оценочная влажность почв

    11

    Тепловой инфракрасный 2

    Улучшенное термальное картографирование, оценочная влажность почв

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

    Вы измените три канала, которые будут отображаться в качестве Красного, Зеленого и Синего.

  2. На панели Символы задайте следующие параметры:
    • Для Красного выберите ShortWaveInfrared_1.
    • Для Зеленого установите NearInfrared.
    • Для Синего выберите Red.

    Комбинация каналов

    Изображение на карте автоматически изменится.

    Файл изображения, отображенный с использованием специальных настроек каналов

    Береговые линии стали более чёткими, растительность окрашено ярко-зеленым, а кварталы городской застройки показаны коричневым. Теперь надо скрыть пикселы со значениями NoData, сделав их прозрачными.

  3. На панели Символы щелкните Маска и поставьте отметку Отобразить значение фона.

    Отмечена опция Отобразить значение фона на вкладке Маска

    На вкладке Маска есть опции оформления фона или значений NoData. По умолчанию цвет для пикселов со значениями NoData установлен на No Color (нет цвета), что автоматически отразится на карте.

    Фоновые значения стали прозрачными

  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 быстрого доступа щелкните кнопку Сохранить, чтобы сохранить проект.

    Сохранить на Панели быстрого доступа

    Теперь изображение подходит для визуального изучения, использования в качестве фонового для отображения других данных или в дальнейших рабочих процессах анализа изображений. Разумеется, при городском планировании никогда не обходятся одним лишь спутниковым изображением, но такой снимок послужит хорошей отправной точкой.

    Примечание:

    Чтобы узнать больше об анализе изображений, см. упражнение Learn ArcGIS Оценка ущерба от града на кукурузных полях с помощью спутниковых снимков и другие упражнения, доступные в разделе Извлечение информации из изображений учебного курса Введение в изображения и дистанционное зондирование.

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.

Примечание:

Альтернативой скачивания изображений на локальный компьютер, которое вы выполнили в этом упражнении, является использование сервиса изображений. Этот метод позволяет просматривать и, во многих случаях, анализировать снимки, размещенные в облаке, что позволит сэкономить время и место на вашем компьютере. Изучите примеры размещенные Esri сервисы изображений из каталога изображений ArcGIS Living Atlas of the World.

Чтобы узнать больше об использовании облачного сервиса изображений для доступа к снимкам, см. упражнение Learn ArcGIS Изучение динамических изображений извержения вулкана.

Еще больше уроков вы найдете в Галерее уроков Learn ArcGIS.