GEE数据集合介绍之Landsat
本文介绍了GEE中Landsat数据的获取与应用。Landsat是由NASA和USGS联合运营的长期对地观测项目,提供1972年至今的多光谱遥感数据,包含MSS、TM、ETM+、OLI/TIRS等不同传感器,分辨率15-100米。GEE提供原始DN值、大气层顶反射率(TOA)和地表反射率(SR)三种预处理级别数据,其中SR数据经过大气校正最适合定量分析。文中以江西省2017年NDVI制图为例,演示
1.在GEE中如何查看
进入GEE官网,选择Datasets,即可查看GEE中所有数据集,包括Landsat、MODIS、Sentinel。


2.Landsat简介
(1)概述
Landsat是由美国国家航空航天局(NASA)和美国地质调查局(USGS)联合运营的卫星遥感项目,旨在持续监测地球表面变化。自1972年发射第一颗卫星(Landsat 1)以来,Landsat系列已发展成为全球历史最悠久、数据最丰富的对地观测系统之一。
(2)主要特点
- 多光谱成像:Landsat卫星搭载多光谱传感器(如TM、ETM+、OLI),覆盖可见光、近红外、短波红外等波段,分辨率从15米(全色)到30米(多光谱)不等。
- 全球覆盖:每颗卫星每16天完成一次全球覆盖,数据免费公开,广泛应用于农业、林业、水资源管理等领域。
- 长期存档:提供近50年的连续地球观测数据,支持气候变化和地表变迁研究。
(3)传感器
-
MSS (Multi-Spectral Scanner - 多光谱扫描仪)
- 基本介绍: 这是搭载在美国早期 Landsat 卫星(Landsat 1 至 Landsat 5)上的光学传感器。
- 波段: 通常包含 4 个波段(绿、红、近红外、近红外)。
- 分辨率: 空间分辨率相对较低,为 80 米(早期)或 60 米(后期)。
- 应用: 主要用于早期的陆地观测、植被监测、土地利用分类等。
-
TM (Thematic Mapper - 专题制图仪)
- 基本介绍: 这是 Landsat 4 和 Landsat 5 卫星上的主要传感器,是 MSS 的升级版。
- 波段: 包含 7 个波段:
- 蓝 (0.45-0.52 µm)
- 绿 (0.52-0.60 µm)
- 红 (0.63-0.69 µm)
- 近红外 (0.76-0.90 µm)
- 短波红外 (1.55-1.75 µm, 2.08-2.35 µm)
- 热红外 (10.40-12.50 µm)
- 分辨率: 可见光、近红外和短波红外波段的分辨率为 30 米,热红外波段的分辨率为 120 米。
- 应用: 大幅提升了遥感能力,广泛应用于地质、农业、林业、环境监测、城市研究等各个领域。其数据成为长时间序列分析的基准。
-
ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus - 增强型专题制图仪)
- 基本介绍: 这是 Landsat 7 卫星上的主要传感器,在 TM 的基础上进行了增强。
- 改进: 增加了第 8 波段 - 全色波段 (Panchromatic, 0.52-0.90 µm),分辨率为 15 米。热红外波段的分辨率提高到 60 米。其他波段与 TM 一致。
- 应用: 15 米全色波段可用于影像融合,提高空间分辨率。延续了 TM 的广泛应用领域。
-
OLI (Operational Land Imager - 陆地成像仪)
- 基本介绍: 这是 Landsat 8 和 Landsat 9 卫星上的主要光学传感器,代表了 Landsat 系列传感器的重大升级。
- 波段: 包含 9 个波段:
- 沿海气溶胶 (0.43-0.45 µm) - 新增
- 蓝 (0.45-0.51 µm)
- 绿 (0.53-0.59 µm)
- 红 (0.64-0.67 µm)
- 近红外 (0.85-0.88 µm)
- 短波红外 1 (1.57-1.65 µm)
- 短波红外 2 (2.11-2.29 µm)
- 全色 (0.50-0.68 µm) - 分辨率 15 米
- 卷云 (1.36-1.38 µm) - 新增
- 分辨率: 多光谱波段分辨率为 30 米,全色波段为 15 米。注意: OLI 本身不包含热红外波段。
- 改进: 更高的辐射分辨率(12-bit),更好的信噪比,更窄的波段设计(减少大气吸收影响),增加了对海岸带和卷云观测的专用波段。
- 应用: 提供更高质量的数据,支持更广泛和更精确的定量遥感应用。
-
TIRS (Thermal Infrared Sensor - 热红外传感器)
- 基本介绍: 这是搭载在 Landsat 8 和 Landsat 9 卫星上、专门负责热红外波段观测的传感器。与 OLI 协同工作。
- 波段: 包含 2 个热红外波段:
- 波段 10 (10.6-11.19 µm)
- 波段 11 (11.5-12.51 µm)
- 分辨率: 空间分辨率为 100 米(但通常重采样至 30 米以匹配 OLI 数据)。
- 应用: 主要用于地表温度反演,应用于城市热岛效应、干旱监测、蒸散发估算、火山活动监测等。Landsat 9 的 TIRS-2 在性能上有所改进。
主要传感器参数对比
| 传感器 | 主要搭载卫星 | 波段数 | 空间分辨率 | 关键特点 |
|---|---|---|---|---|
| MSS | Landsat 1-5 | 4 | 60/80 m | 早期多光谱观测 |
| TM | Landsat 4-5 | 7 | 30m (120m热红外) | 引入热红外、短波红外 |
| ETM+ | Landsat 7 | 8 | 30m (15m全色, 60m热红外) | 增加15m全色波段 |
| OLI | Landsat 8-9 | 9 | 30m (15m全色) | 更高信噪比、新增海岸/卷云波段 |
| TIRS | Landsat 8-9 | 2 (热红外) | 100m | 专门负责地表温度观测 |
3.Landsat中的预处理级别
我们选择任意Landsat卫星的产品,都能看到三种不同的预处理级别:表面反射率、大气层顶、原始图片。

(1)原始图片(DN 值):它直接来自卫星传感器,是未经任何辐射校正处理的原始数字值,包含传感器响应特性(如噪声、条带),受大气衰减、散射和光照条件影响很大,不同波段之间、不同时间获取的图像之间难以直接比较。主要用于传感器性能评估、定标算法研究等。
(2)大气层顶部(TOA,Top of Atmosphere):这个级别的数据已经过辐射定标处理,将原始的DN值转换为物理量。经过了辐射定标处理,但未去除大气(云、气溶胶、水汽)的干扰。
(3)表面反射率(SR,Surface Reflectance):在TOA辐射亮度基础上还进行了大气校正处理,消除了大气和光照的影响,更接近地表的真实反射特性。适用于绝大多数需要利用光学波段进行地表属性定量分析的应用,如农业监测、林业调查、环境评估、城市研究等。
4.Landsat常用专题数据产品
(1)植被指数:NDVI / EVI 提前计算好的植被指数

(2)地表温度(LST):基于 Level-2 数据反演的地表真实温度(含白天 / 夜间温度)。
5.在GEE中调用Landsat数据
这里我们以显示江西省NDVI为例:
代码如下:
var jiangxi = ee.FeatureCollection('FAO/GAUL/2015/level1') // 用level1(省级)
.filter(ee.Filter.eq('ADM0_NAME', 'China')) // 先筛选中国,缩小范围
.filter(ee.Filter.eq('ADM1_NAME', 'Jiangxi Sheng'))
var dataset = ee.ImageCollection('LANDSAT/COMPOSITES/C02/T1_L2_ANNUAL_NDVI')
.filterDate('2017-01-01', '2017-12-31')
.filterBounds(jiangxi)
.map(function(image) {
return image.clip(jiangxi)
}); //裁剪出江西地区
var colorized = dataset.select('NDVI'); //选择NDVI波段
var colorizedVis = {
min: 0,
max: 1,
palette: [
'ffffff', 'ce7e45', 'df923d', 'f1b555', 'fcd163', '99b718', '74a901',
'66a000', '529400', '3e8601', '207401', '056201', '004c00', '023b01',
'012e01', '011d01', '011301'
],
};
Map.setCenter(115, 26.529, 6); //设置地图中心
Map.addLayer(colorized, colorizedVis, 'Colorized');
结果:

大家可根据GEE官方给出的代码去调用感兴趣的数据。

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