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1、 全球 30 米地表覆盖数据 GlobeLand30 产品说明 国家基础地理信息中心 二 一四年五月 i 目录 1 1 项目简介项目简介 1 2 2 分类影像和参考资料分类影像和参考资料 1 2 1 分类影像 1 2 2 辅助数据 4 3 3 类型定义与赋值类型定义与赋值 7 3 1 类型定义 7 3 2 类型赋值 8 4 4 分类技术指标分类技术指标 9 5 5 分类策略与方法分类策略与方法 10 5 1 分类策略 10 5 2 分类方法 11 6 GlobeLand306 GlobeLand30 产品产品 12 6 1 参考坐标系 12 6 2 数据分幅 13 6 3 数据组成及格式 13
2、 6 4 文件命名与组织 15 7 7 精度自评估精度自评估 16 7 1 抽样方案 16 7 2 自评估精度 16 8 8 致谢致谢 18 附录 全球地表覆盖数据产品元数据表结构附录 全球地表覆盖数据产品元数据表结构 19 1 1 1 概概述述 地表覆盖是指地球表面各种物质类型及其自然属性与特征的综合体 其空间 分布反映着人类社会经济活动过程 决定着地表的水热和物质平衡 其变化直接 影响到生物地球化学循环 改变着陆地 大气的水分 能量和碳循环 甚至影响 气候变化 科学准确地测定全球地表覆盖的空间分布与动态变化 对于全球变化 研究 如地球系统的能量平衡 碳循环及其它生物地球化学循环 气候变化等
3、 有着十分重要的意义 为了有效地支撑全球变化研究和地球系统模式发展 科技部在 2010 年启动 了 863 计划 全球地表覆盖遥感制图与关键技术研究 重点科研项目 项目由 国家基础地理信息中心牵头 来自测绘局 中科院 教育部 农业部 林业局等 7 个部门的 18 家单位共同参与 2013 年底 2010 基准年的 30 米全球地表覆盖 遥感制图数据产品 GlobeLand30 2010 研制完成 该数据覆盖南北纬 80 度的 陆地范围 包括耕地 森林 草地 灌木地 湿地 水体 苔原 人造地表 裸 地 冰川和永久积雪等 10 种地表覆盖类型 本手册是对 GlobeLand30 2010 产品进行
4、简要介绍的材料 包括所用的分类 影像 参考资料 影像处理方法 分类方法 数据产品组织和精度评估情况等 供国内外学者和相关人员参考使用 2 2 分类影像分类影像与与参考资料参考资料 2 1 2 1 分类影像分类影像 GlobeLand30 2010 数据研制所使用的分类影像主要是 30 米多光谱影像 包 括美国陆地资源卫星 Landsat TM5 ETM 多光谱影像和中国环境减灾卫星 HJ 1 多光谱影像 影像选取原则是 在每景影像无云 少云 前提下 择优选择植被 生长季的多光谱影像 影像时相尽量控制在 2010 年 1 年内 对于影像获取困 难区域 适当放宽影像获取时间 确保全球无云影像的完整
5、覆盖 2 2 1 1 2 1 1 LandsatLandsat TM ETM TM ETM 影像影像 Landsat 影像波段多 可提高分类精度 需要尽可能多的收集 所有 Landsat TM5 ETM 影像从 USGS 下载 http earthexplorer usgs gov 订购其 Level 1T 处理 级别的产品 Level 1T 处理级别的 Landsat 影像经过几何和辐射纠正处理 采 用 WGS 84 坐标系和 UTM 投影 共 7 个波段 总共从 USGS 下载了 Landsat TM5 ETM 影像 9907 景 约 80 的获取时间在 2009 2011 年内 详细统计
6、情况见表 1 9907 景影像的季相分布见图 1 GlobeLand30 2010 分幅产品中有多光谱影像接 图表图层 其详细反映了每景影像的获取时间及分类所利用的实际范围 表 1 Landsat 影像获取年代统计 年份年份 20092009 年年 20102010 年年 20112011 年年 其他其他 所占所占比例比例 30 59 41 06 9 14 19 21 图 1 GlobeLand30 2010 所利用的 LandsatTM5 ETM 影像时相 根据 Landsat 网站技术文件介绍 Level 1T 处理级别的 TM ETM 影像 几何 纠正平面中误差为 75 米 在分类前 利
7、用 GoogleEarth 影像和 1 米分辨率正 射影像 选取明显地物点对每景 TM 和 ETM 影像进行了平面几何精度检查 总共 检查出有 171 景 Landsat 影像达不到几何精度要求 对这 171 景影像全部进行了 重新纠正处理 用于分类的所有 Landsat 影像 其影像接边差在 1 个像素内 影像分类预处理包括大气和地形校正 大气校正采用基于改进版本的 Fast Line of Sight Atmospheric Analysis of Spectral Hypercubes FLAASH 算法 地形校正 采用的是基于 COS 校正的地形抹平处理校正方法 SCOS 法 3 由于
8、 2010 年前后的 TM5 影像全球覆盖不佳 在赤道等多云区域无法检索订 购到无云的影像 需要利用 Landsat7 ETM SLC off 影像数据进行补充 通过下 载多期 ETM SLC off 影像 采用邻近相似像元插补法 Neighborhood Similar Pixel Interpolator NSPI 进行数据插补 形成一景完整影像 共插补 ETM SLC off 影像 1354 景 主要分布在靠近赤道沿线及北半球高纬度地区 见图 2 图 2 GlobeLand30 2010 所利用的 ETM SLC off 影像区域 2 1 2 HJ2 1 2 HJ 1 1 卫卫星影像星影
9、像 HJ 1 是中国发射用于环境监测和防灾减灾的卫星星座 该卫星拥有光学 红外 超光谱多种探测手段 其中 HJ 1A 星搭载有多光谱相机 CCD 高光谱成 像仪 HSI HJ 1B 星搭载有多光谱相机 CCD 红外多光谱成像仪 IRS 其 卫 星 传 感 器 技 术 参 数 见 表 2 有 关 HJ 1 卫 星 的 详 细 介 绍 请 访 问 表 2 HJ 1A B 卫星有效载荷指标一览表 卫卫星名称星名称 有效载荷有效载荷 波段波段 谱段范围谱段范围 m m 空间分辨率空间分辨率 m m 幅宽幅宽 km km 侧摆能力侧摆能力 HJ 1A CCD 1 0 43 0 52 30 单台相机 36
10、0 双台相机 700 2 0 52 0 60 3 0 63 0 69 4 0 76 0 90 HSI 115 0 45 0 95 100 50 30 HJ 1B CCD 1 0 43 0 52 30 单台相机 360 4 2 0 52 0 60 双台相机 700 3 0 63 0 69 4 0 76 0 90 IRS 1 0 75 1 10 150 720 2 1 55 1 75 3 3 50 3 90 4 10 5 12 5 300 地表覆盖数据研制利用的是 HJ 1 星 CCD 影像数据 其幅宽 360KM 空间分辨 率为 30 米 包括 4 个波段 共利用 HJ 1 多光谱影像 1465
11、 景 覆盖全球 60 范 围 见图 3 获取时间为 2008 年 9 月至 2011 年 12 月 HJ 1 影像利用全球 ETM 镶嵌产品 GeoCover2000 作为控制源进行几何纠 正 纠正影像与 Landsat 影像的套合中误差在 1 5 像元以内 图 3 GlobeLand30 2010 所利用的 HJ 1 卫星影像覆盖区域 2 2 2 2 辅助辅助资料资料 除了分类影像外 GlobeLand30 2010 研制还使用了大量的辅助数据和参考 资料 支持样本选取 辅助分类及验证精度等工作 主要包括 已有地表覆盖数 据 全球 区域 MODIS NDVI 数据 全球基础地理信息数据 全球
12、 DEM 数据 各种专题数据和在线高分辨率影像 如 GoogleEarth 高分影像 必应影像 OpenStreet 和天地图高分影像 等 5 2 2 2 2 1 1 已有已有地表覆盖数据地表覆盖数据 1 6 套全球地表覆盖数据 分别为 USGS 的 IGBP DISCover 数据集 美国马 里兰大学的 UMD GeoCover 数据集 美国波士顿大学的 BU MODIS 数据集 欧盟联 合研究中心的 GLC2000 数据集 欧空局的 GlobCover2005 和 GlobCover2009 除 GlobCover2005 和 GlobCover2009 的分辨率为 300 米外 其他 4
13、 套数据的分辨率 均为 1 千米 上述 6 套数据的分类系统存在较大差异 本项目主要参考了 GLC2000 和 GlobCover2009 2 区域地表覆盖数据 在项目实施过程中 加强了对区域性高分辨率地表覆盖数据的收集 总共收 集了以下国家和区域的高分辨率地表覆盖数据 中国 1 10 万土地利用数据 由中国科学院地理科学与资源研究所提供 利用 1999 2000 年的 LandsatTM ETM 影像和中国资源一号卫星 CCD 影像 生产完成 采用中国科学院土地利用分类系统 美 国 土 地 覆 盖 数 据 集 NLCD 从 美 国 环 境 保 护 署 网 站 http www epa gov
14、 mrlc 下载 利用 Landsat TM ETM 影像生产完 成 数据空间分辨率 30 米 采用 MRLC 分类系统 加拿大 1 25 万地表覆盖数据 Circa2000 从加拿大基础地理空间信 息数据共享平台 http www geobase ca 下载 利用 Landsat TM ETM 影像完成 采用 EOSD 土地覆盖分类系统 欧 洲 地 表 覆 盖 数 据 CORINE Land Cover2000 从 欧 洲 环 境 署 http www eea europa eu 下载 比例尺为 1 100000 数据采用 CORINE 土地覆盖分类系统 澳 大 利 亚 地 表 覆 盖 DL
15、CD 从 澳 大 利 亚 地 球 科 学 局 http www ga gov au 下载 该数据集 2011 年发布 分辨率为 250 米 采用国际标准化组分类系统 2 2 2 2 2 2 MODIS NDVIMODIS NDVI 数据数据 从USGS下 载 了2009年 全 年MODIS的MOD13Q1产 品 https lpdaac usgs gov 该产品包含 MODIS 的单波段影像 蓝波段 红 6 波段 近红外波段 中红外波段 和 NDVI EVI 数据 空间分辨率 250 米 MOD13Q1 产品全年共 23 期 全球陆地区域共有 616 幅 该数据集经过投影转换 配准纠正 数据滤
16、波 数据时间序列整合等处理 形成了包含 23 个波段 250 米空间分辨率的 MODIS NDVI 时间序列数据 该数据 能反映耕地 裸地 林 灌 草等类型的季相变化信息 可以弥补单期分类影像 无法获取地物季相变化信息的不足 2 2 2 2 3 3 全球全球基础地理信息数据基础地理信息数据 收集了全球 1 100 万基础地理底图数据和全球 Vmap 数据 主要利用其所包 含的居民地层 道路层 湖泊层 河流层 4 个矢量数据图层 作为分类时样本选 取 人工交互检查时的参考数据 2 2 2 2 4 4 全球全球 DEMDEM 数据数据 收集了全球 SRTM DEM 数据和 ASTER GDEM 数据 主要利用 DEM 数据生成坡 度信息 为地表覆盖类型的类型判别及质量检查等提供参考信息 收集的 SRTM DEM 为 CGIAR CSI 发布的第四版 分辨率为 3 弧秒 约 90m 数据覆盖范围为北纬 60 度到南纬 56 度之间 收集的 ASTER GDEM 数据分辨率为 1 弧秒 约 30m 数据覆盖范围为北纬 83 度到南纬 83 度之间 根据对 2 套 DEM 数据的质量分析结果 分
