A Landsat 4–5 pályasajátosságai

A Landsat 4–5 műholdak, elődjeikhez hasonlóan, ismétlődő, cirkuláris, napszinkron, közel-poláris pályán keringenek. A pálya magassága alacsonyabb a korábbinál (900 km), kb. 705 km. A pálya tényleges magassága 696–741 km közötti. A változás a Föld nem szabályos gömb alakjából következik (4.5.ábra).

4.5. ábra - A Landsat 4–5 műholdak pályasajátosságai^[36]

A műhold legmagasabban a sarkok fölött, legalacsonyabban az Egyenlítő fölött halad át. Ezt a magasságot azért választották, hogy az esetleg fellépő hibákat az űrsikló (Space Shuttle) segítségével kijavíthassák. Az ilyen befogás rendkívül bonyolult és veszélyes művelet, gondoljunk csak az óriási sebességre, de hasonló esetre volt már példa, pl. 1993. december 3-án, amikor az űrsikló legénysége megközelítette és a siklóba emelte a meghibásodott Hubble-teleszkópot.

A Landsat 4–5 pályasajátosságai közül a legfontosabbak: (1) az inklináció 98,22°, (2) a műhold észak-déli irányú keringése során mindig  helyi idő szerint 9 óra 45 perckor keresztezi az Egyenlítőt, (3) egy teljes fordulat kb. 99 percig tart, amely egy nap alatt 14,54 fordulatot jelent. A Föld tengely körüli forgása következtében az Egyenlítő mentén két egymást követő pálya közötti távolság 2752 km (4.6. ábra).

4.6. ábra - A LANDSAT 4–5 egymást követő napi pályáinak helyzete

A Landsat 4–5 fedélzeti rendszerei

A rendszer tartalmazza az MSS és a TM berendezést is (4.7. ábra). A műhold súlya kb. 2000 kg, az energiaellátást 4 db 1,5x2,3 m-es, aszimmetrikusan elhelyezett napelem biztosítja. Az adattovábbító antenna (high gain antenna) az adatokat a geoszinkron pályájú műholdakra továbbítja. Ezeket a kommunikációs műholdakat TDRS (Tracking and Data Relay Satellite System) néven ismerik. Az első TDRS-1 műhold a 41° Ny-i hosszúsági fölött helyezkedik el és így szinte teljes lefedést biztosít a nyugati félgömbön.

4.7. ábra - A LANDSAT 4–5 műholdak modellje ^[37]

Az MSS és a TM adatok közvetlen Földre sugárzását a műhold fedélzeti antennáival lehet elérni. Az adatátvételi sebesség az MSS adatoknál 15, a TM adatoknál 85 Mbps.

A Landsat 4–5 MSS rendszere

A műholdak fedélzeti MSS rendszerei teljes egészében megegyeznek az előző 3 műholdon használt MSS rendszerekkel, ezáltal biztosítva a folytonosságot. A csökkentett pályamagasság miatt, a változatlan (185 km) szélesség megtartása érdekében a látószög 11,56°-ról 14,92°-ra növekedett. A szkenner pillanatnyi képmezőjének (IFOV) megfelelő legkisebb lefedett területegység mérete a korábbi 79x79 m-ről 82x82 m-re növekedett. Ugyanazt a 4 hullámsávot használták, mint az előzőek, de újraszámozták őket. A korábbi műholdak 4–7 számú hullámsávja az újabb (Landsat 4–5) műholdak MSS rendszerében az első négy hullámsáv lett.

A Landsat 4–5 TM rendszere

A TM az MSS-nél lényegesen fejlettebb multispektrális szkenner, amely számos spektrális, radiometrikus és geometriai különbséget mutat elődjéhez képest. A spektrális érzékelő rendszer négy helyett már hét sávban gyűjti az adatokat. Új a látható fény tartományba eső kék (0,45–0,52 μm), a közepes-infravörös (1,55–1,75 μm) és a hőtartományú (10,4–12,5 μm) sáv. A hullámsávok kiválasztásában az játszotta a döntő szerepet, hogy minél jobban érzékelhetők legyenek a legfontosabb felszíni jelenségek spektrális különbségei és összehasonlítható adatbázist biztosítsanak az MSS adatokkal, valamint a kiterjedt földi radiometrikus mérésekkel.

A TM fedélzeti analóg-digitális jelátalakítója 8 bites felbontású, az analóg jeleket egy 0-tól 255-ig terjedő intervallumba eső egész számmá alakítja át. Ez négyszeres növekedést jelent a szürkeségi skálán az MSS 64 fokozatú skálájához képest. A finomabb radiometrikus felbontás, az adott sávban jelentkező kisebb radiometrikus változások érzékelését teszi lehetővé.

A geometriai különbségek is szembetűnők. A TM adatok 30 m-es legkisebb lefedett területegységre vonatkoznak minden sávban, kivéve a termális infravörös TM 6 sávot, amelyben a térbeli felbontás 120 m-es.

Ugyanakkor számos tervezési változtatás révén az adatok geometriai pozícionálhatóságának pontosságát is növelték. A TM képeket egyebek mellett a magyar EOV (Egységes Országos Vetület) rendszerbe lehet korrigálni, hasonlóan az MSS felvételekhez.

A TM sávok sokkal finomabban adják vissza a tónus alapján a különböző évszakokban kialakuló vegetációs különbségeket mint az MSS sávok. A zöld és a vörös sávok (2–3. sávok) a TM rendszerben szűkebbek, mint az MSS-beli megfelelőjük (5–6. sáv). A közeli-infravörös (4.) TM sáv is keskenyebb, mint az összetettebb MSS sáv ebben a tartományban és a növényzet megfigyelését szolgálja. A növény víztartalma egyaránt vizsgálható a két közepes-infravörös sávban (5. és 7. sáv). A növényi élet változásai, betegségek kimutathatók a TM kék sáv (1. sáv) segítségével.

A vegetációs különbségek megfigyelése mellett a TM sávok egyéb területeken is felhasználhatók. Többek között a kis vízmélységű tavak, tengerpartok megfigyelésében (különösen az 1. sáv), a kőzettípusok megkülönböztetésére (5. és 7. közepes-infravörös sávok), a hó és a felhőborítás elhatárolására az 5. sáv az ideális, a 6. sáv pedig a hőmérsékleti eloszlás térképezést szolgálja.

Amíg az MSS csak nyugat-keleti irányban gyűjti az adatokat, addig a TM visszafelé is képes adatgyűjtésre. Az oda-vissza irányú pásztázás közbeni mozgásokból származó hatásokat az SLC (Scan Line Corrector, lásd Landsat-7) kompenzálja. Ez a kétirányú érzékelő folyamat növeli az adott terület érzékeléséhez szükséges időtartamot. A technikai különbség előnye a geometriai pontosság növekedésében és a jel/zaj arány csökkenésében nyilvánul meg.

A másik fontos különbség a TM és az MSS között a detektorok számában rejlik. Amíg az MSS minden sávban 6 detektort, így összesen 24 (4x6), használt, addig a TM minden nem termális sávjában 16–16 (480 m széles pászta), a termális sávban 4, összesen tehát 100 detektorral végzi az egyidejű érzékelést.

a A 6. és a 7. sáv nem követik a növekvő hullámhossz sorrendet, mert a 7. sávot csak az eredeti rendszer megtervezése után kapcsolták a TM sávokhoz.

4.8. ábra - Magyarország területét lefedő Landsat felvételek azonosítói

A Landsat TM sávok analóg kompozíciói és alkalmazásaik

A Landsat TM szenzorával készített felvételek megjelenítése történhet sávonként (fekete-fehér, szürke árnyalatos kép) vagy 3 sáv egyidejű alkalmazásával ún. sávkombinációkban. A digitális adatok megjelenítésekor a színes kép egy képeleme 3 színkomponens (vörös, zöld, kék) keverésével áll elő. A TM szenzor 7 sávjából számos 3 elemű ismétléses, vagy ismétlés nélküli kombinációt képezhetünk, de ezek közül néhány alkalmazása gyakoribb a többinél.

TM 321 (RGB) sávkombináció

Ez a TM valós színű sávkombinációja természethű színes képet hoz létre. Ez azért lehetséges, mert a pixelek színe ugyanazon színek (vörös, zöld, kék) keveréséből áll össze nyomtatáskor vagy a digitális kijelzőn, mint amilyen színek reflektanciáját méri a TM az első 3 sávjában. Vagyis a vörös reflektancia értékek vörös árnyalataival, a zöld reflektancia a zöld árnyalataival, a kék szín reflektanciája a kék szín árnyalataival jeleníthető meg.

A látható fény tartományába eső sávok (vörös, zöld, kék - red, green, blue RGB) áthatolnak a vékony vízrétegen és láthatóvá teszik az apróbb részleteket, pl. a víz örvénymozgását, az áramlásokat, valamint az üledék-felhalmozódásokat.

Ilyen képeken jól vizsgálhatók a selfterületek, kismélységű tavak morfológiai sajátosságai. Általában a sötétkék szín a mélyebb, a világoskék a sekélyebb vízborította területeket jelöli. A füst kibocsátása is ebben a sávkombinációban figyelhető meg a legjobban.

Az egészséges vegetáció a zöld szín különböző árnyalataiban tűnik elő, míg a talajokat barnás vagy barnássárga szín jelöli. Ez a sávkombináció alkalmas a partvonalak tanulmányozására. A szárazföld és a vízfelületek elhatárolása akkor lesz igazán pontos, ha olyan sávkombinációt alkalmazunk, amely tartalmaz infravörös tartományba eső sávot vagy sávokat is.

4.9. ábra - TM 321 (RGB) sávkombináció (A Tisza és a Maros torkolata Szegednél, jobb alsó sarokban Makó a Maros mentén látható, 1986.08.22)

۩ A Landsat TM 321 sávkombinációja videofelvételen (kattints a hivatkozásra!) - 1:53 p

TM 453 (RGB) sávkombináció

Ez a kombináció a közeli-infravörös, a közepes infravörös és a látható fény vörös sávok segítségével állítható elő, ezért a 321 (RGB) valós színű kompozícióval ellentétben ez a kompozíció ún. hamis színes kompozíció (false colour composite). Pontosan meghatározható a szárazföld és a vízfelületek határa, valamint élesebbé válnak azok a finom részletek, amelyek a látható fény tartományába eső sávok alkal-mazásával nem tűnnek elő.

A tavak és a folyók nagyobb pontossággal térképezhetők, ha egy vagy két infravörös sávot alkalmazunk. Ezzel a sávkombinációval a vegetációtípusok és ezek állapota is vizsgálható a színárnyalatok (barna, zöld és narancs), valamint a tónusok változásai alapján. A 453 (RGB) kombináció megmutatja a nedvességkülönbségeket is, így használható a talaj és a vegetáció állapotának vizsgálatára. Minél nedvesebb a talaj annál sötétebb színben jelenik meg a képen.

4.10. ábra - TM 453 (RGB) sávkombináció (A Tisza és a Maros torkolata Szegednél, jobb alsó sarokban Makó a Maros mentén látható, 1986.08.22)

۩ A Landsat TM 432 sávkombinációja videofelvételen - 1:46 p

TM 432 (RGB) sávkombináció

Ez a kép a közeli-infravörös, a vörös és a zöld látható fény sávok kombinációjaként jön létre. A TM 4 sáv használata biztosabb vízfelület elhatárolást tesz lehetővé. A két látható fény sáv használata újabb részleteket tár fel a vízfelszín alatti képződményekről, adatokat gyűjthetünk a partmenti száraz területekről, valamint az elöntött partszakaszokról.

A növényzet vörös színben jelenik meg a képen, a sötétvörös foltok nagy valószínűséggel erdőket jelölnek. Az emberi szem könnyebben elkülöníti a finomabb részleteket ebben a kombinációban, és így több információt kaphatunk a vegetáció változatosságáról és állapotáról. Általában a mélyebb, sötétebb vörös színárnyalatok dús levélborítottságot jelentenek, míg a világosabb vörös színárnyalatok a füves területeket vagy a ritkás vegetációjú felszíneket jelölik. A sűrű beépítettségű területek világos kék színben tűnnek elő. Ez a TM sávkombináció hasonló eredményeket ad, mint a hagyományos infravörös légifényképezés. Ennek a kombinációnak felel meg a SPOT XS 321 sávkombinációja is.

4.11. ábra - TM 432 (RGB) sávkombináció (A Tisza és a Maros torkolata Szegednél, jobb alsó sarokban Makó a Maros mentén látható, 1986.08.22)

۩ A Landsat TM 432 sávkombinációja videofelvételen - 1:49 p

TM 743 (RGB) sávkombináció

Ez a kép két infravörös sáv (7,4) és a vörös (3) sáv kombinációjaként jön létre. A TM 742 (RGB) kombináció alkalmazásakor a vegetáció zöld színben jelenik meg. A 7. sáv a talaj és a vegetáció nedvességtartalmáról nyújt információt. A sűrűn lakott területek (városok) a lila különböző árnyalataiban jelennek meg, míg a mezőgazdasági területek inkább világosabb színűek. A világos zöld foltok a városban parkok, temetők lehetnek. Az olíva zöldtől a fényes zöldig a színárnyalatok az erdősült területeket jelölik. Általában a tűlevelű erdők sötétebb színűek, mint a lombhullató erdők.

4.12. ábra - TM 743 (RGB) sávkombináció (A Tisza és a Maros torkolata Szegednél, jobb alsó sarokban Makó a Maros mentén látható, 1986.08.22)

۩ A Landsat TM 743 sávkombinációja videofelvételen - 2:30 p

A Landsat 4–5 WRS katalógus rendszere

A pályatulajdonságok következménye, hogy a műhold 16 naponként (4.13. ábra) kerül ugyanabba a pozícióba. A Landsat 4–5 műholdakat úgy állították pályára, hogy 8 napos késés legyen közöttük, vagyis, amikor mindkettő rendszerben volt, működésük 8 naponkénti lefedést biztosított.

4.13. ábra - A LANSDAT 4–5 16 napos fedési ciklusa és a pályák^[38]

A szomszédos pásztázási sávok között 7 napos időkülönbség van, ellentétben az előző 3 műholdtól, amelyek 18 napos ismétlődési ciklusában a szomszédos pásztázási sávok között csak 1 nap különbség volt. Következésképpen, a Landsat 4–5 esetében a képek katalogizálása a WRS rendszerben különbözik a Landsat 1–3 képek katalógus rendszerétől. A Landsat 4–5 WRS-ben a 233 utat 001-től 233-ig sorszámozták, keletről nyugatra és az első út a 64°36’ nyugati hosszúságnál metszi az Egyenlítőt. A sorok számozása hasonló a korábbi WRS-hez, vagyis, a 60. számú sor illeszkedik az Egyenlítőre a műhold észak-déli (leszálló) irányú keringésekor. Minden pálya első sora a 80° 47’ északi szélességnél kezdődik.

A Landsat-5 2011. novemberében (27 évvel a felbocsátás után) fejezte be működését.