数据论文 I 区论文(评审中) · 版本 ZH1
2016~2017年天宫二号空间实验室对地观测数据产品集
Earth observation data of the Tiangong-2 Space Laboratory (2016 – 2017)
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: 2017 - 11 - 07
: 2017 - 11 - 16
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摘要&关键字
摘要:天宫二号空间实验室于2016年9月15日成功发射,主要搭载三个对地观测载荷——宽波段成像仪、三维成像微波高度计及多波段紫外临边成像光谱仪。目前天宫二号运行稳定,本数据集存储了2016年9月至今经过预处理后的天宫二号的对地观测数据产品。这些存档的数据产品通过载人航天空间应用数据推广服务平台(http://www.msadc.cn)面向国内外应用与研究组织、机构和团体进行分发共享服务。本数据集中的数据产品在发布前经过质量筛选和确认,数据产品质量良好,可在大气、海洋与陆地的中大尺度地物目标监测中发挥重要作用,可开展土地覆盖分类、生态环境评价、海岸线变化监测、海洋动力环境监测、内陆水体水质监测、冰川及地形监测、中上层大气状态与扰动监测和臭氧预报等方面的研究与应用。
关键字:天宫二号;对地观测数据集;宽波段成像仪;三维成像微波高度计;多波段紫外临边成像光谱仪
Abstract & Keywords
Abstract: Tiangong-2 Space Laboratory was successfully launched on September 15, 2016. It carries out three earth observation loads, including Wide-band Imaging Spectrometer, Three-dimensional Imaging Microwave Altimeter and Multi-band Ultraviolet Edge Imaging Spectrometer. Till now, Tiangong-2 runs stable. This data set contains earth observation data products which were obtained by Tiangong-2 from September 2016 to date, and preprocessed by a ground data processing system. These archived data products have been released on the Space Application Data Promoting Service Platform for China Manned Space Engineering (http://www.msadc.cn), which provides data services for domestic and foreign application and research organizations, institutions and groups. These data products have been filtered and quality-controlled before they are published. The products could be used in the monitoring of large-scale targets in atmosphere, oceans and land, including land cover classification, ecological environment assessment, coastline changes monitoring, marine dynamic environmental monitoring, inland water quality monitoring, glacier and topographic monitoring, upper and middle atmospheric conditions and disturbances monitoring, ozone forecasting and so forth.
Keywords: Tiangong-2 Space Laboratory; earth observation data; Wide-band Imaging Spectrometer; Three-dimensional Imaging Microwave Altimeter; Multi-band Ultraviolet Edge Imaging Spectrometer
数据库(集)基本信息简介
数据库(集)名称
Title
2016~2017年天宫二号空间实验室对地观测数据产品集
Earth observation data of the Tiangong-2 Space Laboratory (2016 – 2017)
数据作者
Data authors
李盛阳、张万峰、刘志文、谭洪、覃帮勇、郝忠翁、于海军、邵雨阳、刘云飞、秦曼、刘康、黑保琴、李轩
Li Shengyang, Zhang Wanfeng, Liu Zhiwen, Tan Hong, Qin Bangyong, Hao Zhongweng, Yu Haijun, Shao Yuyang, Liu Yunfei, Qin Man, Liu Kang, Hei Baoqin, Li Xuan
通讯作者
Corresponding author
覃帮勇 Qin Bangyong
(qinby@csu.ac.cn)
数据时间范围
Time range
2016年9月至2017年10月
From September 2016 to October 2017
地理区域
Geographical scope
(1)宽波段成像仪三维成像微波高度计数据产品覆盖南北纬43°以内的部分陆地和海洋;
(2)多波段紫外临边成像光谱仪 数据产品覆盖地球大气层10km-60km(部分数据10km-80km)范围。 (1) Data products of Wide-band Imaging Spectrometer and Three-dimensional Imaging Microwave Altimeter cover parts of the land and ocean within 43 degrees north and south latitude.
(2) Data products of Multi-band Ultraviolet Edge Imaging Spectrometer cover an altitude range of 10 km – 60 km of the earth’s atmosphere.
空间分辨率
Spatial resolution
(1)宽波段成像仪 :可见近红外谱段(100 m)、短波红外谱段(200 m)、热红外谱段(400 m);
(2)三维成像微波高度计常规: 二维图像(100m)、高分二维图像(30m);
(3)多波段紫外临边成像光谱仪: 紫外环形图像数据(3km)、紫外前向光谱数据(3km)。
(1)Wide-band Imaging Spectrometer : visible and near infrared spectrum (100 m), short wave infrared spectrum (200 m), thermal infrared spectrum (400 m).
(2)Three-dimensional Imaging Microwave Altimeter: regular resolution image (100 m), high resolution image (30 m).
(3)Multi-band Ultraviolet Edge Imaging Spectrometer: ultraviolet forward spectrum data (3 km), ultraviolet annular image data (3 km).
数据量
Data volume
1.22 TB
数据格式
Data format
.tif, .png, .xml, .jpg, .h5
数据服务系统网址
Data service system
载人航天空间应用数据推广服务平台
Space Application Data Promoting Service Platform for China Manned Space Engineering (http://www.msadc.cn);
Science Data Bank (http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/522)
基金项目
Sources of funding
国家科技部国家科技基础条件平台项目“国家基础科学数据共享服务平台”(DKA2017-12-02-23)
he National R&D Infrastructure and Facility Development Program of China – Fundamental Science Data Sharing Platform (DKA2017-12-02-23)
数据库(集)组成
Database composition
数据集由3部分数据组成:
(1)宽波段成像仪数据产品,包括可见近红外影像、短波红外影像及热红外影像;
(2)三维成像微波高度计数据产品,包括常规二维图像和高分二维图像;
(3)多波段紫外临边成像光谱仪数据产品,包括紫外前向光谱仪数据产品和紫外环形成像仪数据产品。
The dataset consists of three parts:
(1) Data product of Wide-band Imaging Spectrometer, which includes visible and near infrared images, short wave infrared images and thermal infrared images.
(2) Data product of Three-dimensional Imaging Microwave Altimeter, which includes regular and high resolution images.
(3) Data product of Multi-band Ultraviolet Edge Imaging Spectrometer, which includes ultraviolet forward spectrum data and ultraviolet annular image data.
引 言
天宫二号是以实施空间科学和应用实验、空间技术试验为主要目标的中国第一个真正意义上的空间实验室。天宫二号搭载了全新的空间科学与应用载荷设备,开展了十余项科学和应用实验和试验,涉及微重力基础物理、微重力流体物理及空间材料科学、空间生命科学、空间天文观测、空间地球科学及应用等多个领域[1-2]。其中空间地球科学及应用领域有宽波段成像仪、三维成像微波高度计(以下简称微波高度计)和多波段紫外临边成像光谱仪(以下简称紫外光谱仪)三个载荷。
宽波段成像仪是国内首次在单台仪器上,实现可见近红外(0.4~1.0 μm)、短波红外(1.0~1.7 μm)和热红外(8.0~10.0 μm)多光谱大视场推扫成像功能的宽刈幅(约300 km)光学遥感器;微波高度计采用Ku频段小角度干涉测量技术、合成孔径技术[3],精确获取海面高度信息,是国际上首次实现宽刈幅(约30 km)海面高度测量并能进行三维成像的微波高度计;紫外光谱仪是国际上首次采用大视场对全球中层大气的紫外临边辐射特性进行准同时探测,经过数据分析后可获得中间层和低热层的臭氧、大气密度以及其他大气微量气体的垂直结构和三维动态分布,从而为大气科学研究和大气环境监测提供数据支撑。
1   数据采集和处理方法
本数据集主要存储宽波段成像仪、微波高度计以及紫外光谱仪的数据产品。各对地观测载荷按需进行数据获取,经地面数据解格式处理、逻辑分景、辐射校正、几何校正等预处理,生成标准数据产品,通过载人航天空间应用数据推广服务平台(以下简称推广服务平台,网址:http://www.msadc.cn)进行发布。授权用户可通过推广服务平台进行数据产品的查询、浏览和下载。
1.1   宽波段成像仪数据产品
宽波段成像仪可见近红外、短波红外与热红外数据产品经过视场拼接、波段间配准、相对/绝对辐射校正处理后,再经过传感器校正和几何投影生成带有地理坐标的图像数据产品。
1.2   微波高度计数据产品
微波高度计常规观测模式及高分观测模式获取的数据经过图像重建、天线方向图校正、斜距衰减校正、地面分辨单元校正及几何校正后生成相应的常规二维图像和高分二维图像数据产品。
1.3   紫外光谱仪数据产品
紫外光谱仪由紫外环形成像仪和紫外前向光谱仪组成,紫外环形数据经辐射归一化、像元合并等校正后,再经过辐亮度校正、像元重排列、几何定位处理后生成环形图像数据产品;紫外前向数据经过辐射归一化、像元合并等校正后,再经过浸透射板角度特性校正、辐亮度校正、几何校正后生成前向光谱数据产品。
2   数据样本描述
天宫二号空间实验室对地观测数据产品主要以灰度值存储地面空间信息与地物特征。本数据集采用行业标准数据格式,并配套有完整的元数据信息,方便数据读取及使用。天宫二号数据产品文件名采用“字符串+下划线”的形式。
2.1   宽波段成像仪与微波高度计数据产品
宽波段成像仪与微波高度计的数据产品命名格式如下:
s1_s2_s3_s4_t1_t2_s5_s6_s7_t3_s8.s9
按照前后顺序,具体含义如下:
s1——飞行器代号,如“T2”表示天宫二号;
s2——载荷名称,如“MWI”表示宽波段成像仪,“IALT”表示微波高度计;
s3——产品标识,如“VNI”、“SWI”和“INF”分别表示宽波段成像仪中可见近红外谱段、短波红外谱段和热红外谱段,“RIMG”和“HIMG”分别表示微波高度计常规二维模式和高分二维模式;
s4——数据类型,如“IMG”表示图像数据,“SCI”表示科学数据;
t1——数据采集开始时间(北京时间),如“20171012094001”表示北京时间2017年10月12日9时40分01秒;
t2——数据采集结束时间,格式同t1;
s5——产品级别,如“L1”表示一级产品,“L2”表示二级产品;
s6——分段号,如宽波段成像仪数据产品的“000”表示整轨影像没有分段,“001”表示分段的第一段,微波高度计产品中的“6”表示整轨影像中的第6段;
s7——分景景号,如宽波段成像仪数据产品的“6”表示该段影像中的第6景,微波高度计产品中的“15”表示该段影像中的第15景;
t3——产品生成时间,格式同t1;
s8——版本号,如“V111”、“V211”用于标识不同版本的数据产品;
s9——文件后缀,如“tif”为Geotiff格式的图像数据产品,建议用ENVI、Erdas、ArcGIS等通用遥感图像软件打开,“png”为数据产品的缩略图,“jpg”为数据产品拇指图,“xml”表示数据产品的元数据文件。
宽波段成像仪数据产品示例如图1:
T2_MWI_VNI_IMG_20171006103056_20171006104833_L2_000_21_20171102114836_V211.tif




图1   宽波段成像仪可见近红外影像与xml文件
微波高度计数据产品示例如图2:
T2_IALT_RIM1_SCI_20171010051108_20171010052036_L2_6_15_20171011041404_V111.tif




图2   微波高度计二维图像与xml文件
从宽波段成像仪与微波高度计数据产品的xml文件中,可获得影像的经纬度坐标与分辨率等信息。
2.2   紫外光谱仪数据产品
紫外光谱仪数据产品命名格式如:s1_s2_s3_s4_t1_t2_s5_t3_s6.s7
按照前后顺序,具体含义如下:
s1——飞行器代号,如“T2”表示天宫二号;
s2——载荷名称,如“ZW”表示多波段紫外临边成像光谱仪;
s3——相机名称,如“ZWF”“ZW265”“ZW295”“ZW360”分别表示紫外前向光谱仪、紫外环形成像仪265nm通道、紫外环形成像仪295nm通道和紫外环形成像仪360nm通道;
s4——产品标识,如“IMG340”“IMG170”和“IMG1024”分别表示像素个数为340×340、170×170和1024×1024的标准图像数据;
t1——数据采集开始时间(北京时间),如“20171013133212”表示北京时间2017年10月13日13时32分12秒;
t2——数据采集结束时间,格式同t1;
s5——产品级别,如“L1”表示1级产品;
t3——产品生成时间,格式同t1;
s6——版本号,如“V101”“V102”等,用于区别不同版本的数据产品;
s7——文件后缀,如“h5”表示hdf5格式,建议用hdf有关应用软件打开。
紫外环形产品如图3:
T2_ZW_ZW295_IMG340_20171013133212_20171013135716_L1_20171014111102_V102.h5


图3   紫外环形成像仪295nm通道一级产品
紫外前向产品示例如图4:
T2_ZW_ZWF_IMG170_20171013150426_20171013152936_L1_20171014125440_V102.h5


图4   紫外前向光谱仪一级产品
图3与图4中左侧是紫外光谱仪一级产品的结构,包含头文件、辅助信息和观测数据等。
3   数据质量控制与评估
天宫二号地面数据处理与服务系统建有对地观测载荷质量分析与评价系统,定期对所处理生成的对地观测数据产品进行质量评估,并根据质量评估结果对数据产品进行质量优化和控制,确保各类型数据产品满足质量和精度要求。
对宽波段成像仪数据产品,主要从云覆盖量、图像信噪比、几何定位精度等多个方面进行质量评估。数据产品要求为:(1)云覆盖量不超过20%;(2)图像各波段平均信噪比不低于40 dB;(3)图像几何定位精度在3个像元以内。
对微波高度计数据产品,从图像信噪比、几何定位精度等方面进行质量评估。数据产品要求为:(1)图像平均信噪比不低于20 dB;(2)图像几何定位精度在10个像元以内。
对紫外光谱仪数据产品,主要对图像信噪比进行质量评估。数据产品要求为:(1)环形图像数据信噪比不低于50 dB;(2)前向光谱数据信噪比不低于20 dB。
经过上述质量评估后,满足发布要求的影像数据,作为天宫二号对地观测数据产品集在推广服务平台进行分发共享。
4   数据价值
宽波段成像仪是中等空间分辨率、通道可编程和三谱段可同时推扫成像的对地观测光学成像系统,针对中/大尺度地物目标监测,具有广泛的应用前景。在海洋应用中,该成像仪数据产品可用于海洋中叶绿素、悬浊物浓度、溶解有机物等水色参数反演以及海表温度反演,还可以应用于赤潮监测、浮游生物量和初级生产力估算、海岸带制图等方面。在陆地应用中,该成像仪可见近红外谱段数据产品可用于国土资源、农林应用、城市环境监测等方面信息提取及土地利用/土地覆盖分类,还可用于内陆大型水体综合监测、生态环境评价以及突发性灾害监测等;短波红外谱段数据产品可用于土壤湿度、农作物长势监测、云监测等;其热红外谱段数据产品可用于地表温度反演、火灾监测等[4-6]。宽波段成像仪与欧洲航天局的环境卫星(Envisat)搭载的中分辨率成像光谱仪(MERIS)在可见近红外谱段具有相似的波段设置,同时比MERIS增加了短波红外和热红外谱段,在空间分辨率上也有较大提升。MERIS数据的应用领域和方向,宽波段成像仪数据同样适用。
微波高度计是具有宽刈幅、高精度、海陆干涉和二维成像观测能力的观测系统,可用于海洋动力环境(包括海平面高度、海面风浪和洋流)监测、海洋预报及陆地地形测量、冰川及大型水体监测等应用领域[7-9]。微波高度计数据产品的应用领域和方向可参考欧洲航天局的欧洲遥感卫星(ERS-1、ERS-2等)上雷达测高仪数据的应用领域和方向。
紫外光谱仪数据产品可监测中上层大气状态与扰动,研究全球整层大气密度、臭氧分布[10-11]和气溶胶微量成分的垂直结构和三维分布等。紫外光谱仪数据产品的应用领域和方向可参考美国的臭氧成像与廊线仪装置(OMPS)数据的应用领域和方向。
数据作者分工职责
李盛阳(1976—),男,山东人,博士,研究员,研究方向为航天地面数据系统技术、空间科学大数据、遥感信息智能处理。主要承担工作:地面处理与服务系统的架构设计与研发。
张万峰(1982—),男,内蒙古人,博士,副研究员,研究方向为基于高性能计算的空间科学数据并行处理与并发调度技术。主要承担工作:地面数据处理系统的架构设计、载荷数据处理算法CPU+GPU并行化、系统运行及维护。
刘志文(1979—),男,湖北人,博士,助理研究员,研究方向为遥感图像几何校正技术。主要承担工作:宽波段成像仪数据产品处理算法实现。
谭洪(1982—),男,湖南人,博士,助理研究员,研究方向为合成孔径雷达和微波成像高度计数据处理。主要承担工作:三维成像微波高度计数据产品处理算法实现。
覃帮勇(1987—),男,重庆人,博士,助理研究员,研究方向为航天数据处理、数据质量分析与控制。主要承担工作:多波段紫外临边成像光谱仪数据产品处理算法实现,数据质量分析与评价系统设计、研发及运行维护。
郝忠翁(1987—),男,河北人,硕士,工程师,研究方向为大数据存储管理。主要承担工作:数据归档系统的设计、研发及运行维护,载人航天数据推广服务平台运行维护。
于海军(1987—),男,山东人,硕士,工程师,研究方向为数据可视化技术及其应用。主要承担工作:数据处理系统数据产品格式生成、三维地球数据可视化管理系统的设计与研发。
邵雨阳(1985—),男,吉林人,硕士,助理研究员,研究方向为数据利用技术。主要承担工作:宽波段成像仪、三维成像微波高度计快视系统的设计、研发及运行维护。
刘云飞(1989—),男,安徽人,硕士,工程师,研究方向为地理信息系统、数据可视化与可视分析。主要承担工作:可视化数据归档管理系统的设计与研发。
秦曼(1991—),女,河北人,硕士,工程师,研究方向为软件工程、机器视觉。主要承担工作:数据运营软件设计与研发、数据应用成果管理系统设计与研发。
刘康(1989—),女,山西人,硕士,助理工程师,研究方向为生态遥感应用。主要承担工作:数据分发服务及应用研究。
黑保琴(1975—),女,宁夏人,硕士,高级工程师,研究方向为数据预处理技术。主要承担工作:数据预处理与标准化。
李轩(1987—),男,北京市人,博士,工程师,研究方向为遥感图像目标识别。主要承担工作:数据处理与专题图制作。
致 谢
感谢载人航天工程提供天宫二号宽波段成像仪、三维成像微波高度计和多波段紫外临边成像光谱仪数据。
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数据引用格式
李盛阳, 张万峰, 刘志文, 等. 2016~2017年天宫二号空间实验室对地观测数据产品集[DB/OL]. Science Data Bank, 2017. (2017-11-11). DOI: 10.11922/sciencedb.522.
稿件与作者信息
论文引用格式
覃帮勇, 李盛阳, 郝忠翁, 等. 2016~2017年天宫二号空间实验室对地观测数据产品集[J/OL]. 中国科学数据, 2017. (2017-11-15). DOI: 10.11922/csdata.2017.0003.zh.
出版历史
I区发布时间:2017年11月16日 ( 版本ZH1
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