卫星图下载是什么、为何下载、从何处获取及操作指南

卫星图，即通过人造地球卫星上的遥感传感器获取的地物影像，是现代地理信息和遥感应用不可或缺的基础数据。而将这些数字化的影像数据从服务提供商的服务器或数据库中传输到本地计算机或存储设备的过程，就是我们通常所说的“卫星图下载”。这不仅仅是简单的数据复制，它涉及到数据的选择、获取权限、传输方式以及后续的应用准备。

什么是卫星图下载？

简单来说，卫星图下载就是获取由卫星拍摄的地球表面的图像文件。这些文件包含了特定区域在某一时刻的地物信息。与在线查看地图不同，下载获得的通常是原始或经过一定处理的栅格数据文件，具有更高的专业性和应用价值。

可下载的卫星图类型和格式

可供下载的卫星图种类繁多，主要根据其采集方式、分辨率和光谱信息来区分：

• 光学影像：模拟人眼可见光或其他反射太阳光的波段。常见的有彩色合成图、全色图、多光谱图、高光谱图。分辨率从几十米到亚米级不等。
• 雷达影像：主动发射微波信号并接收回波形成影像，不受天气和光照条件影响。用于形变监测、地表覆盖分类等。

下载的卫星图文件格式也多种多样，常见的包括：

• GeoTIFF：最常见的格式，标准的TIFF格式加上地理空间元数据（如坐标系统、地理变换参数）。
• ERDAS IMAGINE (.img)：由ERDAS IMAGINE软件产生的格式，广泛应用于遥感图像处理。
• JPEG 2000 (.jp2)：一种高压缩率格式，支持有损和无损压缩，也常用于分发高分辨率影像。
• 其他格式：如HDF、NetCDF等，在高光谱或特定的科学数据中比较常见。

下载的影像文件通常还附带元数据文件（如XML、TXT格式），记录了影像的采集时间、传感器信息、轨道参数、处理级别、云量、成像角度等重要信息，这些元数据对于后续的数据处理和分析至关重要。

为什么需要下载卫星图？

下载卫星图并非仅仅是为了观看，而是为了进行更深入、更专业的应用和分析。与在线地图服务的流式数据不同，下载的原始数据提供了进行量化分析的可能性。具体用途非常广泛：

• 地理信息系统(GIS)分析：将卫星图作为底图或输入数据，进行叠加分析、空间查询、缓冲区分析等，例如评估某一开发项目对周边环境的影响。
• 测绘与制图：更新地图信息、制作专题地图（如土地利用图、植被覆盖图）、地形图等。高分辨率卫星图可以直接用于生成精细的基础地理底图。
• 土地利用/土地覆盖变化监测：比较不同时期同一区域的卫星图，分析森林减少、城市扩张、农田变化等趋势。
• 城市规划与管理：监测城市边界扩张、绿地变化、违章建筑，辅助基础设施规划。
• 环境监测：监测森林火灾、洪涝灾害、水体污染、冰川融化、海岸线变迁等。多光谱数据可用于提取植被指数（如NDVI）、水体指数等。
• 农业监测与管理：评估作物长势、预测产量、监测病虫害、规划精准农业灌溉和施肥。
• 资源勘探：结合地质图和其他数据，利用卫星图的地物特征辅助矿产、石油等资源的勘探。
• 应急响应与灾害评估：在地震、洪水等自然灾害发生后，快速获取灾区影像，评估受灾范围和程度，辅助救援决策。
• 科研与教育：为地球科学、环境科学、地理学、城市规划等领域的科研项目和教学提供数据支持。
• 特定行业的应用：如电力行业的线路选址和巡检、交通行业的路网规划和监测、国防安全领域的态势感知等。

总而言之，下载卫星图是为了获得可以进行离线处理、量化分析和长期保存的原始数据，以满足各种专业应用的需求。

从哪里可以下载卫星图？

卫星图的来源多样，有政府机构提供的免费数据，也有商业公司提供的高价值付费数据。选择哪个来源取决于你对影像的需求（如分辨率、覆盖范围、采集时间、光谱波段）以及你的预算。

免费卫星图源

一些政府机构和国际组织为了推广遥感应用和支持公共利益项目，提供免费的卫星遥感数据下载：

• 美国地质调查局 (USGS) Earth Explorer 或 GloVis：提供大量美国和全球范围的卫星数据，包括经典的Landsat系列（历史悠久，数据丰富）、MODIS、部分Sentinel数据、高程数据等。数据存档丰富，是获取中低分辨率长期序列数据的首选平台。需要注册账号才能下载。
• 欧洲空间局 (ESA) Copernicus Open Access Hubs：主要提供Sentinel系列卫星数据（Sentinel-1雷达、Sentinel-2光学中高分辨率、Sentinel-3海洋陆地监测等）。Sentinel数据分辨率较高（10米-60米），更新频繁，是当前非常活跃的免费数据源。也需要注册。
• 美国宇航局 (NASA)：提供MODIS、ASTER等科研级数据，主要通过其数据分发中心（如LAADS DAAC, LP DAAC等）获取。
• 中国科学院遥感与数字地球研究所：可能提供一些国产卫星数据的共享服务（需关注具体政策和平台）。
• 其他国家航天局或地理信息部门：一些国家也会共享其自有卫星的部分数据。

免费数据虽然无需直接付费，但可能分辨率相对较低（除非是Sentinel-2的10米或Landsat-8/9的15米全色），更新频率不如商业卫星，且服务平台的使用界面和下载速度可能不如商业服务便捷。但它们的数据量巨大，覆盖范围广，是进行大范围、长时间序列研究的重要基础。

商业卫星图源

商业公司运营的卫星通常提供更高分辨率（亚米级到几米级）、更灵活的调度和更频繁的更新，适用于对细节要求高、需要最新影像或特定区域精确覆盖的应用。这些数据通常需要付费购买：

• Maxar (原DigitalGlobe)：拥有WorldView系列（WorldView-1/-2/-3/-4）、GeoEye-1、IKONOS等高分辨率卫星，提供全球最高精度的商业卫星影像之一。
• Airbus Defence and Space：拥有Pleiades系列（高分辨率立体像对能力）、SPOT系列（中分辨率）等。
• Planet：以其大规模的PlanetScope星座闻名，可以提供全球陆地区域几乎每天一次的更新影像（分辨率约3米），另有高分辨率的SkySat卫星。
• 其他商业公司：如中国的长光卫星（吉林一号系列）、欧洲的TerraBella（现已并入Planet）等，也有提供商业遥感数据服务。

商业数据通常通过其官方网站、销售代理或专门的数据平台进行查询和购买。购买流程通常涉及定义区域、选择时间、筛选图像、获取报价和下单。

如何选择合适的来源？

选择下载源时，应考虑以下因素：

• 应用需求：需要多高的地面分辨率？对光谱波段是否有特殊要求（如红外、短波红外）？需要哪个时间点或哪个时间范围的影像？需要多大的覆盖区域？
• 预算：项目是否有购买商业数据的预算？免费数据是否满足精度和时效性要求？
• 数据可用性：目标区域在所需时间段内是否有合适的免费或商业存档影像？是否需要任务编程（针对商业卫星预约拍摄）？
• 数据特性：某些传感器或平台提供的影像在几何精度、辐射精度、光谱特性上有差异，可能影响后续处理效果。

下载卫星图需要多少费用？

如前所述，卫星图有免费和付费之分。

免费下载

免费数据源（如USGS, ESA）提供的数据通常无需直接支付费用。但需要注意的是，即使是免费数据，用户在使用时也需要遵守提供方的使用协议和条款，通常仅限于非商业、教育或科研用途。此外，获取和处理免费数据可能需要投入时间和技术成本，比如学习平台操作、下载大文件、进行必要的预处理等。

付费下载

商业卫星图的价格差异巨大，没有统一的标价。价格通常取决于多个因素：

• 分辨率：分辨率越高（地面物体细节越清晰），价格通常越高。亚米级影像比几米级影像昂贵得多。
• 面积：购买通常按覆盖的地面面积（平方公里或平方英里）计费。购买面积越大，每平方公里的单价可能越优惠，但总价会增加。
• 采集时间：近期新采集的影像（Tasking）比已有的存档影像（Archive）价格更高。任务编程的费用还会考虑卫星调度的复杂性。
• 处理级别：不同级别的产品价格不同。例如，经过正射校正（消除了地形起伏和传感器角度引起的畸变）的产品比原始产品贵。更高层次的处理（如大气校正、地表反射率产品）可能进一步增加费用。
• 光谱波段：包含更多光谱波段（如短波红外、多光谱）的产品通常比只有全色（黑白高分辨率）的产品贵。
• 使用许可：购买的是一次性使用、特定项目使用、不限时间/项目使用，还是多用户共享？不同的许可类型费用差异很大。非专有许可（Non-Exclusive）比独家许可（Exclusive）便宜。
• 服务商：不同的商业公司定价策略不同，竞争也会影响价格。

因此，如果需要购买商业卫星图，通常需要直接联系商业供应商或其代理商，提供详细的需求（区域、时间、分辨率、面积、处理级别等），才能获得具体的报价。小范围的高分辨率影像可能几百到几千美元，而大区域的高分辨率任务编程影像费用可能高达数万甚至数十万美元。

总结费用：免费数据有获取门槛和数据限制，但没有直接购买成本。付费数据提供了高分辨率和定制化服务，但价格昂贵，需要根据具体需求和预算来权衡。

如何下载卫星图？

下载卫星图的具体流程因平台和数据来源（免费/付费）而异，但通常遵循一套通用的步骤：

通用下载步骤

1. 明确需求：这是最关键的第一步。你需要明确你需要下载哪里的（感兴趣区域AOI）、什么时间段的、需要多高的分辨率、用于什么目的、对云量覆盖有什么要求、是否有预算等。这些决定了你应该选择哪个平台。

   例如：我需要北京市五环内2023年夏季、云量小于10%、地面分辨率优于1米的光学影像，用于城市绿地变化监测。

2. 选择合适的平台或来源：根据第一步的需求，如果需要1米以内分辨率，很可能需要商业数据；如果只需要10-30米分辨率的历史数据，USGS或ESA平台可能是更好的选择。

   例如：需要优于1米分辨率，考虑Maxar或Airbus等商业平台。

3. 访问平台并注册/登录：大多数免费和付费平台都需要用户注册一个账户才能进行数据查询和下载操作。

4. 定义感兴趣区域(AOI)：在平台的地图界面上，通过绘制矩形、多边形、圆形，或上传一个包含区域边界的地理文件（如Shapefile, KML, GeoJSON）来指定你需要的区域。

5. 设置筛选条件：根据你的需求设置详细的过滤条件，包括：

   • 采集日期范围：例如，选择2023年6月1日至2023年8月31日。
   • 云量百分比：设置一个最大允许的云覆盖比例（例如，小于10%）。
   • 传感器/卫星：选择特定传感器（如Landsat 8, Sentinel-2, WorldView-3）。
   • 分辨率：限定分辨率范围（如，0.5米 – 1米）。
   • 数据类型/处理级别：选择全色、多光谱、正射校正产品等。
   • 其他：如太阳高度角、成像角度等（根据专业需求设置）。

6. 浏览和评估结果：平台会根据你的AOI和筛选条件列出所有符合条件的存档影像。你可以预览影像的缩略图或局部高分辨率视图，检查影像质量、云覆盖情况、实际覆盖范围是否符合要求。

7. 添加到下载列表/购物车：对于免费数据，你将选择的影像添加到下载队列或列表中。对于付费数据，你将其添加到购物车并可能需要确认订单、处理级别和使用许可，然后进行支付。

8. 下载数据：支付完成后（付费数据）或加入列表后（免费数据），平台会生成一个下载链接或提供其他下载方式（如FTP）。点击链接开始下载。卫星图文件通常较大（从几十MB到几个GB不等），确保网络连接稳定，并有足够的存储空间。

下载后的处理与使用

下载获得的通常是原始或基本处理（如正射校正）后的栅格文件。直接打开可能需要专业的遥感或GIS软件：

• GIS软件：如Esri ArcGIS Pro, QGIS (免费开源)。用于查看影像、叠加其他地理数据、基本的空间分析和地图制作。
• 遥感图像处理软件：如ERDAS IMAGINE, ENVI, ESA SNAP (Sentinel数据免费处理软件)。用于更复杂的图像处理，如辐射定标、大气校正、图像增强、波段组合、分类、变化检测、特征提取等。
• 编程库：如GDAL、Rasterio (Python库)。适合批量处理和自动化工作流程。

重要提示：下载的数据通常需要进行预处理（如几何校正、辐射校正、大气校正）才能用于精确的量化分析和比较。不同的软件有不同的处理流程和工具。

总结：

成功下载卫星图是一个多步骤的过程，它不仅仅是找到数据源那么简单。需要清晰定义自己的需求，选择合适的免费或付费平台，熟悉平台的操作流程，正确设置筛选条件找到合适的影像，并在下载后使用专业的软件进行处理和分析，才能最大限度地发挥卫星图的应用价值。