ランドサットプログラム

ランドサット計画は、地球の衛星画像を取得する最も長い歴史を持つ事業である。NASAとUSGSの共同計画である。1972年7月23日、地球資源技術衛星が打ち上げられた。これは最終的に1975年にランドサット1に改名された。 ^[1]最新のランドサット9は、2021年9月27日に打ち上げられた。

ランドサット衛星に搭載された機器は、何百万枚もの画像を取得しました。米国および世界中のランドサット受信局に保管されている画像は、地球規模の変化の研究や、農業、地図作成、地質学、林業、地域計画、監視、教育への応用のためのユニークなリソースであり、米国地質調査所 (USGS) の「EarthExplorer」Web サイトから閲覧できます。ランドサット 7 のデータには、空間解像度が 15 ～ 60 m (49 ～ 197 フィート) の 8 つのスペクトル バンドがあり、時間解像度は16日です。^[2]ランドサット画像は通常、ダウンロードしやすいようにシーンに分割されています。ランドサットの各シーンは、長さ約 115 マイル、幅約 115 マイル (または長さ 100海里、幅 100 海里、または長さ 185 キロメートル、幅 185 キロメートル) です。

1965 年、当時米国地質調査所長であったウィリアム T. ペコラは、地球の天然資源に関する事実を収集するためのリモート センシング衛星プログラムのアイデアを提案しました。ペコラは、このプログラムは「主に、地球資源研究におけるマーキュリーとジェミニの軌道写真の実証された有用性を直接の結果として 1966 年に考案された」と述べています。気象衛星は 1960 年以来地球の大気を監視しており、広く有用であると考えられていましたが、宇宙からの地形データは 1960 年代半ばまで評価されていませんでした。そのため、ランドサット 1 が提案されたとき、予算局と、地球のリモート センシングには高高度航空機が財政的に責任ある選択であると主張する人々から激しい反対に遭いました。同時に、国防総省は、ランドサットのような民間プログラムが偵察任務の機密性を危険にさらすことを恐れていました。さらに、許可なく外国を撮影することに対する地政学的な懸念もありました。 1965年、NASAは飛行機に搭載した機器を使った地球リモートセンシングの系統的調査を開始しました。1966年、USGSは内務長官のスチュワート・ユダルを説得し、内務省（DOI）が独自の地球観測衛星プログラムを進めると発表させました。この巧妙な政治的策略により、NASAはランドサットの建造を急ぐことになりました。しかし、予算上の制約と、申請機関（特に農務省とDOI）間のセンサーに関する意見の不一致により、衛星建造プロセスは再び停滞しました。最終的に、1970年までにNASAは衛星建造のゴーサインを出しました。驚くべきことに、わずか2年でランドサット1号が打ち上げられ、宇宙からの陸地のリモートセンシングの新時代の到来を告げました。^[3]

サンタバーバラ研究センターのヒューズ航空機会社は、1969年に最初の3台のマルチスペクトルスキャナ（MSS）を考案、設計、製造しました。バージニア・ノーウッドによって設計された最初のMSSプロトタイプは、1970年秋に9か月以内に完成しました。ヨセミテ国立公園のハーフドームをスキャンしてテストされました。この設計作業により、ノーウッドは「ランドサットの母」と呼ばれました。^[4]

NASA ゴダード宇宙飛行センターで働いていたヴァレリー・L・トーマスは、初期のランドサット画像処理ソフトウェア システムの開発を管理し、初期のランドサット画像の保存に使用されたコンピュータ互換テープ (CCT) の常駐専門家になりました。トーマスは、野心的な「大面積作物在庫実験」(LACIE として知られる) を推進した画像処理の専門家の 1 人でした。このプロジェクトは、ランドサット衛星画像を使用したリモート センシングによって、地球規模の作物監視が可能であることを初めて示しました。^[5]

このプログラムは当初、地球資源技術衛星プログラムと呼ばれ、1966年から1975年まで使用されました。1975年に名前がランドサットに変更されました。1979年、アメリカ合衆国大統領 ジミー・カーターの大統領指令54 ^{[6] [7]により、ランドサットの運用が}NASAからアメリカ海洋大気庁（NOAA）に移管され、ランドサット3号に加えてさらに4つの衛星を搭載した長期運用システムの開発が推奨され、ランドサットの民間部門による運用への移行が推奨されました。これは1985年に、ヒューズ・エアクラフト社とRCAのパートナーシップである地球観測衛星会社（EOSAT）がNOAAによって10年契約でランドサットシステムの運用に選ばれたときに起こりました。EOSATはランドサット4号とランドサット5号を運用し、ランドサットデータの独占販売権を持ち、ランドサット6号と7号を製造することになりました。

1989年、この移行は、NOAAのランドサット計画に対する資金が枯渇する時期（NOAAは資金を要求しておらず、米国議会は会計年度に6か月分の資金しか割り当てていなかった）までにはまだ完了しておらず、NOAAはランドサット4号とランドサット5号を停止するよう指示した。 [ ^{9 ]}

新しく結成された国家宇宙会議の議長、ダン・クエール副大統領はこの状況を認識し、データアーカイブをそのままにしてプログラムを継続できるように緊急資金を手配した。^{[8] [9] [10] [11]}

1990年と1991年にも、議会はNOAAに年間予算の半分しか提供せず、ランドサットデータを使用する機関に翌年の残りの6か月分の予算を提供するよう要請した。^[8]

1992 年には、後続の Landsat と継続運用のための資金を調達するためのさまざまな取り組みが行われました。しかし、その年の終わりまでに EOSAT は Landsat データの処理を中止しました。Landsat 6 号は最終的に 1993 年 10 月 5 日に打ち上げられましたが、打ち上げ失敗で失われました。Landsat 4 号と 5 号のデータの処理は 1994 年に EOSAT によって再開されました。NASA は最終的に 1999 年 4 月 15 日に Landsat 7 号を打ち上げました。

ランドサット プログラムの価値は、1992 年 10 月に議会で土地リモート センシング ポリシー法 (公法 102-555) が可決されたときに認められ、ランドサット 7 の調達が承認され、従来のデータ ユーザーと新規のデータが可能な限り低コストで継続的に利用できることが保証されました。

タイムライン

ランドサット1号から5号はランドサットマルチスペクトルスキャナ（MSS）を搭載していた。ランドサット4号と5号はMSSとセマティックマッパー（TM）の両方の機器を搭載していた。ランドサット7号は強化セマティックマッパープラス（ETM+）スキャナを使用している。ランドサット8号は、光学バンド用の運用陸域イメージャ（OLI）と熱バンド用の熱赤外線センサ（TIRS）の2つの機器を使用している。ランドサット機器のバンド指定、バンドパス、ピクセルサイズは以下のとおりである。^[19]

* 元の MSS ピクセル サイズは 79 x 57 メートルでしたが、現在、実稼働システムではデータが 60 メートルに再サンプリングされています。

* TM バンド 6 は 120 メートルの解像度で取得されましたが、製品は 30 メートルのピクセルに再サンプリングされます。

* ETM+ バンド 6 は 60 メートルの解像度で取得されますが、製品は 30 メートルのピクセルに再サンプリングされます。

* TIRS バンドは 100 メートルの解像度で取得されますが、配信されるデータ製品では 30 メートルに再サンプリングされます。

Landsat 画像、および一般的なリモート センシングの利点は、現場測定では再現できない、地球全体の総観レベルでデータを提供できることです。ただし、測定のローカル詳細 (放射測定解像度、スペクトル バンドの数) と測定対象エリアの空間スケールの間にはトレードオフがあります。Landsat 画像は、航空機からの画像など、他のリモート センシング方法を使用する場合と比較して、空間解像度が粗いです。他の衛星と比較すると、Landsat の空間解像度は比較的高いですが、再訪問の頻度は比較的少なくなっています。

ランドサット計画では、最初のミッションから 5 回目のミッションまで、マルチスペクトル スキャナ(MSS) が採用されました。MSS により、米国は衛星画像撮影で優位に立つことができ、フランスの SPOT 衛星よりも先にランドサットを打ち上げることができました。

MSSの設計は独特でした。静止カメラではなく、可動ミラーを採用し、4つの異なるスペクトルバンドで地球の画像を撮影しました。この機能により、MSSは地球から反射された太陽光の変化を記録することができました。注目すべきことに、ランドサット3のMSSはさらに進歩しており、熱放射を検出する機能が追加された。^[21]

MSS の顕著な特徴の 1 つは、その一貫した画像撮影です。撮影された各フレームは、地球表面上の約 83 メートルの長さと 68 メートルの幅の領域を表します。さらに、このシステムは、地球表面の 185 km に相当する幅にわたって連続的に画像をスキャンするように設計されました。MSS の設計では精度も重視され、ミラーの動きのタイミングを正確に調整することで、連続した画像が重ならないようにしました。^[21]

しかし、1980年代までにコストの動向は変化した。ランドサットの画像へのアクセスは大幅に高価になり、多くのユーザーにとってフランスのSPOT衛星の画像の方がコスト効率の良い選択肢となった。ランドサットの価格上昇は、カーター大統領のリーダーシップの下で始まり、レーガン大統領の政権下で決定された米国の政策転換に起因すると考えられる。^{[7] [22]}

ランドサットデータは、科学者が種の分布を予測し、従来のフィールドワークのデータよりも広い範囲で自然発生的および人為的変化を検出することを可能にする情報を提供します。ランドサットプログラムの衛星で使用されるさまざまなスペクトルバンドは、生態学から地政学的な問題まで、さまざまな用途に使用されます。土地被覆の決定は、世界中でランドサット画像の一般的な用途です。^[23]

ランドサットの画像は、1972年から現在に至るまで、単一のリモートセンシングプログラムから得られる最も長い連続した時系列データの一つである。^{[24]将来を見据えると、2021年の}ランドサット9号の打ち上げ成功は、この時系列データが今後も継続されることを示しています。^[25]

2015年、国家地理空間諮問委員会のランドサット諮問グループは、ランドサット画像のトップ16の用途により、連邦政府、州政府、NGO、民間部門で毎年約3億5000万ドルから4億3600万ドル以上の節約がもたらされたと報告しました。この推定には、トップ16のカテゴリ以外の用途によるさらなる節約は含まれていません。^[26]ランドサット画像の使用に関するトップ16のカテゴリは、ユーザーの推定年間節約額の順にリストされています。

1. 米国農務省のリスク管理
2. 米国政府のマッピング
3. 農業用水利用の監視
4. グローバルセキュリティ監視
5. 火災管理のサポート
6. 森林の断片化の検出
7. 森林の変化の検出
8. 世界の農業供給と需要の推定
9. ブドウ園の管理と水の保全
10. 洪水緩和マッピング
11. 農産物マッピング
12. 水鳥の生息地のマッピングとモニタリング
13. 沿岸変化分析
14. 森林の健康監視
15. 国家地理空間情報局の世界海岸線地図
16. 山火事リスク評価^[26]

Landsat 画像のその他の用途には、漁業、林業、内陸水域の縮小、火災による被害、氷河の後退、都市開発、新種の発見などがありますが、これらに限定されるわけではありません。以下に具体的な例をいくつか説明します。

1975 年、新しい衛星画像の利用可能性の 1 つは、漁獲量の多い漁場を見つけることでした。ランドサットのメンハーデンとスレッド調査を通じて、ミシシッピ湾東部とルイジアナ海岸沖の別の地域の衛星データが分類アルゴリズムにかけられ、その地域が漁獲確率の高い地域と低い地域に分類されました。これらのアルゴリズムによって、現場測定で証明された分類が生み出されました。精度は 80% 以上で、宇宙から見た水の色と濁度がメンハーデンの分布と有意に相関していることがわかりました。一方、表面温度と塩分は重要な要因ではないようです。マルチスペクトル スキャナーの 4 つのスペクトル バンドで測定された水の色は、クロロフィル、濁度、およびおそらく魚の分布を推測するために使用されました。^[27]

生態学的研究では、16枚のオルソ補正されたランドサット画像を使用して、モザンビークのマングローブ林の土地被覆マップを作成しました。主な目的は、これまで推定しかできなかったこの地域のマングローブ被覆と地上バイオマスを測定することでした。被覆は93％の精度で2909平方キロメートル（以前の推定より27％低い）であることがわかりました。さらに、この研究は、地理的条件がバイオマス分布に緯度のみよりも大きな影響を与えることを確認するのに役立ちました。マングローブ地域は緯度16度にわたって広がっていますが、そのバイオマス量は地理的条件によってより強く影響を受けました。^[28]

アラル海の縮小は「地球上で最悪の環境災害の一つ」と評されている。ランドサットの画像は、水の損失量と海岸線の変化を定量化するための記録として使用されている。衛星画像が人々に与えるインパクトは言葉よりも大きく、ランドサット画像や衛星画像全般の重要性を示している。^[29]

1988 年のイエローストーン山火事は、国立公園の記録史上最悪の火災でした。火災は 1988 年 6 月 14 日から 9 月 11 日まで続き、雨と雪が火災の拡大を食い止めました。火災の影響を受けた地域は 3,213 平方キロメートルと推定され、これは公園の 36% に相当します。ランドサット画像は、面積の推定に使用され、火災が急速に広がった理由の特定にも役立ちました。歴史的な干ばつと多数の落雷は、大規模な火災の条件を作り出した要因の一部でしたが、人為的な行為が災害を増幅させました。火災前に生成された画像では、保全活動が見られる土地と木材生産のための皆伐活動が見られる土地との間に明らかな違いがあります。これら 2 種類の土地は火災のストレスに対して異なる反応を示し、それが山火事の挙動の重要な要因であったと考えられています。ランドサット画像や衛星画像全般は、火災の危険性、山火事の挙動、特定の地域への山火事の影響など、火災科学の理解に貢献してきました。さまざまな地形や植生がどのように火災を引き起こし、気温を変え、火災の広がりの速度に影響を与えるかを理解するのに役立っています。^{[30] [31]}

ランドサットミッションの連続性と、最も長く続いている衛星プログラムであるという事実は、地球に関する情報を生成するためのユニークな視点を与えています。大規模な氷河の後退は、以前のランドサットミッションまで遡ることができ、この情報は気候変動に関する知識を生成するために使用できます。たとえば、コロンビアの氷河の後退は、 1986年のランドサット4号以来の偽合成画像で観察できます。^[32]

ランドサットの画像は、開発のタイムラプスのような一連の画像を提供します。特に人間の開発は、時間の経過とともに都市が成長する規模で測定できます。ランドサットの画像は、人口推定とエネルギー消費だけでなく、都市開発の種類についての洞察を提供し、目に見える変化を通じて社会的および政治的変化の側面を研究します。たとえば北京では、1970年の経済改革に続いて1980年代に一連の環状道路の開発が始まり、これらの期間に開発率と建設率の変化が加速しました。^[32]

2005年、ランドサットの画像は新種の発見に役立った。自然保護科学者のジュリアン・ベイリスは、ランドサットが生成した衛星画像を使用して、保全林になる可能性のある地域を見つけたいと考えていた。ベイリスは、それまで詳細な情報がなかったモザンビークの一帯を見つけた。偵察旅行で、彼は野生生物の多様性と、3種類の新しい蝶と1種類の新しいヘビを発見した。この発見の後、彼はこの森林の研究を続け、森林の範囲を地図に描き、決定することができた。^[33]

ランドサット8号は2013年2月11日に打ち上げられました。この衛星は、バンデンバーグ空軍基地から打ち上げサービスプログラムによってアトラスV 401で打ち上げられました。この衛星は、農業、教育、ビジネス、科学、政府で使用される貴重なデータと画像を今後も取得します。この新しい衛星は、アリゾナ州オービタル・サイエンシズ・コーポレーションによって組み立てられました。

ランドサット9号は2021年9月27日に打ち上げられた。議会調査局の報告書によると、2014会計年度の財政計画で「予算担当者はNASAに対し、ランドサット9号の打ち上げ費用が10億ドルになるという非現実的な見通しを非難し、支出を6億5000万ドルに制限した」という。米国上院の予算担当者はNASAに対し、遅くとも2020年までに打ち上げを計画するよう助言した。 ^[7] 2015年4月、NASAとUSGSは、ランドサット9号の作業が開始され、大統領の2016会計年度予算で衛星に資金が割り当てられ、2023年の打ち上げが予定されていると発表した。 ^[34]ランドサット8号と編隊飛行することでデータの継続性を確保するため、2019年に打ち上げられる低コストの熱赤外線（TIR）自由飛行衛星の開発資金も提案された。^[34]

将来的には、ランドサット衛星と、 ESAのSentinel-2衛星群など、同様の空間およびスペクトル解像度を持つ他の衛星との協力もさらに進む可能性があります。^[35]

ランドサット・ネクストは2030年後半から2031年初頭にかけて打ち上げられる予定で、26のスペクトルバンドを測定する。現在のランドサット8と9はそれぞれ11のスペクトルバンドを測定する。^[36]

• Landsat 8 に搭載されている機器の 1 つである熱赤外線センサー (TIRS) の概要。
• Landsat 8 の熱赤外線センサー (TIRS) 機器が洗浄され、袋詰めされ、梱包されて Orbital Sciences Corp に出荷される様子を撮影したタイムラプス映像。TIRS は Orbital Sciences Corp で宇宙船に統合されます。
• さまざまな LDCM バンドを組み合わせて、フロリダのエバーグレーズに関するさまざまな情報を取得する方法を示したアニメーション。
• 
  ランドサット 8 号の打ち上げ中にアトラス V が映っている NASA TV のスクリーンショット。

• 地球観測衛星
• 地理情報システム
• 地図のように均一なスケールに補正されたオルソフォト
• リモートセンシング

ウィキメディア・コモンズには、ランドサットとランドサット画像に関連するメディアがあります。

• ランドサット USGS ホームページ
• ランドサットNASAホームページ
• プロジェクト・グーテンベルクのランドサット作品
• GLOVIS と Global Land Cover Facility の Landsat 画像
• WELD プロジェクトからの Landsat モザイク画像。