第五章 从 USGS 下载 Landsat 影像
本文整理自我的原创教程《如何从USGS下载Landsat系列影像？》，内容基本保持原貌。
USGS 的 Earth Explorer（https://earthexplorer.usgs.gov/）提供免费下载Landsat系列数据， 作为Landsat系列数据的源头，与地理空间数据云中的Landsat系列数据集相比， 影像数量和覆盖范围自然也更广。以下是具体的注册和下载流程。
1 注册登录
如果已经登录，跳到第2步 Search Criteria。
注意，注册需要科学上网，但下载数据不需要；另外，如果网络不太好的话， 容易出现 500 Internal Server Error，需要重新再点击下载或刷新下， 不过这没什么大碍，最主要的还是注册问题。
进入官网，点击【Login】→【Create New Account】，创建英文账户， 设置用户名（不能与已有用户名重复）和密码：
- 用户名必须在4到30个字符之间，只能包含这些特殊字符：
.、@、_、- - 密码必须在12到64个字符之间，不能包含三个及以上重复的字符
然后填写问卷（每个问题都要填，才能继续下一步）和联系信息。 这里信息填写不支持中文，用英文填个大概的就行了。
其中 E-mail 不要填QQ邮箱或163邮箱，否则会收不到账户激活邮件。 最好使用国际上普遍接受的邮箱服务，如谷歌邮箱 Gmail、微软邮箱 Outlook、 雅虎邮箱 Yahoo Mail 或苹果邮箱 iCloud Mail，国内可以用后面三个注册。
提交并确认信息后，会提示你前往邮箱查看邮件激活账户。如果没有收到邮件 就等一两分钟多刷新几次；收到邮件后，点击里面的激活链接，再验证下用户名，就可以登录了。
2 Search Criteria
登录后，首先是搜索你想要下载的区域，然后设置一些筛选条件， 例如日期范围、云量比例等。
2.1 搜索区域
大致有三种搜索方法：
- 通过地理编码（Geocoder）搜索；
- 通过上传 KML 或 ShapeFile 搜索；
- 通过手动标记面（Polygon）和中心范围（Circle）来搜索。
最简单直接的就是通过手动标记面（Polygon）来搜索，比如下图中在长江三角洲附近 标记四个点构成一个面，那就表示只要搜索在这个面内或与这个面相交的遥感影像。 其中【Use Map】就是直接以当前地图显示页面为搜索区域， 【Add Coordinate】是通过输入经纬度坐标来添加标记点，【Clear Coordinate】是清空所有标记。
如果要下载多幅影像并拼接，就要用更精确的 WRS 行列号（Row/Path）搜索， 实战见第十二章咸海案例。
2.2 筛选条件
根据研究区域的气候特点，设置日期范围（Date Range）、月份时段、 云的覆盖比例（Cloud Cover）等筛选条件：
设置好后，进入【Data Sets】。
3 Data Sets
这一步是选择数据集类型。其中 Landsat Collection 2 Level 系列数据集是 根据不同卫星来划分遥感影像数据集；Landsat Legacy 是根据不同传感器来划分的 遥感数据集；Landsat ARD 是已完成辐射校正、几何校正和大气校正的遥感影像数据集 （主要覆盖美国领土及周边，可能找不到我们想要的）。 除了遥感影像，还有一个 DEM 数据集。
如果对传感器没有特殊要求的话，我们一般选择 Landsat Collection 2 Level 系列数据集。
该系列下又分为3个级别，代表不同的处理程度。其中 Level-1 是最原始的数据， 只经过几何和辐射校正，没有经过大气校正，包含范围最多，也最容易检索出结果。 在 Level-1 下可以看到 Landsat 1-9，分别对应不同编号卫星所采集的遥感影像数据集：
不同编号的卫星所采集的遥感影像年份不同，需要根据检索日期来选择相应编号的卫星。 例如想要搜到1990年-1995年的数据，那就要选择1995年前成功发射的卫星所采集的数据， 而Landsat 1-3在上世纪80年代就停止采集了，所以这里就选择Landsat 4-5。
然后点击【Result】得到检索结果。
4 Search Results
4.1 影像名称
在检索结果中，不同的影像会以
ID：LXSS_LLLL_PPPRRR_YYYYMMDD_yyyymmdd_CC_TX
的形式来命名，不同位置的编码分别表示相应的信息：
| 编码 | 含义 |
|---|---|
| L | Landsat卫星 |
| X | 传感器简称（C=OLI/TIRS，O=OLI，T=TIRS，E=ETM+，T=TM，M=MSS） |
| SS | 卫星编号 |
| LLLL | 处理校正级别 |
| PPP | WRS坐标列号（经度带） |
| RRR | WRS坐标行号（纬度带） |
| YYYYMMDD | 采集日期 |
| yyyymmdd | 处理日期 |
| CC | Collection编号 |
| TX | 处理层级：RT是实时处理的数据，时效性强；T1是满足几何和辐射质量要求的数据；T2质量较差 |
例如 ID 为 LT05_L1GS_117038_19941122_20200912_02_T2 的影像就表示：
这是一幅搭载着TM传感器的Landsat 5于1994年11月22日在（117°E，38°N）附近所采集的影像，
并于2020年9月12日经过L1GS级别处理，归于Landsat Collection 2数据集中的T2层级。
T2层级的影像质量较差，通常是因为云量较多或者部分信息有误差。 如果有T1层级的影像可以代替，就尽量要T1层级的。
4.2 影像预览
点击左边每幅影像数据栏中的【Show Footprint】或【Browser】小图标， 分别可以显示影像覆盖范围、预览影像和对比预览影像。也可以直接点击数据栏中的影像图片， 查看详细信息。
4.3 下载影像
直接下载：点击【Download Options】→【Product Options】， 即可下载到所有波段的影像。
批量下载：双击【Add to Bulk Download】，将待下载影像添加到项目篮中， 最后在项目篮中【Start Order】并提交订单，之后数据会打包发送到用户的邮箱中。 不过这个流程可能要等待审核，走直接下载的方法的反而更方便。
5 后续补充
5.1 数据引用格式
Level 1级别数据引用格式见 USGS 官网 Landsat Collection 2 Level-1 Data 页面， 其它级别数据的引用格式也能在 Product Information 相应的具体产品信息里找到。 论文中使用数据时请按格式引用。
5.2 从 Level-1 中下载的数据，还需要辐射定标吗？
Level-1数据只初步辐射校正过，后续还需要辐射定标。原因是Landsat影像的存储类型 通常为16位无符号型，DN值在0到65535之间，每个像元的DN因此被扩大成上百或上千。 这些DN值能反映单幅影像中各区域辐射量的相对大小，但并不是真实的辐射量或反射率值， 不适合多幅影像之间的分析和遥感指数运算，所以还需要辐射定标将其转换为 真实辐射量（Radiance）或反射率（Reflectance）——具体操作见第八章。
5.3 下载大量 Landsat 数据的快捷办法
纯人工办法：借助GIS列出覆盖研究区的行列号矩阵（WRS 矢量可从 USGS 官网下载）， 分配任务：一个年份一次任务，即下载一个年份所对应的所有行列号影像， 挑选合适的影像，然后都放在任务文件夹（以年份命名）中。
GEE 办法：对于不专门用GEE或编程处理遥感的人来说，此方法难行得通； 但若愿意上手 GEE，见下一章。
