MODIS數(shù)據(jù)分級及數(shù)據(jù)格式

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1、MODIS 數(shù)據(jù)格式 MODIS數(shù)據(jù)分級分類標準規(guī)范 MODIS 數(shù)據(jù)產(chǎn)品分級、分類、流程參考規(guī)范（草） （中科院地理科學(xué)與資源研究所全球變化信息研究中心） （討論和試用稿 第一稿 2004 年 9 月 15 日） 前言說明：美國 NASA 對 MODIS 數(shù)據(jù)分級、分類和數(shù)據(jù)處理流程給予了比較明確的標準規(guī)范。我國 對地觀測系統(tǒng) MODIS 共享平臺建設(shè)主要參照了美國的標準， 個別地方做了修改。 這是討論和試用稿 （第 一稿）。 1 主題內(nèi)容與適用范圍 1.1 主題內(nèi)容 本標準規(guī)定了國家對地觀測系統(tǒng) MODI

2、S 共享平臺數(shù)據(jù)產(chǎn)品分類、分級和編碼標準，用以規(guī)范我 國 MODIS 數(shù)據(jù)產(chǎn)品在產(chǎn)生、歸檔、保藏、交換和應(yīng)用中的一致性。 1.2 參考標準 本標準制定主要參用了美國國家航空航天局 （ NASA ）關(guān)于對地觀測系統(tǒng) MODIS 數(shù)據(jù)分級、 分類 和數(shù)據(jù)處理流程規(guī)范。 1.3 適用范圍 本規(guī)范適用于國家科技基礎(chǔ)條件平臺對地觀測系統(tǒng) MODIS 共享平臺全部標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品和過渡性 數(shù)據(jù)產(chǎn)品。 2 術(shù)語 2.1 國家對地觀測系統(tǒng) MODIS 共享平臺數(shù)據(jù)產(chǎn)品：國家對地觀測系統(tǒng) MODIS 共享平臺數(shù)據(jù)產(chǎn)品包括 標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品和特殊數(shù)據(jù)產(chǎn)品

3、。 2.2 標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品： 利用對地觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)， 依據(jù)規(guī)范和數(shù)據(jù)分級標準對一定空間分辨率和時間頻率進行連續(xù)開發(fā)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，定義為標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品。 2.3 特殊數(shù)據(jù)產(chǎn)品： 利用對地觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)， 依據(jù)非規(guī)定的標準、 或非規(guī)定的空間分辨率、 或特定地區(qū)、或特定時間頻率開發(fā)、或預(yù)處理過程的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，稱為特殊數(shù)據(jù)產(chǎn)品。 2.4 數(shù)據(jù)產(chǎn)品分級：根據(jù)數(shù)據(jù)間相互依存關(guān)系劃分的等級稱為數(shù)據(jù)產(chǎn)品分級。 2.5 數(shù)據(jù)產(chǎn)品分類：依據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容異同劃分的數(shù)據(jù)類型稱為數(shù)據(jù)產(chǎn)品分類。 2.6 數(shù)據(jù)產(chǎn)品編碼：用標識符或標識數(shù)字形式對數(shù)據(jù)產(chǎn)品進行一一確認的過程稱為數(shù)據(jù)產(chǎn)品編碼。 3 MODI

4、S數(shù)據(jù)產(chǎn)品分級 3.1 MODIS 數(shù)據(jù)產(chǎn)品分級系統(tǒng)： MODIS 標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品分級系統(tǒng)由 5 級數(shù)據(jù)構(gòu)成，它們分別是： 0 級、 1 級、 2 級、 3 級和 4 級。 3.2 0 級數(shù)據(jù)：衛(wèi)星地面站直接接收到的、未經(jīng)處理的、包括全部數(shù)據(jù)信息在內(nèi)的原始數(shù)據(jù)為 0 級數(shù) 據(jù)。 3.3 1 級數(shù)據(jù)：對 沒有經(jīng)過處理 的、完全分辨率的儀器數(shù)據(jù)進行重建，數(shù)據(jù)時間配準，使用輔助數(shù)據(jù)注解，計算和增補到 0 級數(shù)據(jù)之后為 1 級數(shù)據(jù)。 3.4 2 級數(shù)據(jù)：在 1 級數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上開發(fā)出的、具有 相同空間分辨率和覆蓋相同地理區(qū)域 的數(shù)據(jù)為 2 級 數(shù)據(jù)。 3.5

5、 3 級數(shù)據(jù)： 3 級數(shù)據(jù)時以統(tǒng)一的時間 -空間柵格表達的變量，通常具有一定的完整性和一致性。在 3 級水平上，將可以集中進行科學(xué)研究，如：定點時間序列，來自單一技術(shù)的觀測方程和通用模型等。 第 1 頁 共 21 頁 MODIS 數(shù)據(jù)格式 3.6 4 級數(shù)據(jù)：通過分析模型和綜合分析 3 級以下數(shù)據(jù)得出的結(jié)果數(shù)據(jù)為 4 級數(shù)據(jù)。 4 MODIS數(shù)據(jù)產(chǎn)品分類 4.1 標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品類型： MODIS 標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品根據(jù)內(nèi)容的不同分為 0 級、 1 級數(shù)據(jù)產(chǎn)品，在 1B 級數(shù)據(jù)產(chǎn)品之后，劃分 2 － 4 級數(shù)據(jù)產(chǎn)品， 包括： 陸地標準數(shù)

6、據(jù)產(chǎn)品、 大氣標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品和海洋標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品等三種主要標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品類型，總計分解為 44 種標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品類型。它們分別是： MOD01 ：即 MODIS1A 數(shù)據(jù)產(chǎn)品。 MOD02 ：即 MODIS1B 數(shù)據(jù)產(chǎn)品。 MOD03 ：即 MODIS 數(shù)據(jù)地理定位文件。 MOD04 ：大氣 2、3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為氣溶膠產(chǎn)品， Lambert 投影空間分辨率 1 公里，地理坐標 30 秒空間分辨率，每日數(shù)據(jù)為 2 級數(shù)據(jù)產(chǎn)品，每旬、每月數(shù)據(jù)合成為 3 級數(shù)據(jù)產(chǎn)品。 MOD05 ：可降水量。 2 級大氣產(chǎn)品。

7、 MOD06 ：大氣 2、 3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為云產(chǎn)品， Lambert 投影空間分辨率 1 公里，地理坐標 30 秒空間分辨率，每日數(shù)據(jù)為 2 級數(shù)據(jù)產(chǎn)品，每旬、每月數(shù)據(jù)合成為 3 級數(shù)據(jù)產(chǎn)品。 MOD07 ：大氣 2、3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為大氣剖面數(shù)據(jù)， Lambert 投影空間分辨率 1 公里，地理坐 標 30 秒空間分辨率，每日數(shù)據(jù)為 2 級數(shù)據(jù)產(chǎn)品，每旬、每月數(shù)據(jù)合成為 3 級數(shù)據(jù)產(chǎn)品。 MOD08 ：大氣 3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為柵格大氣產(chǎn)品， 1 公里空間分辨率。每日、每旬、每月合成 數(shù)據(jù)。

8、 MOD09 ：陸地 2 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為表面反射；空間分辨率 250m；白天每日數(shù)據(jù)。 MOD10 ：陸地 2、3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為雪覆蓋，每日數(shù)據(jù)為 2 級數(shù)據(jù)，空間分辨率 500 米，旬、 月數(shù)據(jù)合成為 3 級數(shù)據(jù)，空間分辨率 500 米。 MOD11 ：陸地 2、 3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為地表溫度和輻射率， Lambert 投影，空間分辨率 1 公里， 地理坐標為 30 秒，每日數(shù)據(jù)為 2 級數(shù)據(jù)，每旬、每月數(shù)據(jù)合成為 3 級數(shù)據(jù)。 MOD12 ：陸地 3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為土地

9、覆蓋 /土地覆蓋變化， 1km， 1/4o，季節(jié)的，生物地球化 學(xué)循環(huán)，土地覆蓋變化， 3 級數(shù)據(jù)產(chǎn)品。 MOD13 ：陸地 2 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為柵格的歸一化植被指數(shù)和增強型植被指數(shù)（ NDVI/EVI ），空 間分辨率 250m。 MOD14 ：陸地 2 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為熱異常 -火災(zāi)和生物量燃燒，空間分辨率 1km ，確定火災(zāi)發(fā)生 的位置、火災(zāi)等級以及暗火與燃燒比。 MOD15 ：陸地 3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品， 內(nèi)容為葉面積指數(shù)和光合有效輻射， 空間分辨率 1

10、km ，每天的及旬、 月合成產(chǎn)品。 MOD16 ：陸地 4 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為蒸騰作用，空間分辨率 1km ，旬、月合成產(chǎn)品。 MOD17 ：陸地 4 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為植被產(chǎn)品， NPP，空間分辨率為 250 米， 1 公里，旬、月度 頻率。 MOD18 ：海洋 2、3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為標準的水面輻射，全球洋面，空間分辨率 1km ，日、旬、 月，海洋葉綠素。 MOD19 ：海洋 2、 3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為色素濃度，全球洋面

11、，空間分辨率 1km ，日、旬、月度 數(shù)據(jù)。 MOD20 ：海洋 2、 3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為葉綠素熒光性，全球洋面，空間分辨率 1km ，葉綠素水 平大于 2.0mg/m3 ，日、旬、月度數(shù)據(jù)。 第 2 頁 共 21 頁 MODIS 數(shù)據(jù)格式 MOD21 ：海洋 2 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為葉綠素 -色素濃度，空間分辨率 1km ，日、旬、月度數(shù)據(jù)。 MOD22 ：海洋 2、 3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為光合可利用輻射（ PAR），全球洋面， 1km ，日、

12、旬、月 度數(shù)據(jù)。 MOD23 ：海洋 3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為懸浮物濃度。 MOD24 ：海洋 3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為有機質(zhì)濃度。 MOD25 ：海洋 2、3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為球石濃度，全球洋面，空間分辨率 1km、 20km，日、旬、 月度數(shù)據(jù)。 MOD26 ：海洋 3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為海洋水衰減系數(shù)。 MOD27 ：海洋 2、3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為海洋初級生產(chǎn)力，全球洋面，空間分辨率 1km ，日、旬、 月度數(shù)據(jù)。

13、 MOD28 ：海洋 2、 3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為海面溫度，全球洋面，空間分辨率 1km ，每天的，每周 的 /晝夜的，能量和水平衡，氣候變化模型。 MOD29 ：海洋 2 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為海冰覆蓋，海洋， 1 公里分辨率，日、旬數(shù)據(jù)。 MOD30 ：（未定） MOD31 ：海洋 2、 3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為藻紅蛋白濃度， 1 公里分辨率，日、旬、月度數(shù)據(jù)。 MOD32 ：海洋 2 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為處理框架和匹配的數(shù)據(jù)庫， 1 公里分辨率，日、旬、月度數(shù) 據(jù)，用于海洋葉綠素、海洋生產(chǎn)力計算。

14、 MOD33 ：陸地 3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為雪覆蓋，空間分辨率 500 米，日、旬、月度數(shù)據(jù)。 MOD34 ： （未定） MOD35 ：大氣 2 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為云掩膜，空間分辨率為 250m 和 1 公里，日數(shù)據(jù)。 MOD36 ：海洋 3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為總吸收系數(shù)，空間分辨率為 1 公里，日、旬、月度數(shù)據(jù) MOD37 ：海洋 2、3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為海洋氣溶膠特性，空間分辨率 1km ，日、旬、月度數(shù)據(jù)。 MOD38 ：（未定） MOD39 ：海洋 2、

15、3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為純水勢，空間分辨率 1km ，日、旬、月度數(shù)據(jù)。 MOD40 ：陸地 3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為柵格的熱異常，空間分辨率 1 公里，日、旬、月度數(shù)據(jù)。 MOD41 ：（未定） MOD42 ：海洋 3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為海冰覆蓋，空間分辨率 1 公里，日、旬、月度數(shù)據(jù)。 MOD43 ：陸地 3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品， 內(nèi)容為表面反射， BRDF/Albedo 參數(shù)，空間分辨率 1 公里 ，日、旬、月度數(shù)據(jù)。 MOD44 ：陸地 3 級標準數(shù)據(jù)產(chǎn)品，內(nèi)容為植被覆蓋轉(zhuǎn)換， 250m，季度、年度，判定植被覆蓋轉(zhuǎn)換的發(fā)

16、 生和類型。 4.2 特殊數(shù)據(jù)產(chǎn)品類型 MOD45 ：在 MOD02 （ 1B）數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，經(jīng)過 BOWTIE 處理后的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。 MOD46 ：在 MOD02 （ 1B）數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，經(jīng)過 BOWTIE 處理后，并經(jīng)過除云后的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。 （其他特殊數(shù)據(jù)產(chǎn)品待列） 。 5 數(shù)據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)過程規(guī)范 5.1 陸地數(shù)據(jù)處理過程規(guī)范 第 3 頁 共 21 頁 MODIS 數(shù)據(jù)格式 MODIS 陸地產(chǎn)品 處理流程 儀器數(shù)據(jù)包 0 級 MOD01 L1

17、A 1 級 MOD02 經(jīng)輻射值校正的 L1B 柵格定位 指針產(chǎn)品 2/2G 級 MOD02 柵格定位指針，柵格角度數(shù)據(jù) MOD10 MOD35 MOD12 云掩膜 土地覆蓋 雪覆蓋 MOD09 地表反射 MOD29 MOD11 MOD04 海冰最大 地表溫度與輻射 范圍 熱異常 2G 級 （柵格化 2 級產(chǎn)品） MOD11 MOD33 MOD10

18、 地面溫度與輻射 雪覆蓋 (日、旬、月 ) 雪覆蓋 (日、旬、月 ) 日、旬、月 3 級 MOD13 MOD14 植被指數(shù) (日、旬、月 ) MOD12 熱異常 (日、旬、月 ) MOD43 土地覆蓋 (季度、年 ) 雙向反射分布函 MOD15 數(shù)/ 反照率 葉面積指數(shù)、光和活性 (日、旬、月 ) 分量 (日、旬、月 ) MOD1

19、5 4 級 葉面積指數(shù)、光和活性分量 (日、旬、月 ) MODIS 陸地產(chǎn)品流程圖  MOD03 地理定位文件 柵格角度 數(shù)據(jù)產(chǎn)品 MOD04 陸地氣溶膠 產(chǎn)品 (軌道 ) MOD05 可降水量 MOD35 云掩膜 MOD29 海冰最大覆蓋 (日、旬、月 ) MOD42 海冰

20、覆蓋 (日、旬、月 ) MOD17 植被生產(chǎn)力 (日、旬、月 ) 第 4 頁 共 21 頁 MODIS 數(shù)據(jù)格式 5.2 大氣數(shù)據(jù)產(chǎn)品處理過程規(guī)范 MODIS 大氣產(chǎn)品 處理流程 0 級 儀器數(shù)據(jù)包 MOD 03 1A 級 1 級 MOD 02 MOD 03 經(jīng)過輻射校正的 L1B 數(shù)據(jù) 地理定位文件 MOD 02 MOD 03 MOD 0

21、7 大氣廓線 MOD 35 臭氧總量 2 級 云掩膜 穩(wěn)定性指數(shù) 溫度與濕度廓線 MOD02 MOD03 MOD07 MOD35 L2G 地表反射 MOD11 MOD04 MOD05 L2G 級地表溫度 氣溶膠產(chǎn)品 可降水產(chǎn)品 MOD21 光學(xué)厚度 太陽算法 L2G 級葉綠素含量 紅外算法 MOD03 ， 2 級大氣產(chǎn)品 MOD08 3 級大氣（聯(lián)合）產(chǎn)品： （日、旬、月）

22、 氣溶膠 水汽 3 級 云 穩(wěn)定性參數(shù) 臭氧 MODIS 大氣產(chǎn)品流程圖  MOD06 云產(chǎn)品 云頂性質(zhì) （溫度，高度，輻射） 云粒相 云比例 云光學(xué)性質(zhì)（光學(xué)厚 第 5 頁

23、 共 21 頁 MODIS 數(shù)據(jù)格式 5.3 海洋數(shù)據(jù)產(chǎn)品處理過程規(guī)范 MODIS 海洋產(chǎn)品處理 流程 0 級 儀器數(shù)據(jù)包 ε" MOD01 1 級 L1A MOD02 經(jīng)過校正的 L1B 輻射值 MOD02 MOD05 MOD35 云掩膜 2 級 可降水量 MOD28 MOD04 MOD28 海洋表 氣溶膠產(chǎn) 每周合成， 面溫

24、度 3 級數(shù)據(jù) （前期） 海洋水色 MOD28 海洋表面溫度 3 級 4 級 MODIS 海洋產(chǎn)品處理流程圖  MOD03 地理定位數(shù)據(jù) MOD03 海洋水色 MOD18 歸一化水面輻射量 MOD19 色素濃度 MOD20 葉綠素熒光性 MOD21 葉綠

25、素濃度 MOD22 光合有效輻射 MOD23 固體懸浮物濃度 MOD24 有機物濃度 MOD25 地球石質(zhì)濃度 MOD26 水體衰減系數(shù) MOD31 藻紅蛋白濃度 MOD36 總體吸收系數(shù) MOD37 氣溶膠性質(zhì) MOD39 清水的 ε 海洋水色 MOD27 海洋生產(chǎn)力 （年） 第 6 頁 共 21 頁 MODIS 數(shù)據(jù)格式 第五章 MODIS 數(shù)據(jù)格式 第一 TERRA/AQUA－

26、 MODIS下行數(shù)據(jù)格式 MODIS 的下行數(shù)據(jù) （ RawData）利用 CCSDS 行了封裝， 使用 RS（ 255，223） 行 。 CCSDS 中有一個非常重要的概念――虛 通道（ VC ， Virtual Channel ），不同的 TERRA 數(shù)據(jù)通 虛 通道的 ID （ VC ID ） 行區(qū)分（ 1）。整個 CCSDS 包（包括同步 4 個字 ） 度 1024 字 。其中 Reed － Solomon Coding 用來 整個 Coded VCDU 行 。 MODIS CCSDS 包的 Reed－ Solomon Coding 部

27、 分共有 32 4＝ 128 字 ，采用 RS（ 255， 223）。每個包可 164＝ 64 個字 。 MODIS 描周 期 1.477 秒。如 2，每條 描 沿 描方向有 1354 點（ Pixels），沿 道方向有 10 個 IFOV （瞬 ）。在每個 IFOV 中， 1KM 分辨率波段有 1 個采 ， 500M 分辨率波段有 4 個采 ， 250M 波段有 16 個采 。白天 描每個點在兩個 MODIS 包中 ，第一個包 IFOV 1 ～ 5，第二個包 IFOV 6～ 10。在每個包中，數(shù)據(jù)依照 IFOV 序號的

28、大小 次排放。在每個 IFOV 中，數(shù)據(jù)按照波段號 次排 放。在每個波段中，依照采 的序號 次排放。采 序號由 Det 和 Sample 確定，例如 于 IFOV2 中 的波段 1，其 Det 范 是 5～ 8，Sample 范 是 1～ 4，采 的排放 序是 （ Det5,Sample1 ）（、Det5,Sample2）、 （ Det5,Sample3）、（ Det5,Sample4）、（Det6,Sample1 ）??（ Det7,Sample1 ）??（ Det8,Sample4）。 理 解包 PN 解 PDS 數(shù)

29、據(jù) 品 射頻接收 CCSDS 協(xié) 議 0 級產(chǎn)品 與 0 級處理 Terra 解 器 圖 1 TERRA/AQUAQ MODIS接收信號到 0 數(shù)據(jù) 品 理流程 在上面的第二個 色的方框， 代表了裸數(shù)據(jù)。 裸數(shù)據(jù)是最原始的地面接收數(shù)據(jù)， 它含有 足 CCSDS 準（ CCSDS102.0-B-4 ）的數(shù)據(jù)包 (CADU)。它 格式化同步、去 、 RS 、格式 等相 的步 和程序， 理成 MODIS 0 數(shù)據(jù) 品（ PDS文件）。 CADU 的 VCDU

30、 VCDU 同 步 字 VCDU導(dǎo)頭 VCDU數(shù)據(jù) 元 R－ S 編碼 （Sync ） （ CCSDS信息包） 主 副 源數(shù)據(jù) 第 7 頁 共 21 頁 MODIS 數(shù)據(jù)格式 MODIS數(shù)據(jù)頭 MODIS數(shù)據(jù) 和檢查 CCSDS 信息包 1.1 虛擬信道數(shù)據(jù)單元（ VCDU） 下面是 VCDU的說明 , 其中下面的數(shù)字為各字段長度（用 bit 表示）： VCDU標識 VCDU 主導(dǎo)頭 VCDU導(dǎo)頭差

31、錯 版本 虛擬信道數(shù)據(jù) 信號字段 號 航天器 ID 虛擬信道 單元計數(shù) 回放標志 備用 控制（可選） 8 ID （ 16） 2 6 24 1 7 VCDU 字尾（可選） VCDU插入?yún)^(qū)（可 VCDU數(shù)據(jù)單元 操作控制字段（可選） VCDU誤差控制字段（可 選） 選） 變長 變長 （ 32） （ 16） 虛擬信道數(shù)據(jù)單元（ VCDU）格式

32、 第 8 頁 共 21 頁 MODIS 數(shù)據(jù)格式

33、 圖2 MODIS 掃描數(shù)據(jù)的排列次序 1.2 源信息包 源信息包包含在 VCDU中的數(shù)據(jù)單元中，它的定義如下（字段長度用 bit 表示）： 信息包主導(dǎo)頭 信息包數(shù)據(jù)字段 版本號 信息包標識 信息包順序控制 信 息 包 數(shù) 信息包副 源數(shù)據(jù) 第 9 頁 共 21 頁 MODIS 數(shù)據(jù)格式 類 型指 副 導(dǎo) 頭 應(yīng) 用 處 理 順序標記 信息包序列 據(jù)長度 導(dǎo) 頭 ( 可 3 示 標記 程序標識 2 計數(shù) 選

34、 ) 變長 1 1 11 14 16 變長 CCSDS源信息包格式 1.3 MODIS下行數(shù)據(jù)中各字段說明 起始字節(jié) 字節(jié) 比特 項 說明 值 備注 CADU 0 4 32 同步字 VCDU 主導(dǎo)頭 2 版本號 8 航天器 ID 4 2 6 虛擬信道 ID 6 3 24 虛擬信道數(shù)據(jù) 單元計數(shù) 9 1 1 回放標記 7 備用

35、 886 VCDU 數(shù)據(jù) M_PDU 數(shù)據(jù)頭 5 備用 10 2 CCSDS 第一數(shù) 11 據(jù)頭指針 CCSDS 源信息包 主導(dǎo)頭  1A CF FC 1D 未經(jīng)過 R-S 編碼 在 Aqua 上使用 了 PN 編碼 01 Terra 衛(wèi)星： 2A ， Aqua 衛(wèi)星： 9A Terra 衛(wèi)星 : 2A 用 于 MODIS, 29 用 于 MISR, 3F 用于 fill; Aqua 衛(wèi)星 : 1E

36、 用于 MODIS 0 表示已滿 , 或 1 至 ... 0 PN 隨機化 字節(jié)表示的偏移 偏移量從該數(shù)據(jù) 量，無數(shù)據(jù)頭用 頭開始起算 7FF 表示 3 版本號 0 +0 2 1 類型 0=常規(guī) , 1=檢驗 第 10 頁 共 21 頁 MODIS 數(shù)據(jù)格式 +2 2 +4 2 +6

37、 2 +8 4 +12 2 +14 1 +15 3  1 副導(dǎo)頭標記 11 應(yīng)用處理程序 標識 APID 2 順序標記 14 包計數(shù) 16 信息包長度 CCSDS 副導(dǎo)頭 16 時間：天 32 時間：毫秒 16 時間：微秒 1 快視標記 3 信息包類型 3 掃描計數(shù) 1 鏡面標識

38、 CCSDS 數(shù)據(jù) MODIS 數(shù)據(jù)頭 1 數(shù)據(jù)源標識 11 數(shù)據(jù)標識 10 FPA/AEM 配 置 1 科學(xué)數(shù)據(jù)狀態(tài) 科學(xué)數(shù)據(jù)是否 1 反常  1 MODIS: 64 to 127 01=第一個 , 10=second, 11=only packet 0 to 16383 副導(dǎo)頭長度 +數(shù)據(jù) 長度 -1 從 1958-01-01 開始起算 一天中的 ms 計時 ms 中的微秒計時 如果選

39、擇了快視， 則為 1 000=白天 , 001= 夜間 , 010=eng1, 100=eng2 0 to 7 0=side 1, 1=side 2 0= 地球觀測 , 1= 定 標數(shù)據(jù) 0=eng., 1 至 1354 用于采樣計數(shù) 對于不同探測器的設(shè)置 0=試驗 , 1=標準 0=反常 ,1=正常 

40、 白天有兩個長數(shù)據(jù)包，晚上有一個短數(shù)據(jù)包 第 11 頁 共 21 頁 MODIS 數(shù)據(jù)格式 MODIS 數(shù)據(jù) 622.5 4980 白天 / 工程數(shù) +18 或 或 據(jù)，夜 數(shù)據(jù) 256.5 2052 1.5 12 和 的 VCDU 896 128 1024 R-S 編碼 第二節(jié) PDS-MODIS 0 級數(shù)據(jù)格式（待補） 第三 HDF

41、 －MODIS 1 數(shù)據(jù)格式 由于 L1A、L1B、Geolocation 數(shù)據(jù)均使用 HDF－ EOS格式，因此在介 L1A、L1B、 Geolocation 數(shù)據(jù)格式之前有必要 HDF－EOS 行 要的 明。 HDF-EOS是 NASA 遙感 用而 NCSA（ National Center for Supercomputing Applications 美 國國家超 算中心）的 HDF（ Hierarchical Data Format 分 數(shù)據(jù)格式） 行的 充。 HDF（ Hierarchical Data Format 分 數(shù)據(jù)格式）是一種多

42、象的文件格式（ 3），以便在分布 境中共享科學(xué)數(shù)據(jù)。 NCSA提出 HDF的目的是解決將工作于同一工程的科學(xué)家分散于不同地區(qū) （大學(xué)、 研究所、公司???）的 。一個大型的科學(xué)研究 目，常常由 多科學(xué)家及 多研究機構(gòu)共同完 成，他 各有分工。而 些科學(xué)家集中在一起工作常常是不可能的，他 之 必 存在一套良好的 數(shù)據(jù)共享機制。 HDF解決了存 科學(xué)數(shù)據(jù)的 多要求， 包括： ◇支持科學(xué)家常用的數(shù)據(jù) 型。 ◇存 和 理大型數(shù)據(jù)的有效性。 ◇平臺獨立性。 ◇可 充性和 其他 準格式的適 性。 ◇自描述性。 HDF文件是自描述的， 是指文件

43、中的每一個 HDF數(shù)據(jù) 構(gòu)， 文件中都有關(guān)于數(shù)據(jù)的充分信息，以及它在文件中的位置。多種 型的數(shù)據(jù)可以包含在一個文件中。例如，通 利用 相 的 HDF數(shù)據(jù) 構(gòu)，可以將 號數(shù)據(jù)、數(shù) 數(shù)據(jù)、 像數(shù)據(jù)放在同一個 HDF文件中。 目前國 上已 出 多 理、 、管理 HDF及 HDF－ EOS的共享 件。國外 MODIS 品都是基 于 HDF－EOS格式的。 NASA正在 建的 EOSDIS的數(shù)據(jù)也是基于 HDF－ EOS的。國內(nèi)開 MODIS接收 / 處 理系 不可避免的也 使用HDF－ EOS格式。 HDF文件包括文件 、一個以上的數(shù)據(jù)描述 和若干數(shù)據(jù) （

44、可能 0 個）（ 2）。其中，文件 用來 HDF文件。數(shù)據(jù)描述 中包含若干的數(shù)據(jù)描述。每個數(shù)據(jù)描述和相 的數(shù)據(jù)元共同 成一個數(shù)據(jù) 象（ Data Object ）。 數(shù)據(jù) 象包括數(shù)據(jù)描述和數(shù)據(jù)元。數(shù)據(jù)元包含 的數(shù)據(jù)。而數(shù)據(jù)描述 名思 出了數(shù)據(jù)元的 型、大小、位置信息。 HDF文件的 種 方式使得 HDF文件具有自定 性。 HDF的文件 構(gòu)盡管如此復(fù) ，但是用 大可不必 此擔心。因 HDF提供了豐富的 API，使得用 根本不必理會低 理。 HDF程序 要做的只是在適當?shù)?候 用相 的 HDFAPI ，而可以完全忽略 低 ，剩下的工作由

45、HDF函數(shù)完成。 HDFAPI 提供了所有 HDF支持的數(shù)據(jù) 型的相關(guān) API。 些數(shù)據(jù) 型包括： 8 比特光 （ 8－ bit raster images ）、 24 比特光 （ 24－ bit raster images ）、 色板 (Palettes) 、科學(xué)數(shù)據(jù)數(shù) 第 12 頁 共 21 頁 MODIS 數(shù)據(jù)格式 (Scientific Arrays) 、元數(shù)據(jù) ( 注解 )(MetaData/Annotation) 、多變量數(shù)據(jù)（ Multivariate Data ）。 HDF－ EOS API 庫提供了 HDF－ EOS支

46、持的所有數(shù)據(jù)類型的相關(guān) API。 HDF－EOS相對于 HDF增加了三種數(shù)據(jù)對象：網(wǎng)格（ Grid ）、點（ Point ）、線（ Swath）并提供了相應(yīng)的 API。 點（ Point ） 圖 4 一個簡單的 點數(shù)據(jù)序列 點數(shù)據(jù)序列是不同時間間隔、不同地理位

47、置的一系列數(shù)據(jù)。圖 3 所示為一個簡單的 point 數(shù)據(jù)序 列。左圖中的每個方塊代表一個站（ Reporting Station ）。在點數(shù)據(jù)序列的每條記錄中包含了每個站 的位置（經(jīng)緯度）信息和溫度。 線 (Swath) HDF-EOS線數(shù)據(jù)的概念是基于典型的衛(wèi)星掃描線的。在這種情況下，衛(wèi)星沿著軌道運行的過程中，攝取一系列垂直于軌跡（ Cross Track ）的掃描線。線數(shù)據(jù)非常適用于的另一種類型的數(shù)據(jù)是垂直剖面 第 13 頁 共 21 頁 MODIS 數(shù)據(jù)格式 （ Vertical Profiles ）。在這種情況下，衛(wèi)星傳感器獲取

48、的不是垂直于軌跡的掃描線，而是沿著軌跡 的垂直剖面。將這兩種數(shù)據(jù)組合，線數(shù)據(jù)可以用于記錄一系列垂直于軌跡（ Cross Track ）的垂直剖面 （ Vertical Profiles ），這是一種三維數(shù)據(jù)。網(wǎng)格（ Grid ） 網(wǎng)格數(shù)據(jù)和線數(shù)據(jù)有些類似，它們都包含了一系列二維以上的數(shù)據(jù)域。二者的主要不同在于他們的地理定位信息。線數(shù)據(jù)將包含的數(shù)據(jù)點看成是一系列孤立的點來對待，由此給出定位信息。而網(wǎng)格數(shù)據(jù)的定位信息則緊湊的多。網(wǎng)格數(shù)據(jù)包含了一系列投影方程及其相關(guān)參數(shù)，二者組合起來給出了網(wǎng)格中所有點的定位信息。 隨著遙感事業(yè)的發(fā)展，數(shù)據(jù)共享及充分利用已經(jīng)越來越成為急需解決的

49、問題。 HDF為統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式 提供了基礎(chǔ)，必將獲得越來越廣泛的應(yīng)用。 3.1 MODIS L1A(MOD01) 數(shù)據(jù)格式 本文對 L1A 格式的描述分為 6 個部分：全局元數(shù)據(jù) (Global Metadata) 、掃描級元數(shù)據(jù) (Scan-Level Metadata) 、像元質(zhì)量數(shù)據(jù) (Pixel Quality Data) 、掃描數(shù)據(jù) (Scan Data) 、丟棄的包 (Discarded Packets) 和工程數(shù)據(jù) (Engineering Data) 。 全局元數(shù)據(jù) (Global Metadata) 全局元數(shù)據(jù)用來對 MODIS數(shù)據(jù)

50、進行搜索、歸類、提取。全局元數(shù) 據(jù)包括 ECS亞元數(shù)據(jù)和 MODIS L1A亞元數(shù)據(jù)。 ECS亞元數(shù)據(jù)包括 ECS清單元數(shù)據(jù)和 ECS文檔元數(shù)據(jù)。 ECS清 單元數(shù)據(jù)中包含數(shù)據(jù)名稱、時間范圍、白天 / 黑夜標識、軌道數(shù)、穿越赤道經(jīng)度、穿越赤道時間、邊界 經(jīng)緯度等信息。 ECS文檔元數(shù)據(jù)中當前尚不包含任何信息。 MODIS L1A亞元數(shù)據(jù)包含掃描數(shù)、白天方式 掃描數(shù)、黑夜方式掃描數(shù)、最大幀、最大 Earth 幀、最大 SD幀、最大 SRCA幀、最大 BB幀、最大 SV幀、掃 描類型、不完全掃描、丟失包數(shù)、 CRC錯誤包數(shù)、丟棄包數(shù)等信息。 掃描級元數(shù)據(jù)

51、(Scan-Level Metadata) 這部分數(shù)據(jù)提供 MODIS每條掃描線的相關(guān)信息。這些信息 包括掃描數(shù)、掃描中的總幀數(shù)、 Earth 幀數(shù)、 SD幀數(shù)、 SRCA幀數(shù)、 BB幀數(shù)、 SV幀數(shù)、掃描類型、 SD開始時間、 SRCA開始時間、 BB開始時間、 SV開始時間、 EV開始時間、 SRCA定標模式等信息。 像元質(zhì)量信息 (Pixel Quality Data) 這部分數(shù)據(jù)提供 IFOV的質(zhì)量信息。 掃描數(shù)據(jù) (Scan Data) 這一部分顧名思義存儲掃描數(shù)據(jù)。 丟失的數(shù)據(jù)填充為 -1 。Current/Prior S/C Ancill 和Command Pa

52、rameters數(shù)據(jù)也保留在這個部分。 丟棄的包 (Discarded Packets) 對包進行 1A處理時，如果發(fā)現(xiàn)其 CCSDS或 MODIS頭信息與預(yù)期不 符，這個包將被放入這個部分。 工程數(shù)據(jù) (Engineering Data) 用于存儲 MODIS工程數(shù)據(jù)。 3.2 MODIS L1B(MOD02) 數(shù)據(jù)格式 MODISL1B 有 1 公里、 500 米和 250 米三種分辨率的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，其格式基本相同，因此本文放在一起說明，只對其中不同的部分進行單獨闡述。 L1B的格式描述分為 4個部分：全局元數(shù)據(jù)（ Global Metadata ），

53、設(shè)備和無常 SDS（ Instrument and Uncertainty Science Data Sets ），波段子集 SDS（ Band-Subsetting Science Data Sets ），定位 SDS （ Geolocation Science Data Sets ）。 全局元數(shù)據(jù)（ Global Metadata ） 全局元數(shù)據(jù)包括： ECS標準核心亞元數(shù)據(jù)（ ECS Standard Core Granule Metadata ） , ECS 標準文檔 亞元數(shù)據(jù)（ECSStandard Archive Granule Metada

54、ta ）, MODISL1B產(chǎn)品亞元數(shù)據(jù)（ MODISLevel 1B Product Granule Metadata ）， MODIS L1B QA亞元數(shù)據(jù)（ MODIS Level 1B QA Granule Metadata ） , L1B HDF －EOS線元數(shù)據(jù)（ Level 1B HDF-EOS SWATH Metadata ）及 L1B線元數(shù)據(jù)（ Level 1B Swath Metadata ）。 ECS標準核心亞元數(shù)據(jù)（ ECS Standard Core Granule Metadata ） 這部分包含：產(chǎn)品時間、名稱、 第 14 頁 共

55、21 頁 MODIS 數(shù)據(jù)格式 白天 / 黑夜標識、時間范圍、后繼處理標志、質(zhì)量標識、穿越赤道時間、穿越赤道經(jīng)度、軌道號、邊界經(jīng)緯度、衛(wèi)星名稱、傳感器名稱等信息。 ECS 標準文檔亞元數(shù)據(jù)（ ECS Standard Archive Granule Metadata ）這部分包含：算法包接受時 間、名稱、版本、東西南北邊界等信息。 MODIS L1B 產(chǎn)品亞元數(shù)據(jù)（ MODIS Level 1B Product Granule Metadata ）這部分包含：掃描數(shù)、 白天掃描數(shù)、黑夜掃描數(shù)、不全掃描數(shù)、最大 Earth View 幀等信息。 M

56、ODIS L1B QA亞元數(shù)據(jù)（ MODIS Level 1B QA Granule Metadata ）這部分包含：發(fā)生錯誤的發(fā)射波 段、發(fā)生錯誤的反射波段、平均黑體溫度的噪聲、各種 FPA溫度噪聲、各種熱敏電阻噪聲、儀器溫度噪聲、腔溫度噪聲、無效感應(yīng)器、感應(yīng)器質(zhì)量等信息。 L1B HDF-EOS線元數(shù)據(jù) (Level 1B HDF-EOS SWATH Metadata) 對數(shù)據(jù)的維數(shù)、映射關(guān)系等信息進行說明。 L1B線元數(shù)據(jù) (Level 1B Swath Metadata) 這部分包含的信息有：掃描數(shù)、掃描類型、掃描完成標志、鏡面、 EV部分開始時間、星下點幀數(shù)、星下

57、點經(jīng)緯度、星下點太陽高度角、星下點太陽方位角、QA標識等。 3.3 設(shè)備和無常 SDS（ Instrument and Uncertainty Science Data Sets ） 此部分用來存儲設(shè)備和無常 SDS。 3.3.1 SDS的索引 每一個 SDS是一個 5維空間的數(shù)組， 這 5個參數(shù)是： 波段（ band）、傳感器（ detector ）、掃描（ scan）、 幀 (frame) 和抽樣（ sample ）。但是，SDS在 L1B產(chǎn)品中表示為 3維數(shù)組（如下），以便寫入 HDF－ EOS線（ swath ）結(jié)構(gòu)。 SDS_name[band_i

58、ndex,scan_and_detect_index, frame_and_sample_index] 其中： scan_and_detect_index ＝scan_index * num_detectors_at_resolution + detector_index 對于 1公里產(chǎn)品， num_detectors_at_resolution ＝ 10 對于 500米產(chǎn)品， num_detectors_at_resolution = 20 對于 250米產(chǎn)品， num_detectors_at_resolution = 40 frame_and_sam

59、ple_index = frame_index * num_samples_at_resolution + sample_index 對于 1公里產(chǎn)品， num_samples_at_resolution = 1 對于 500米產(chǎn)品， num_samples_at_resolution = 2 對于 250米產(chǎn)品， num_samples_at_resolution = 4 3.3.2 SDS 對于 1000米產(chǎn)品有： EV_250_Aggr1km_RefSB EV_250_Aggr1km_RefSB_Uncert_Indexes EV_

60、250_Aggr1km_RefSB_Samples_Used EV_500_Aggr1km_RefSB EV_500_Aggr1km_RefSB_Uncert_Indexes EV_500_Aggr1km_RefSB_Samples_Used 第 15 頁 共 21 頁 MODIS 數(shù)據(jù)格式 EV_1KM_RefSB EV_1KM_RefSB_Uncert_Indexes EV_1KM_Emissive EV_1KM_Emissive_Uncert_Indexes EV_Band26、 EV_Band26_Uncer

61、t_Indexes 對于 500米產(chǎn)品 EV_500_RefSB EV_500_RefSB_Uncert_Indexes EV_250_Aggr500_RefSB EV_250_Aggr500_RefSB_Uncert_Indexes EV_250_Aggr500_RefSB_Samples_Used 對于 250米產(chǎn)品有 EV_250_RefSB EV_250_RefSB_Uncert_Indexes 3.3.3 波段子集 SDS（ Band-Subsetting Science Data Sets ） 此部分包含用于實現(xiàn)波段

62、子集信息的 SDS。 250米產(chǎn)品只有一個 SDS： Band_250M SDS 500米產(chǎn)品有兩個 SDS：Band_250M SDS、 Band_500M SDS 1000米產(chǎn)品有四個 SDS：Band_250MSDS、Band_500MSDS、Band_1KM_RefSBSDS、Band_1KM_Emissive SDS 3.3.4 定位 SDS（ Geolocation Science Data Sets ） 此部分包含用于顯示的地理經(jīng)緯度信息。 3.4 MODIS Geolocation(MOD03) 數(shù)據(jù)格式 MODIS Geolo

63、cation(MOD03) 數(shù)據(jù)產(chǎn)品包含有： MODIS每個 1km EV（ Earth View ）中心的經(jīng)緯度， 每個 1km EV 太陽 / 衛(wèi)星的方位，每個 1km EV EOS陸地 / 海洋的閾值，每條掃描太陽和月亮相對于 MODIS 的位置，充分的儀器參數(shù)信息以支持特定波段和亞像元級定位。 格式描述分為 4 個部分：全局元數(shù)據(jù)、處理和幾何參數(shù)、掃描數(shù)據(jù)、組（ Vgroups ）。 3.4.1 全局元數(shù)據(jù) 全局元數(shù)據(jù)用于滿足 ECS組織、提取、分類、和搜索數(shù)據(jù)產(chǎn)品的要求。全局元數(shù)據(jù)分為 ECS 亞核 元數(shù)據(jù)、產(chǎn)品特定元數(shù)據(jù)、 HDF-EOS結(jié)構(gòu)元

64、數(shù)據(jù)和 MODIS定位特定元數(shù)據(jù)。 ECS 亞核元數(shù)據(jù) 包括名稱、版本、時間范圍、白天 / 黑夜標識、軌道號、穿越赤道時間、經(jīng)度、邊界經(jīng)緯度、丟失數(shù)據(jù)百分比、超越地球邊界數(shù)據(jù)百分比等信息。 產(chǎn)品特殊元數(shù)據(jù) 包括輸入數(shù)據(jù)名稱、東西南北邊界、 ESDT描述版本。 HDF-EOS結(jié)構(gòu)元數(shù)據(jù) 對數(shù)據(jù)的維數(shù)、映射關(guān)系等信息進行說明。 MODIS定位特定元數(shù)據(jù) 包含掃描數(shù)、各種幀的最大值、不全幀數(shù)、丟失包、 CRC錯誤包、丟棄包、 地球 / 姿態(tài)源、參數(shù)版本、 GEO_EST_RMS_ERROR、極運動等信息。 3.4.2 處理和幾何參數(shù) 包括焦距、波段位置（ S

65、can IFOV Offsets of band trailing edges with respect to the Optical Center ）、傳感器空間（ Nominal detector spacing in the cross-scan direction ）、傳感 第 16 頁 共 21 頁 MODIS 數(shù)據(jù)格式 器地址（ Offsets of detector positions from nominal locations on the focal plane ）、T 地址（ Offsets of the first sample

66、for a band to time of 1km frame ）、抽樣數(shù)（ Number of samples per frame for each band ）。 3.4.3 掃描數(shù)據(jù) 3.4.3.1 掃描級元數(shù)據(jù) 這部分包含 EV幀數(shù)、 SD幀數(shù)、 SV幀數(shù)、 EV開始時間、 SD開始時間、 SV開始時間、 SD太陽高度、SD太陽方位、月亮矢量、掃描鏡面、 L1A 掃描質(zhì)量、 Geo掃描質(zhì)量、掃描類型等信息。 3.4.3.2 掃描級導(dǎo)航數(shù)據(jù) 包含 EV中心時間、 EV中心時間時 ECR軌道位置、速度、儀器－ ECR幀轉(zhuǎn)換矩陣、衛(wèi)星姿態(tài)。 3.4.3.3 空間元素地理定位數(shù)據(jù) 包括經(jīng)緯度、海拔、衛(wèi)星高度角、方位角、傾斜范圍、太陽高度角、方位角、陸地 / 海洋閾值、地 理定位標識信息。 3.4.3.4 Vgroups MODIS geolocation 產(chǎn)品中包含自動存儲于 HDF格式文件中的標準 Vgroup ，除此之外， MOD_PR03 還產(chǎn)生了一些 Vgroup ，這些 Vgroup 是 HD