高分遥感共性产品生成和真实性检验技术体系

随着高分辨率对地观测系统重大专项的成功实施，GF-1—GF-7七型卫星共19种主要载荷发射升空，形成了中国遥感卫星多谱段、多模式的观测能力，可为各种科研和行业遥感应用提供源源不断的高空间、高时间和高光谱分辨率的高质量遥感数据。如何打通高分卫星遥感数据到信息的转换链，降低高分卫星数据应用门槛、提升高分卫星应用服务成效已成为急需破解的迫切问题。遥感定量产品的误差来源包括传感器成像、几何与辐射定标、数据预处理、定量反演与产品检验等各个环节，提高定量遥感产品精度是一个复杂的系统工程，各行业应用部门和多领域用户难以独立完成全流程数据处理、产品生产和检验。本文在分析高分卫星遥感产品体系的基础上，针对多用户共同需求，梳理了7大类共45种共性定量遥感产品；从全链条误差溯源和质量检验需要出发，提出了高分遥感共性产品生成和检验的技术体系，分析了算法测评—算法优化—产品生产—真实性检验等环节面临的关键技术；进而提出了高分遥感共性产品真实性检验平台与产品定型分系统的初步设计方案，并介绍了系统研发的最新进展；最后对高分共性产品应用前景进行了展望，构建高分遥感共性产品生成与真实性检验技术体系，对于保障高分卫星遥感...     

中国遥感实验与真实性检验的发展思考

遥感实验与真实性检验始终在遥感科学与技术发展中发挥重要的作用，遥感实验是真实性检验的基础，真实性检验是遥感算法精度的重要保障，是遥感产品质量提升的重要途径。中国遥感实验和真实性检验发展历经遥感应用实验、定量遥感机理研究实验以及真实性检验综合实验等3个主要发展阶段，遥感系列实验有力推动了中国遥感真实性检验理论和方法的发展，形成了从遥感观测到像元“真值”的遥感产品真实性检验系统性技术链条，发布实施了遥感真实性检验系列国家标准，构建了中国算法测评与真实性检验平台。2022年11月4—6日，中国举行了“首届遥感实验与真实性检验学术论坛”，围绕遥感实验与真实性检验理论与实践、地面观测与不确定性、真实性检验实践与平台、遥感实验与真实性检验的未来发展等多个议题展开了热烈的交流与讨论。论文在总结和回顾中国遥感实验与真实性检验领域主要进展的基础上，阐述中国遥感实验与真实性检验面临的问题与挑战，文章最后对其发展前景进行了展望。     

中国遥感真实性检验基础设施建设发展态势分析

遥感产品的真实性检验研究是当前遥感领域研究的热点和难点。真实性检验基础设施的建设是实现遥感产品真实性检验的关键环节。近年来，中国先后启动国家民用空间基础设施真实性检验场网（简称空基场网）和高分专项国家真实性检验场站网（简称高分站网）的建设，形成由60余个站点组成，具备40余种遥感产品检验能力的场网体系。本文在介绍了国内外已有场网的基础上，详细介绍了空基场网和高分站网的建设目标、站点组成和测量产品。结合当前空基场网和高分站网的建设现状，提出了建设中国真实性检验的思路，探讨了建设真实性检验站网的技术体系，从理论研究、标准规范制定、场网建设和产品验证评价4个方面进行分析，为中国今后真实性检验站网建设和遥感产品的真实性检验提供参考。     

高分遥感共性产品生产系统关键设计

以众多遥感卫星的发射与行业应用系统为代表，遥感应用技术在近年间取得了快速发展，国产高分系列卫星等平台所提供的数据越来越丰富，以遥感共性产品作为信息源的应用系统也已经覆盖了多个行业。然而这两者之间的桥梁，即由国产卫星数据生产标准化系列遥感共性产品的能力，仍显得相对薄弱，极大限制了国产遥感数据的使用率与影响力。这一能力的改善需要从产品体系、产品算法与生产系统等多方面共同推进。本文从高分遥感共性产品生产系统的角度，针对系统所面对的来自数据集成、算法集成、生产编排与云计算等方面的诸多挑战，提出了一套完整的系统关键设计。系统在容器化集成运行的基础上，涵盖了集群、数据、算法、权限、参数、工作流、生产等一系列关键环节的关键技术。系统研发与生产实践表明，本系统可以流畅的集成各类共性产品算法，实现稳定高效的业务化生产平台，助力于国产卫星产品服务能力的有效提高。     

关键陆表参数遥感产品真实性检验方法研究进展

遥感产品真实性检验是定量遥感基础研究的重要环节,是客观评价遥感产品精度、稳定性和一致性的重要手段,对于提高遥感定量化水平、推动和扩展遥感产品的深化应用具有重要的意义。本文基于当前陆表参数遥感产品真实性检验研究的相关成果,归纳总结了陆表参数遥感产品真实性检验方法,并就其中的5种真实性检验方法,即基于地面单点测量检验、基于地面多点采样检验、基于高分辨率数据的检验、交叉检验和间接检验,阐述了各方法的特点、局限性、适用条件。文章在最后探讨了陆表关键参数遥感产品真实性检验评价指标和验证中影响精度评价的关键因素。本文对于遥感产品真实性检验工作的开展和真实性检验系统研发具有重要的指导意义。     

基于高分遥感数据的地表覆盖专题监测研究

为推动高分遥感数据在地理国情地表覆盖专题监测工作中的应用,研究了基于高分遥感数据开展地理国情地表覆盖专题监测的技术路线和数据处理与分析方法,探讨了专题监测系统的模块和功能设置,以期为地理国情地表覆盖专题监测工作提供参考。     

遥感数据在线信息分析服务技术研究

遥感数据的在线信息分析服务技术是基于在线处理技术,整合各种遥感信息和技术资源,通过标准Web Service调用方式以按需共享的方式提供遥感应用服务。本文就高分遥感数据产品的在线信息分析技术框架及信息分析结果的在线可视化系统实现展开研究,通过整合遥感数据处理算法及处理工具资源进行系统集成,并利用标准Web Service调用的方式为用户统一提供在线数据分析服务,使用户无须安装复杂处理软件就能在线对数据进行处理分析。试验结果表明,在线信息分析服务系统能稳定高效地为3—5级高分影像数据产品提供在线的数据分析功能,能有效降低行业应用高分遥感影像的难度,进一步增强了对高分遥感影像数据的应用能力。     

地面站点观测数据代表性评价方法研究进展

在遥感产品真实性检验中,地面站点网络的连续观测数据是进行算法及产品验证的重要数据来源。通常站点观测的空间范围有限,测量数据直接与产品像元值比较会存在尺度误差。因此,分析与评价站点观测在多大尺度上具有代表性,对有效利用观测数据进行算法与产品精度评价具有重要意义。目前全球地面观测站点类型繁多,虽有一定的代表性评价方法,但各类方法的优缺点及适用参数、适用条件各异。因此,为使站点观测代表性评价方法广泛的应用于地面站点观测,进而开展更加有效的遥感产品真实性检验,有必要对当前站点代表性评价方法进行系统的综述及梳理。本文首先阐述遥感产品真实性检验对站点连续观测数据的需求以及站点观测代表性评价的必要性。其次,分析站点观测代表性的评价指标特征,包含点面特征比较以及空间异质性两种评价指标。基于不同评价指标,综述了各种研究方法在站点观测数据代表性评价中的应用,即对点面特征比较评价的物理模型法、站点与区域分布图统计评价法和多站点多时相联合评价法,以及对空间异质性进行评价的一阶统计法和半方差函数法,总结不同代表性评价方法的原理及优缺点。然后,介绍了目前站点数据及代表性评价方法在蒸散、反照率和地表温度等遥感产品真实性检验中的应用,并且以黑河中游农田区观测LAI为例,分析了基于不同评价指标的不同评价方法的特点。最后,针对当前观测代表性评价方法面临的问题提出了下一步的研究方向。     

高分辨率地表反照率遥感估算研究进展

地表反照率是研究地表能量收支平衡、中长期天气预报和全球气候变化的一个重要参数。利用卫星数据估算地表反照率需要地表二向反射特征知识的支持，目前针对中低分辨率卫星数据的反照率反演算法相对成熟，且发布了不同分辨率和精度的全球产品。随着全球高分辨率对地观测技术的不断发展，特别是中国高分系列卫星的发展，为高分辨率地表反照率精确估算提供了丰富的数据源。然而高分辨率地表反照率遥感估算面临着观测角度数据不足、波段信息少等有效数据缺失的问题，国内外学者开展了一系列针对高分辨率地表反照率估算方法的研究。本文首先简述了地表反照率遥感估算的基本原理与目前存在的主要问题，总结并分析了近几年高分辨率反照率估算的相关算法，并对未来高分辨率反照率估算的进一步发展提出了展望和设想。论文研究可为高分辨率反照率算法研究和产品发展提供理论支持。     

基于高分辨率多光谱遥感数据的城市森林反射率真实性检验

城市森林资源信息对城市可持续发展有重要影响。为了满足城市森林资源精细化管理的需求,不断拓展国产高分辨遥感卫星的应用范围,需对其数据质量、数据规格和数据产品特点进一步的研究,进而应用于城市森林资源监测中。本文采用目前国际上正在开展的无场地定标技术,与定标精度比较高的landsat-8 OLI数据对高分1号8米的pms多光谱数据进行交叉定标,对国产高分辨率多光谱遥感数据的城市森林反射率进行真实性检验研究。     

遥感估算地表蒸散发真实性检验研究进展

地表蒸散发是连接土壤—植被—大气连续体的纽带，结合遥感技术估算地表蒸散发已成为获取区域乃至全球尺度时空连续地表蒸散发量的有效手段。由于遥感估算地表蒸散发容易受到地表空间异质性和近地层气象条件复杂性的影响，在模型机理与变量参数化方案、输入数据和时间尺度扩展等方面存在不确定性，影响了其准确度的提高和应用范围的拓展，因此需要开展真实性检验。本文综述了当前遥感估算地表蒸散发(包括植被蒸腾和土壤蒸发)真实性检验研究的相关成果，重点归纳并总结了应用于遥感估算地表蒸散发真实性检验的直接检验法和间接检法的主要原理、适用性和优缺点，在此基础上阐述了当前遥感估算地表蒸散发真实性检验研究所面临的挑战。分析表明：由于地表空间异质性的普遍存在，遥感估算地表蒸散发真实性检验研究在理论和方法方面还受到诸多挑战，今后应打破地表蒸散发遥感产品真实性检验局限在均匀地表的传统思路，发展非均匀地表遥感估算地表蒸散发真实性检验的理论框架，包括地表水热状况空间异质性的度量、非均匀地表验证场的优化布设、非均匀下垫面地表蒸散发的多尺度观测试验、卫星像元/区域尺度地表蒸散发相对真值的获取、验证过程中的不确定性分析以及遥感估算地表蒸散发的实证研究等，并构建一个多源、多尺度、多方法、多层次的真实性检验技术流程，以期把遥感估算地表蒸散发真实性检验作为突破口，提升相应遥感产品的应用水平，推动定量遥感科学的发展。     

高分辨率卫星地面处理系统研制

高分卫星地面处理系统是高分辨率对地观测系统重大专项的重要组成部分,实现高分一号到高分七号卫星各载荷数据录入、各级标准产品生产、存档、仿真、评价、分发服务、定标检校以及有效载荷管理等。地面处理系统采用了基于HADOOP平台的计算与存储统一的云计算地面处理架构,通过HDFS分布式文件系统将节点内部存储聚合为海量数据存储系统,通过YARN资源管理系统实现海量数据的统一调度和大规模并行处理,结合多光谱、高光谱、红外、微波、激光雷达和大气探测等多种卫星遥感数据高精度处理算法,构建多星通用大数据综合处理平台,大幅提升数据综合处理、数据存储与管理、分发服务等能力,为各类用户提供高精度、高质量的标准数据产品。     

高分光学遥感影像在铁路勘察中的应用及展望

为促进我国铁路勘察设计领域高分光学遥感影像的应用，结合当前铁路勘察设计工作的特点，系统总结了高分光学影像的发展及其在地理信息产品生产、地质勘察和环境影响评价分析等方面的应用现状，指出面向铁路勘察设计的高分影像应用存在的问题，提出未来的研究重点是建立适应于铁路勘察设计特点的遥感影像高精度的处理和智能信息提取与解译、业务应用等方面，以期形成高效的光学遥感卫星铁路勘察设计应用体系。     

尺度效应的叶面积指数产品真实性检验方法

真实性检验是评价遥感反演产品质量和验证遥感应用产品是否准确、真实地反映实际情况的重要途径。叶面积指数(LAI)是表征陆地植被结构和长势的关键参数,全面准确评价和验证LAI产品是产品用于陆面过程模型的前提。本文以MODIS LAI与GLASS LAI产品为研究对象,在尺度效应和尺度转换的基础上,建立了针对非均匀像元的低分辨率LAI产品真实性检验方法。在考虑空间异质性和植被长势差异的情况下,借助中分辨率的遥感影像,分别利用1 km像元平均叶面积指数和反演表观叶面积指数实现了对LAI算法和产品的真实性检验。为了比较作物长势差异和地表非均匀度对产品的影响,本文选择有代表性的河南鹤壁和甘肃张掖两个地区进行两种LAI产品真实性检验研究。研究结果表明,GLASS LAI和MODIS LAI产品均存在明显的低估现象。这并不是产品算法的问题,而是由于地表异质性和非均匀度的影响。在异质性更显著的张掖盈科灌区,低估现象更明显。GLASS LAI产品是多种LAI产品的融合,它的平均LAI比MODIS更接近真实情况,但是LAI的动态范围比MODIS窄。     

异质性地表反照率遥感产品真实性检验研究现状及挑战

地表反照率直接决定了地表能够吸收到的太阳辐射能量,是研究气候变化、能量平衡的一个关键参数。遥感为大尺度、连续获取地表反照率提供了一种有效的观测手段。但遥感数据本身的精度限制和反演模型的不确定性,使基于卫星数据反演的反照率产品存在误差,而这种误差的存在又会影响产品的进一步应用。正确的认识这种误差有助于提高产品的应用精度,深化其应用的深度和广度。真实性检验就是正确认识卫星反照率产品准确性、稳定性的重要手段,它是卫星产品从生产到应用的桥梁。虽然目前已经开展了大量的真实性检验工作,但即使是针对同一种卫星产品,真实性检验的结果往往并不一致。其根本原因在于验证中所采用的参考值能不能够准确地代表卫星像元尺度的地面真值。地面观测和卫星产品像元之间巨大的尺度差异以及广泛分布的地表异质性,使地面观测并不能直接作为像元尺度真值与卫星产品进行简单的对比。因此真实性检验过程并不是直接的,而是需要经过一系列严格、独立的过程得到像元尺度真值后与产品在一定的空间和时间范围内进行对比。针对目前真实性检验结果准确性和可信度不高等问题,本文尝试从地面实测数据、尺度转换、验证方式、评价方法及验证中存在的问题等几个方面来论述反照率产品的真实性检验现状及挑战。     

中国区域MODIS LAI产品及其改进

叶面积指数(LAI)是表征地表植被生长状况和进行陆面过程系统模拟的一个重要参数,搭载在Terra和Aqua两颗卫星上的MODIS传感器能够长时问收集全球陆地表面LAI的变化信息.然而,目前发布的MODIS LAI数据产品的时空不连续性制约着MODIS LAI产品在农作物长势监测与产量估计、地球表面过程模拟、全球变化研究等领域的应用.论文对中围区域MODIS LAI的标准产品进行了分析和总结,指出造成日前发布的中国区域MODIS LAI的标准产品在时间和空间上的不连续性,既有MODIS LAI反演算法的原因,更有MODIS反射率数据质量的原因.针对中国区域MODIS LAI标准产品存在的时空不连续性问题,论文在TSF滤波算法的基础上,进一步考虑地表反射率数据质量对MODIS LAI标准产品的影响,提出了改进的TSF滤波算法,并给出了基于该算法生成的时间上和空间上更具连续性的中国区域的MODIS LAI改进产品.本文发展的新算法和LAI改进产品可为相关研究提供LAI数据和产品算法参考.     

遥感卫星几何产品真实性检验方法与应用

遥感影像产品的几何精度是评价遥感卫星影像质量的一个重要指标,反映卫星传感器的技术水平,对遥感影像数据的应用具有重要影响。基于当前遥感卫星几何产品真实性检验研究相关成果,从检验数据源的角度,将几何产品真实性检验方法分为基于地基数据的检验方法和基于参考影像数据的检验方法,并介绍两种方法的基本原理、操作步骤和流程、优缺点以及研究现状。最后,应用基于参考影像数据的真实性检验方法对国产GF-1卫星WFV1相机影像的定位精度进行检验。对今后遥感卫星几何产品的真实性检验具有参考与指导意义。     

高分二号卫星影像融合方法比较及效果优化研究

针对如何使高分二号卫星融合后影像达到最佳视觉与应用效果还没有达成统一意见的问题,本文采用Gram-Schmidt(G-S)、高通滤波法(HPF)、最邻近扩散算法(NND)、超分辨率贝叶斯法及改进算法(Pansharp及Pansharp2)等5种目前主流的遥感影像融合算法,对高分二号卫星全色及多光谱影像数据开展融合实验,梳理了影像融合质量评价体系,同时对融合结果进行通道重组实验及优化。结果表明:NND、HPF、Pansharp融合算法比较适合高分二号卫星影像,将20%近红外波段加入到绿波段时,各融合算法影像视觉效果都得到增强,其中NND融合算法光谱性良好,HPF融合算法清晰度最好,Pansharp融合算法效果稳定,可作为后备方法,实验结果将为后续高分系列卫星影像处理提供支持。     

面向服务的在线专题制图系统

针对目前在线专题图表达存在交互性差、使用不够灵活、表达不够美观等问题。该文分析了当前在线专题制图产品存在的不足之处,并基于NewMap Server软件提出了一套集在线专题数据服务和在线专题制图API为一体的解决方案,在此基础上研发了面向服务的在线专题制图系统。利用NewMap地名地址匹配技术实现专题数据与地名数据的快速准确匹配并且制定统一的服务标准与客户端交互。客户端采用自主的图形算法实现专题数据的可视化表达。最后对专题图系统进行了详细的设计,并对设计的7种统计专题图进行实例验证。实践表明,该专题图系统有交互性强、制图速度快等优点,具有很好应用前景。     

“中国高分”科技重大专项在对地观测发展历程中的阶段研究

系统梳理1998年民用航天管理机构调整,特别是2005年天地一体化结构调整实施以及国家科技重大专项高分辨率对地观测系统(下称高分专项)从2007年开始论证到实施至今10余年发展历程,揭示行业发展基本规律,首次将中国民用遥感行业发展划分为4个阶段,阐述了每个阶段主要特征、面临的问题以及创新管理实践;首次将高分专项十年历程明确为一个发展阶段,提出本行业未来发展要在高分专项阶段成果基础上,推动遥感行业继"由试验应用型向业务服务型转变"成功后,向"体系效能型"转变,再次引领和推动中国对地观测新体系建设。