遥感科学-遥感真实性检验完整版

《

遥

感

科

学

》

遥

感

真

实

性检验

概述主要内

容一

、引

言二

、真

实性

检验

的研

究内

容

三

、遥

感真

实性

检验

系统

基本

框架

四

、真

实性

检验

系统

的基

本功

能

五

、结

语遥

感

过

程数

据

获

取数

据

处

理

、

分

析数

据

应

用辅

助

数

据图

象数

据目

视计

算

机(1)能

源（

5

）遥

感

系

统（

6

）数

据

产

品（

7

）

处

理

、

分

析

、

解译（

8

）信

息

产

品（

9

）

多

目

标

用户（

2

）

大

气传输（

4

）

再

次通过大气层（

3

）

与

地表的

相

互

作

用一

、引

言意

义遥

感

数

据

获

取

是

一

个

复

杂

的

过

程

，

受

到

大

气

辐

射

传

输

特

性

、

遥

感

器

运

行

环

境

、

遥

感

器

工

作

状

态

、

被

观

测

目

标

状

态

等

多

种

因

素

的

影

响

。

传

感

器

接

收

到

的

遥

感

数

据

是

否

达

到

设

计

的

要

求

，

遥

感

反

演

产

品

是

否

准

确

、

真

实

地

反

映

实

际

情

况，必

须进行真实性

的检验（Validation）。定义：真

实

性

检

验

是

用

独

立

的

方

法

来

评

价

遥

感

数

据

产

品

、

遥

感

反

演

的

地

表

特

征

参

数

产

品

及

遥

感

应

用

产

品

的

真

实

性

和

准

确性，

以及满足传感

器设计指标要

求的程度。遥

感

产

品一

、引

言遥

感

数

据

产

品

（remotely

sensed

data

）定

标

后

卫

星

入

瞳处

的辐

亮度

数据

。遥

感

反

演

产

品

（remote

sensing

retrieval

products）

基

于

遥

感

数

据

产品

反演

得到

的地

表参

数信

息，

如地

表

温

度

、

地

表

反

射率

、地

表反

照率

、土

壤湿

度、

气溶

胶

光

学

厚

度

、

叶

面积

指数

等。遥

感

应

用

产

品

（remote

sensing

application

products）

基

于

遥

感

反

演

产品

通过

一定

方法

或模

型输

出的

结果

，

如

地

表

净

辐

射

、地

表蒸

散发

等。蒸

散

发

：

地面上植物的

叶面蒸腾与植

株间土壤蒸发

量之和。也

就

是

灌

溉

工程中的作物

需水量。一

、引

言意

义（

续）遥

感

真

实

性

检

验

是

评

价

遥

感

产

品

质

量

的

重

要

途

径

，

是

从

遥

感

数

据

到

遥

感

信

息

转

换

的

关

键

技

术

环

节。

（数

据不

等于

信息

）真

实性

检验

不仅

可以

为卫

星有

效载

荷的

前期

原

理性

研究

和设

计提

供支

持，

而且

为遥

感数

据的

质

量评

价、

分析

与控

制提

供依

据。真

实性

检验

研究

对于

提高

对地

观测

技术

定量

化

水平

具有

重要

的意

义。二

、研

究内

容1.真

实性检验场条

件、要求和标

准的研究：借

鉴国际上遥感

真

实性检

验场建设的先

进经验，结合

我国的自然环

境和经济发展

的具体

情况和特点，

充分利用现有

资源，建设遥

感真实性检验

场网络

，并和国际接

轨、共享。已有条

件的利用：

遥感试

验场：敦煌定

标场、青海湖

定标场、其他

遥感试验场

（

北

京

小

汤山、顺义；

河北怀来、承

德；内蒙根河

；黑河流

域

等

）

中国陆

地生态系统网

络：山东禹城

实验站（农田

）、内蒙古

草原生

态站、长白山

温带森林生态

站、西双版纳

热带森林生

态站、

鼎湖山站（南

亚热带）、千

烟洲站（江西

，亚热带季

风气候

区）、当雄（

青藏高原高寒

草甸）站、甘

肃玛曲站

（草甸

）等

根

据

需

要

建立新的试验

场、验证场：

如内蒙包头遥

感综合试

验

场

，

中

国科学院怀柔

生态环境综合

观测研究站提

醒

：野

外

考察既很有意义（获取宝贵的数据、增

长

知

识、锻炼能力、增强友谊）但

野

外考察也是有风险的，要做好准备工作

和

防

范措施。二

、研究内容（续）

进

行真

实性

检验

顶层

设计

，建

立真

实性

检验

系统

总

体框

架组

成、

结构

、功

能

真

实性

检验

理论

研究

：研

究遥

感真

实性

检验

的技

术

、方

法，

建立

规范

、有

效的

真实

性检

验流

程和

方

法；

遥

感真

实性

检验

：数

据产

品、

反演

产品

（参

数）

及

应用

产品

真实

性检

验二

、

研

究

内容（续）真实性检验的方法

直

接

检

验

：同步地面测

量——获取真值——对

比分析

间接检

验：

交叉检

验：利用经验

证的已知精度

的卫星产品对

待检验卫

星产品

进行检验

时空分

析、过程模型拟检验卫星遥感产品尺度转换后地表

测量数据数据质量分析业务运行管理数据与数据库

管理二

、

研

究

内容

（续

）真

实性

检验

的方

法

直

接

检

验

：同步地面测

量——获取真值——对

比分析检验与精度评价精验度报检告拟检验卫星遥感产品尺度转换后已验证的卫

星遥感产品数据质量分析业务运行管理数据与数据库

管理二

、

研

究

内容

（续

）真

实性

检验

的方

法

间接检

验交叉检

验：利用经过

验证的已知精

度的卫星产品

对待检验卫星

产

品进行

检验检验与精度评价精验度报检告时空变化趋势分析时空变化规律尺度转换后已知精度时间

序列遥感产品拟检验卫星时间序列遥

感产品数据质量分析业务运行管理数据与数据库

管理真

实性

检验

的方

法二

、研

究内

容

间接检

验时空分

析：对已验证

的时间序列遥

感产品进行时

空变化趋势分

析，

从

中

得

到

该遥感产品的

时空变化规律

，然后根据这

些时空变化规

律

对

同

类

待验证的相同

时段的遥感产

品进行真实性

检验。检验与精度评价精验度报检告已验证的

地表过程模型模型输出结果拟检验卫星遥感产品数据质量分析业务运行管理数据与数据库

管理真

实性

检验

的方

法二

、研

究内

容

间接检

验过

程

模

型

：将待验证的

遥感产品输入

到已验证的过

程模型中，

根

据

过

程

模型输出结果

的准确性，来

间接验证遥感

产品的真实

性

。检验与精度评价精验度报检告像元尺度真值的获取需要解决的关键技术（难

题）：空间尺度光谱尺度时间尺度……真实性检验系统

真实性检验系统同步数据获取同步数据处理数据交换尺度转换遥感数据产品检验遥感反演产品检验遥感应用产品检验三、遥

感真实性检验

系统基本框架系统组

成数据质量分析系统同步数据处理模块数据交换模块系统同步数据获取模块数据与数据库

管理系统灾害监测预警分

系统灾害应急响应分

系统灾害评估分系统遥感数据处理子业务运行管理系统遥感数据产品检验模块遥感反演产品检验模块遥感应用产品检验模块真实性检验场(网

)三、遥

感真实性检验

系统基本框架系

统

技

术

流程（以HJ星为例

）输入尺度转换模块输出四、遥

感真实性检验

系统功能系

统功

能：根

据拟

检验

的遥

感产

品的

类型

和特

点，

进行

同步

地面

测

量数

据获

取和

拟检

验卫

星同

步并

经过

检验

的其

他卫

星

数据

及产

品的

获取

，经

过数

据处

理和

尺度

转换

，结

合

相关

的非

遥感

数据

和资

料，

对遥

感产

品进

行真

实性

检

验，

并将

检验

结果

提交

给业

务运

行管

理系

统、

数据

与

数据

库管

理系

统和

数据

质量

分析

系统

，为

卫星

遥感

产

品的

质量

分析

与控

制提

供技

术支

持。四、遥

感真实性检验

系统功能系

统功

能（

续）

：1.同

步数

据获

取

:

同

步地

面测

量数

据获

取；

同步

获取

地表

辐射

度、

地

表反

射率

、植

被覆

盖度

、叶

面积

指数

、土

壤湿

度

、地

表温

度、

气溶

胶光

学厚

度等

测量

数据

。

同

步卫

星数

据、

产品

获取

：同

步获

取与

拟检

验卫

星

同

步

且

经过

检验

的其

他卫

星遥

感数

据及

产品

。地面测量点布设地面同步测量经检验的遥感产品选择检验场地选择经检验的与拟检验卫星同步

的遥感产品选择同步地面测量数据数据交换模块同步数据处理摸快与拟检验卫星同步的其他卫星选择四、遥

感真实性检验

系统功能同步数

据获取:四、遥

感真实性检验

系统功能系

统功

能（

续）

：2.同

步数

据处

理

:

同

步地

面原

始测

量数

据处

理、

格式

转换

用

于检

验的

同步

卫星

遥感

数据

和产

品处

理、

分析

、

格

式转

换卫星数据处理格式转换格式转换数据交换模块尺度转换模块同步地面数据处理参数调整YesNo四、遥

感真实性检验

系统功能同步数

据处理

:同步地面数据同步其他卫

星数据精度条件四、遥

感真实性检验

系统功能系

统功

能（

续）

：3.数

据

交

换

：

读

取、

注入

用于

检验

的同

步地

面测

量的

原始

数据

和

处

理

后

的

数

据

及经

过尺

度转

换后

的数

据；

读

取、

注入

同步

的且

已经

过检

验的

其他

卫星

数据

及

产

品及

其尺

度转

换后

的数

据、

产品

；

读

取用

于检

验的

各种

辅助

数据

；（

基础

地理

数据

、

专

题数

据）

读

取、

注入

拟检

验的

卫星

数据

及产

品；

对

上

述

数

据查

询、

检索

、显

示。三、遥

感真实性检验

系统基本框架尺度转

换点

观

测遥

感特

点

：

只

能

提

供

稀

疏

的

、

离

散

的

，

代

表

几

平

米

、

几

十

平

米

左

右

范围

的点

信息

；地

表

不

均

匀

时

，

数

据

缺

乏

区

域

代

表

性

，

不

能

反

映

空

间

分

布

的

真

实规

律；采

用

以

点

带

面

的

方

法

进

行

计

算

会

带来

很大

的误

差面

状

信

息特

点

：

可

以

连

续

不

断

地

、

持

久

地

、

大

面

积

地

快

速

提

供

地

表

时空

要素

的信

息。

尺

度问

题：（

1

）

下

垫

面

非

均

匀

、

存

在

亚

像

元

；

不

同

分

辨

率

遥

感

数

据

间存

在尺

度转

换问

题。

（

2

）

遥

感

能

够

直

接

获

取

的

地

表

参

数

非

常

有

限

，

很

多

参

数

需

经

过

非

线

性

函

数

变

换

，

存

在尺

度转

换问

题。

……三、遥

感真实性检验

系统基本框架尺

度转

换（

续）尺

度转

换的

必要

性：地

面仪

器测

量数

据的

尺度

和卫

星接

收数

据的

尺度存

在很

大的

差异

，要

想验

证卫

星遥

感数

据及

其产品

的准

确性

和精

确性

，必

须首

先解

决尺

度问

题，进

行尺

度转

换。

尺度

转换

是真

实性

检验

的关

键步

骤

和前

提。尺

度转

换（

续）三、遥

感真实性检验

系统基本框架定

义

：尺度转

换是将数据或

信息从一个尺

度转换到另一

个尺度的过程

。

通常，

称自下而上的

尺度转换（将

小尺度转为大

尺度）为尺度

扩展或

尺度上推（up-scaling），称

自上而下的尺

度转换为尺

度压缩

或尺度下推（

down-scaling

）。在遥感领

域，自下而上

的尺度

转换是指高分

辨率数据、遥

感产品向低分

辨率的转换；

自上而

下的尺度转换

是指低分辨率

研究结果向高

分辨率的转换

。三、遥

感真实性检验

系统基本框架特

别

要

指

出

的

是，

遥感

数据

尺度

转换

是国

际上

公认

的

难

题

。

为

什

么

？从

数

据

获

取

角

度看

，遥

感是

从不

同的

平台

、以

不同

的

空

间

分

辨

率

、

光谱

分辨

率和

时间

分辨

率探

测目

标，

不

同

尺

度

信

息

源

表达

同一

客观

事物

要产

生尺

度效

应；

从

被

探

测

目

标

物角

度看

，下

垫面

地物

的空

间分

布是

复

杂

多

样

的

，

地

面是

非均

匀的

，地

表参

数是

非线

性的

。

由

于

不

同

数

据

源在

尺度

上的

巨大

差异

，遥

感探

测的

各

种

各

样

的

地

表

参数

的机

理的

复杂

多样

，陆

地表

层系

统

的

非

均

匀

性

和

非线

性性

，使

得尺

度转

换研

究非

常复

杂

而

困

难

。

目

前

国内

外对

尺度

效应

和尺

度转

换的

研究

仍

处

于

起

步

阶

段

，远

不能

满足

应用

的需

求。四、遥

感真实性检验

系统功能系

统功

能（

续）

：4.尺

度转

换

:

遥

感产

品尺

度效

应评

估

同

步地

面测

量数

据尺

度转

换

卫

星遥

感产

品尺

度转

换四、遥

感真实性检验

系统功能系统功

能（续）：5.

遥

感

产品

真实

性检

验

遥

感

数

据

产品

真实

性检

验:对

遥

感数

据的

辐射

精

度

和几

何精

度进

行检

验

遥

感反

演产

品真

实性

检验

：对

遥感

反演

产品

进行

检

验

遥

感应

用产

品真

实性

检验

：对

遥感

应用

产品

进行

检

验四、遥

感真实性检验

系统基本功能5.1遥感

数据

产品

真实

性检

验从

空间

特性

和波

谱特

性两

个方

面进

行检

验

空

间分

辨率

、空

间定

位精

度、

像元

配准

精度

、

MTF

（

调制

传递

函数

）、

中心

波长

位置

辐

射分

辨率

、辐

射精

度、

信噪

比（

SNR）

、图

像的

动

态范

围、

图像

均匀

性

（

对激

光雷

达）

测距

精度

、回

波强

度、

平面

定位

和

高

程

（

垂直

）精

度四、遥

感真实性检验

系统基本功能5.2遥感

反演

产品

真实

性检

验地表辐射度、地表反射率、植被覆盖度、植

被指数、叶面积指数、土壤湿度、地表温度、

地表蒸散、气溶胶光学厚度、水质参数（水

体叶绿素含量、泥沙含量等）……四、遥

感真实性检验

系统基本功能5.3遥感

应用

产品

真实

性检

验资

源：

土地

资源

（土

地利

用

/土

地覆

盖）

、森

林资

源

（数

量、

质量

）、

矿产

资源

、农

业资

源环

境：

大气

环境

、水

环境

、土

地环

境（

土地

沙化

、

土

地盐

碱）灾

害：

洪水

、旱

灾、

火灾

、雪

灾、

虫灾

、地

震、

沙

尘

暴

……四、遥

感真实性检验

系统基本功能系统功能（续）：6.检

验精度评价功能：根据检验结果进行定量精度评价和分析五

、结

论真

实

性

检

验

是

遥

感

地

面

系

统

的

重

要

组

成

部

分

，

在

对

地

观

测

中

具

有

不

可

替

代

的

重

要

作

用

。

但

我

国

这

方

面

的

工

作

比

较

薄

弱

，

还

处

于

起

步

阶

段

，

这

将

会

影

响