编者按：从古至今，人类从未停止过探索未知世界的脚步，认知世界的能力和手段与日俱增。中科院之声与中国科学院空天信息创新研究院联合开设“观天测地”专栏，为大家介绍天上地上探索的那些事儿，带来空天信息领域最新进展，普及科学知识。
近年来，遥感科学与技术的发展进入了一个新的发展时期。越来越多的遥感产品，如地表反照率、地面覆盖类型、植被指数、叶面积指数、土壤水分含量、地表温度等，为资源、环境、生态、农业等领域监测评估、管理决策、预测预警提供了重要信息。
那么如何对这些遥感产品进行客观评价？这就不得不提遥感数据产品的真实性检验。
真实性检验技术为遥感应用落地保驾护航
遥感卫星数据获取技术从单一波段发展到光学/红外/微波多波段、多角度、多极化（偏振）、多时相、多模式；在遥感数据处理与分析方面，从目视解译发展到半自动、自动以及结合专家经验和计算机自动处理的智能 AI 信息提取，到目前的基于云平台的大数据分析，遥感不再只是简单的提供初级卫星数据，而是可以提供各级遥感数据产品。遥感已从简单识别地物，即“是什么”的定性阶段发展到对地表性状的定量估算，即“怎么样”的阶段。
但是，携带地面信息的遥感电磁信号从地表到卫星经历了一个复杂的辐射传输过程，再从这个被改变后的电磁信号反向推算出地表的信息，也是一个充满不确定性的反过程，既包括各种被引用辅助参数观测的不确定性，同时也包含数学上的欠定问题，毕竟，遥感反演依靠的只是单一的卫星接收的电磁波信息。因此，从遥感数据中定量得到的遥感数据产品也受到模型适用性等不确定性因素的影响，从而使得定量遥感产品精度存疑。由此，针对遥感数据产品的真实性检验技术应运而生。
遥感定量产品的试金石
真实性检验就是遥感定量产品的试金石，是度量其精度的过程。只有对各种遥感数据产品的准确度和稳定性给出定量评估，才能增强相关行业使用遥感数据产品的信心，使遥感产品真正成为应对全球变化等严峻挑战的可靠信息源。
同时，通过真实性检验，可以发现在生产遥感数据产品过程的各种问题，亦能通过对遥感产品不确定性来源的分析，从而改进生产过程，反向促进遥感产品定量化水平的提高，乃至可以通过严格的理论分析和探讨，助力遥感科学的进步，是定量遥感科学发展的一个关键环节。
真实性检验是指将遥感反演产品与能够视作地表相对真值的参考数据（如地面实测数据、机载数据、高分辨率遥感数据等）进行对比分析，评价遥感反演产品的不确定性，给出确切的精度指标。尽管定量遥感产品的真实性验证方法不尽相同，但是主体思路是相似的，核心问题就是如何获取像元尺度的真值，即通过尺度转换，将小尺度数据聚合成与待检验产品尺度相当的大尺度数据，从而进行数据对比。
卫星观测的空间尺度（即“脚印”）一般比较大，和作为“尺子”的地面参考数据一般存在尺度差异，而地表很难做到完全均一，空间异质性的存在使得真实性检验并不是一个简单直接的工作，而是经过一系列独立严格的过程得到地面像元尺度相对真值后采用一定的验证方式和评价方法对产品的精度进行评价。
真实性检验技术备受重视
遥感产品真实性检验在遥感技术发展初期，即受到关注和重视，美、英、法、加拿大和澳大利亚等国家在这方面积累了几十年的经验，在每颗遥感卫星发射升空前后都花费了大量的时间和经费进行传感器定标，开展算法研究以及遥感产品的真实性检验，以保证数据产品的质量。
例如，国际地球观测卫星委员会（CEOS）在1984年成立了定标和真实性检验工作组（WGCV），开始在全球范围开展相关工作和研究。
地球观测系统（EOS）的MODIS载荷在1999年在轨运行后，美国国家航空航天局（NASA）即成立了MODIS陆地产品（MODLAND）真实性检验小组，开展MODIS各种全球陆地数据产品进行系统的真实性检验。
CEOS数据定标与真实性检验工作组于2000年专门成立了陆地产品真实性检验（LPV）工作小组，促进陆地遥感产品真实性检验相关数据和信息的共享和交换。
2005年，LPV工作小组提出了BELMANIP计划，在利用地面测量开展直接真实性检验外，还探索多传感器数据产品间的交叉检验。
欧空局（ESA）于2000年启动了欧洲陆地遥感仪器验证计划VALERI计划，对包括MODIS、VEGETATION、MERIS、POLDER、AVHRR等传感器生产的陆地遥感数据产品，包括反照率、植被覆盖度、叶面积指数、FAPAR等进行真实性检验。
我国也非常重视遥感数据产品真实性检验工作的相关工作，自2000年开始，在国家“973”“863”等一系列基础研究重大专项中，均设立了相关研究内容，在真实性检验理论方法、技术体系取得了诸如“一检两恰”等成果，培养了一支从事遥感数据产品真实性检验的科研队伍。
在基础设施方面，针对遥感机理和真实性检验方法研究，相继建设了中国科学院怀来遥感综合试验站、长春净月潭遥感实验站、黑河遥感试验研究站，并联合中国农业科学院呼伦贝尔草甸草原国家野外生态试验站，开展遥感产品全国真实性检验网作为试点，联网协同开展星机地同步观测试验和遥感产品真实性检验工作，初步形成了多站多场地协同联网观测，数据共享的总体网络布局。
后续随着“十二五”空间基础设施陆续发射多种卫星载荷，面临着多种类遥感共性产品真实性检验的需求，初步建成由48个站点组成的光学卫星真实性检验站网。2018年，在“高分”专项的支持下，建成了一个由42个站点构成的高分共性产品真实性检验场站网，涵盖我国主要的地理生态功能分区。
国内现有遥感网络局限性
国内现有遥感网络在满足当前遥感验证产品的同时，还存在一定局限性。大部分观测网站的设计初衷并非针对遥感产品的真实性检验，存在覆盖范围有限和空间代表性不足的问题。此外，现有站点分属于不同的单位主管，各站点都有各自的观测重点，各站点之间测量仪器和观测规范往往并不一致，缺乏行业公认的标准规范，更缺乏对观测仪器的专业维护和对观测误差的量化。这些客观条件的不足，不仅影响了观测数据质量，也对数据的开放、共享和使用造成一定困难。
我国目前还缺乏稳定运行的遥感真实性检验站网体系，很多站点的观测不具有长期连续性，不同团队在同一站点的观测也存在不同。由于缺乏长期稳定观测和不确定性度量，地面数据难以捕捉长时间尺度的演变，无法有效地用于时序产品验证，难以准确度量遥感产品的长时期稳定性。
对此，我们需要加强国内观测网络等基础设施的建设并提升运行管理能力。通过建立合理的场站网站点遴选原则，遴选增加具有良好观测基础设施和研究基础的野外站点，特别是具有良好遥感地基观测系统和遥感产品应用能力的野外站点。建立统一的质量标准和标准传递流程，使得观测数据的质量可追踪，同时优化和提升各站的综合观测能力，布设多品类、高精度、自动化的观测设备，开展相关生态环境变量的地面观测。构建准业务化运行的真实性检验网络系统，通过长期标准化的观测，建立一套高可信度的观测数据集。提高我国遥感定量化应用水平，支持国计民生发展。
转自：“科研圈内人”微信公众号
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