卫星遥感信息产品的量尺

巡游于太空的遥感卫星不间断将大量原始数据传回地面，再经过一系列处理，最终形成不同的卫星遥感信息产品，以满足应用需求。

随着国家民用空间基础设施(即利用空间资源，主要为广大用户提供遥感、通信广播、导航定位以及其他产品与服务的天地一体化工程设施)持续建设投入，信息资源服务利用不断深化拓展，各领域的遥感应用需求愈发凸显。近年来我国发射了多颗陆地观测卫星，先进的遥感卫星载荷每天可获取大量精细遥感数据，规模体量和技术指标位居世界前列。而要将数据转换成高质量、可验证的遥感产品，并能够支撑高质量、业务化、规模化的卫星遥感信息综合应用，更非易事。这其中就需要对遥感数据、算法与产品的质量精度、通用性和普适性进行真实性检验。

为此，科研人员建设了陆地观测卫星真实性检验场网，研究工作得到国家民用空间基础设施地面系统建设项目的支持，并已初步形成运行体系，成为评测遥感产品的重要量尺。

什么是真实性检验?

国际对地观测卫星观测委员会定标与真实性检验工作组(CEOS-WGCV)这样定义真实性检验：通过独立的手段评价来自系统输出的数据产品质量的过程。

换言之，遥感数据产品的真实性检验，就是通过与参考数据(相对真值)的比较，独立地评价从定标后的卫星遥感数据延伸出的各类信息产品的精度和不确定性，而参考数据一般来自地面实测数据、机载数据、高分辨率遥感数据等。

为什么要建设真实性检验场网?

目前，遥感定量产品的真实性检验存在场景代表性不足、验证手段单一、时空匹配不一致、样本精度难以量化评估等问题。

为了有效支撑多类型卫星产品的数据质量综合评测，亟需加快先进技术突破和服务模式创新，利用各类平台与数据资源，统筹建设面向遥感卫星的国家级的陆地观测卫星真实性检验场网(以下简称“检验场网”)，系统提升国产卫星定量产品应用的广度、深度和国际标准化水平。

建设检验场网的意义主要在于5个方面：

一是深化重大领域和行业定量应用。作为卫星遥感地面系统的重要组成部分，检验场网可以支撑遥感产品质量的验证和评价，提升遥感信息产品在各行业的认可度、应用范围和应用成熟度，牵引带动应用产业升级发展，培育天地用一体化的新业态新模式。

二是推动遥感应用基础研究和理论发展。近年来，面向各领域、各行业应用需求的遥感信息产品的模型算法与工具软件不断涌现，但尚缺少对精度、适用性等的有效评价手段。利用地面获取的真值数据，改进和优化各类模型算法，完善真实性检验相关标准规范，可进一步提升定量遥感反演和真实性检验的理论技术水平。

三是评估陆地卫星数据产品质量和应用效果。遥感数据产品质量受到卫星载荷性能、辐射校正、大气校正、遥感反演等因素的影响。依托检验场网，获取星地同步测量数据，通过真实性检验和评价，实现空基陆地卫星遥感数据产品质量的定量评测和提升。

四是支撑发挥国家投资效能，挖掘卫星数据应用潜力。检验场网充分利用网络化的真实性检验站点资源和多平台的技术装备，通过获取多类型、多规格的长时间序列地面真值数据来评价遥感反演产品，从而提升国产卫星数据产品质量，更好发挥空基卫星应用潜力，支撑我国从“遥感大国”迈向“遥感强国”。

五是服务“一带一路”倡议和“双碳”等国家战略。目前，我国卫星应用以国内为主，国际服务能力和影响力有待进一步提升。利用国内外多种样本数据资源，发展数字化产品检验技术，面向全球开展遥感共性产品的验证和评价，提升国产卫星在全球范围的产品精度，为保障国家战略信息资源打好基础。

检验场网的构成

面向卫星遥感应用的共性和基础性服务需求，在国家民用空间基础设施地面系统建设的统一规划部署下，检验场网已初步形成运行体系，多域覆盖、要素齐全、多行业协同的遥感共性产品真实性检验站网体系也在全国范围内建成。

检验场网充分依托全国的现有野外观测站点、多要素覆盖的综合观测场和高精度跨平台的检验设备资源，建设了由全国数十个站点组网构成，并且覆盖全国主要自然地理区划及典型生态系统的光学/微波卫星真实性检验站网、电磁卫星比测校验场、面向多类型光学外场测量设备的室内定标和性能测试的基准与综合实验室;构建了星空地一体化、多尺度嵌套、跨领域联合的综合实验集成化观测技术系统，面向技术资源共享服务的共性技术支撑服务系统等;制订完善了陆地观测卫星相关数据信息产品标准规范。

检验场网现已形成多要素耦合、多谱段协同的天空地一体化的联合试验与综合检验技术能力;具备几何、辐射、陆表、植被、水体、大气等6类24种共性信息产品的检验与仿真分析能力;具备影像校正、信息提取、定量反演、检测评价、分发服务、标准规范等6大类共性关键技术的检验与评价能力;提供共性技术工具超过140个;支持13个以上行业和区域用户部门的技术培训与资源共享;每年可开展4次以上的行业部门联合试验，为各领域综合应用提供同步观测、模型算法、产品检验、仿真数据、真值数据、交流平台等业务化多层次共享服务。

此外，检验场网还首次建成了面向高分辨率卫星的全国范围统一标准的土壤温湿度、叶面积指数、大气气溶胶等自动观测网络以及地面辐射观测网。例如，建设完成覆盖全国7个自然区域的28个野外观测站，形成空基土壤温湿度自动观测网络，能够监测草原、农田、荒漠、森林等不同生态系统土壤温度和土壤湿度的时序变化数据，为用户提供精确的原位观测数据和百米像元尺度数据。

图1 陆地观测卫星真实性检验场网系统构成

图2 禹城站、锡林浩特站、净月潭站安装的土壤温湿度观测仪器

图3 特定土壤类型参数标定

(左图为祁阳站，右图为禹城站，土壤温湿度传感器的测量值会受到土壤粒径、含盐量和有机质等因素的影响，为保障土壤水分自动测量数据的精度，对土壤水分传感器进行特定土壤类型参数标定)

数据成果及应用

检验场网于2022年9月27日发布首批数据成果，数据来自光学/微波卫星真实性检验站网的观测以及在多个综合实验场持续开展的联合实验，形成了多要素、多区域的地面测量真值数据集，并针对不同用户提供典型数据集的共享服务。

地面验证数据集涵盖检验场网获取的6类24种地面测量参数，可用于空基陆地卫星遥感共性产品的真实性检验和评价。地面测量共享数据集通过“陆地观测卫星共性应用支撑平台”(http://caplos.aircas.ac.cn)持续发布，对于提升遥感信息产品质量检验与品质保障能力，充分发挥空基遥感卫星精细化应用潜力具有积极作用。

在5年时间内，检验场网已经获取多达2.17亿条的测量数据。其中，首次建成的自动观测网络以及地面辐射观测网，获取的土壤有效原始数据超过6500万条，叶面积指数原始数据超过2400万条，大气原始数据超过100万条，地表反射率验证数据集超过8万条。综合试验累计20余次，数据累计近18万组。

基于检验场网，目前已形成各载荷信息产品算法检验及质量评价报告100份，检验和评价的对象包括几何、辐射、陆表、植被、水体、大气等6类16种服务多用户应用的卫星基础共性产品。

在卫星在轨测试和共性产品验证方面，为高分一号B/C/D、高分二号、高分七号、资源一号02D/02E(5米光学01/02)等卫星提供了地表反射率验证支持和分析报告。在水环境监测和环保业务支撑方面，联合国家和地方相关专业机构在呼伦湖和白洋淀水域等地开展星地同步实验，为湖区生态保护提供了数据支撑;通过实现全国范围监测，产出沙尘、灰霾和颗粒物数据产品并形成日、月、年报，支撑各级相关部门的环保业务应用。在气候变化领域，构建了时间连续的气溶胶产品数据集，评估中国区域大气气溶胶辐射强迫效应，为我国应对气候变化及气候外交提供了科技支撑。

未来，检验场网的进一步优化建设，将能更好地满足我国高质量发展所提出的更精细、更高时效、更趋多样的卫星遥感应用需求，为实现“双碳”目标，应对气候变化，保障能源和粮食安全，促进区域协调发展，提升自然资源、环境保护、应急管理、交通运输、农林水利等重点领域治理能力提供更多助力。