編者按：從古至今，人類從未停止過探索未知世界的腳步，認知世界的能力和手段與日俱增。中科院之聲與中國科學院空天資訊創新研究院聯合開設“觀天測地”專欄，為大家介紹天上地上探索的那些事兒，帶來空天資訊領域最新進展，普及科學知識。

近年來，遙感科學與技術的發展進入了一個新的發展時期。越來越多的遙感產品，如地表反照率、地面覆蓋型別、植被指數、葉面積指數、土壤水分含量、地表溫度等，為資源、環境、生態、農業等領域監測評估、管理決策、預測預警提供了重要資訊。

那麼如何對這些遙感產品進行客觀評價？這就不得不提遙感資料產品的真實性檢驗。

真實性檢驗技術為遙感應用落地保駕護航

遙感衛星資料獲取技術從單一波段發展到光學/紅外/微波多波段、多角度、多極化（偏振）、多時相、多模式；在遙感資料處理與分析方面，從目視解譯發展到半自動、自動以及結合專家經驗和計算機自動處理的智慧 AI 資訊提取，到目前的基於雲平臺的大資料分析，遙感不再只是簡單的提供初級衛星資料，而是可以提供各級遙感資料產品。遙感已從簡單識別地物，即“是什麼”的定性階段發展到對地表性狀的定量估算，即“怎麼樣”的階段。

但是，攜帶地面資訊的遙感電磁訊號從地表到衛星經歷了一個複雜的輻射傳輸過程，再從這個被改變後的電磁訊號反向推算出地表的資訊，也是一個充滿不確定性的反過程，既包括各種被引用輔助引數觀測的不確定性，同時也包含數學上的欠定問題，畢竟，遙感反演依靠的只是單一的衛星接收的電磁波資訊。因此，從遙感資料中定量得到的遙感資料產品也受到模型適用性等不確定性因素的影響，從而使得定量遙感產品精度存疑。由此，針對遙感資料產品的真實性檢驗技術應運而生。

遙感定量產品的試金石

真實性檢驗就是遙感定量產品的試金石，是度量其精度的過程。只有對各種遙感資料產品的準確度和穩定性給出定量評估，才能增強相關行業使用遙感資料產品的信心，使遙感產品真正成為應對全球變化等嚴峻挑戰的可靠資訊源。

同時，透過真實性檢驗，可以發現在生產遙感資料產品過程的各種問題，亦能透過對遙感產品不確定性來源的分析，從而改進生產過程，反向促進遙感產品定量化水平的提高，乃至可以透過嚴格的理論分析和探討，助力遙感科學的進步，是定量遙感科學發展的一個關鍵環節。

真實性檢驗是指將遙感反演產品與能夠視作地表相對真值的參考資料（如地面實測資料、機載資料、高解析度遙感資料等）進行對比分析，評價遙感反演產品的不確定性，給出確切的精度指標。儘管定量遙感產品的真實性驗證方法不盡相同，但是主體思路是相似的，核心問題就是如何獲取像元尺度的真值，即透過尺度轉換，將小尺度資料聚合成與待檢驗產品尺度相當的大尺度資料，從而進行資料對比。

衛星觀測的空間尺度（即“腳印”）一般比較大，和作為“尺子”的地面參考資料一般存在尺度差異，而地表很難做到完全均一，空間異質性的存在使得真實性檢驗並不是一個簡單直接的工作，而是經過一系列獨立嚴格的過程得到地面像元尺度相對真值後採用一定的驗證方式和評價方法對產品的精度進行評價。

真實性檢驗技術備受重視

遙感產品真實性檢驗在遙感技術發展初期，即受到關注和重視，美、英、法、加拿大和澳大利亞等國家在這方面積累了幾十年的經驗，在每顆遙感衛星發射升空前後都花費了大量的時間和經費進行感測器定標，開展演算法研究以及遙感產品的真實性檢驗，以保證資料產品的質量。

例如，國際地球觀測衛星委員會（CEOS）在1984年成立了定標和真實性檢驗工作組（WGCV），開始在全球範圍開展相關工作和研究。

地球觀測系統（EOS）的MODIS載荷在1999年在軌執行後，美國國家航空航天局（NASA）即成立了MODIS陸地產品（MODLAND）真實性檢驗小組，開展MODIS各種全球陸地資料產品進行系統的真實性檢驗。

CEOS資料定標與真實性檢驗工作組於2000年專門成立了陸地產品真實性檢驗（LPV）工作小組，促進陸地遙感產品真實性檢驗相關資料和資訊的共享和交換。

2005年，LPV工作小組提出了BELMANIP計劃，在利用地面測量開展直接真實性檢驗外，還探索多感測器資料產品間的交叉檢驗。

歐空局（ESA）於2000年啟動了歐洲陸地遙感儀器驗證計劃VALERI計劃，對包括MODIS、VEGETATION、MERIS、POLDER、AVHRR等感測器生產的陸地遙感資料產品，包括反照率、植被覆蓋度、葉面積指數、FAPAR等進行真實性檢驗。

我國也非常重視遙感資料產品真實性檢驗工作的相關工作，自2000年開始，在國家“973”“863”等一系列基礎研究重大專項中，均設立了相關研究內容，在真實性檢驗理論方法、技術體系取得了諸如“一檢兩恰”等成果，培養了一支從事遙感資料產品真實性檢驗的科研隊伍。

在基礎設施方面，針對遙感機理和真實性檢驗方法研究，相繼建設了中國科學院懷來遙感綜合試驗站、長春淨月潭遙感實驗站、黑河遙感試驗研究站，並聯閤中國農業科學院呼倫貝爾草甸草原國家野外生態試驗站，開展遙感產品全國真實性檢驗網作為試點，聯網協同開展星機地同步觀測試驗和遙感產品真實性檢驗工作，初步形成了多站多場地協同聯網觀測，資料共享的總體網路佈局。

後續隨著“十二五”空間基礎設施陸續發射多種衛星載荷，面臨著多種類遙感共性產品真實性檢驗的需求，初步建成由48個站點組成的光學衛星真實性檢驗站網。2018年，在“高分”專項的支援下，建成了一個由42個站點構成的高分共性產品真實性檢驗場站網，涵蓋我國主要的地理生態功能分割槽。

國內現有遙感網路侷限性

國內現有遙感網路在滿足當前遙感驗證產品的同時，還存在一定侷限性。大部分觀測網站的設計初衷並非針對遙感產品的真實性檢驗，存在覆蓋範圍有限和空間代表性不足的問題。此外，現有站點分屬於不同的單位主管，各站點都有各自的觀測重點，各站點之間測量儀器和觀測規範往往並不一致，缺乏行業公認的標準規範，更缺乏對觀測儀器的專業維護和對觀測誤差的量化。這些客觀條件的不足，不僅影響了觀測資料質量，也對資料的開放、共享和使用造成一定困難。

我國目前還缺乏穩定執行的遙感真實性檢驗站網體系，很多站點的觀測不具有長期連續性，不同團隊在同一站點的觀測也存在不同。由於缺乏長期穩定觀測和不確定性度量，地面資料難以捕捉長時間尺度的演變，無法有效地用於時序產品驗證，難以準確度量遙感產品的長時期穩定性。

對此，我們需要加強國內觀測網路等基礎設施的建設並提升執行管理能力。透過建立合理的場站網站點遴選原則，遴選增加具有良好觀測基礎設施和研究基礎的野外站點，特別是具有良好遙感地基觀測系統和遙感產品應用能力的野外站點。建立統一的質量標準和標準傳遞流程，使得觀測資料的質量可追蹤，同時最佳化和提升各站的綜合觀測能力，佈設多品類、高精度、自動化的觀測裝置，開展相關生態環境變數的地面觀測。構建準業務化執行的真實性檢驗網路系統，透過長期標準化的觀測，建立一套高可信度的觀測資料集。提高我國遙感定量化應用水平，支援國計民生髮展。

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