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国家“863”计划:多尺度遥感数据按需快速处理与定量遥感产品生成关键技术课题
时间:2016-09-21

  一、课题概述 

  国家“863”计划重大项目“星机地综合定量遥感系统与应用”重点研究星地协同观测与卫星组网关键技术,攻克多尺度时空遥感数据快速定量流程化处理、基于卫星组网和虚拟星座的综合定量遥感产品生成和真实性检验等关键技术,通过多学科、多领域应用示范,建立一套国家级的星机地综合定量遥感应用系统,实现事件驱动的遥感数据主动式服务,以及资源与环境遥感信息的业务化运行服务。 

  其中,一期第四课题“多尺度遥感数据按需快速处理与定量遥感产品生成关键技术”主要目标是攻克多源遥感协同高精度定量反演与多尺度定量遥感产品生产关键技术,建立全球陆表综合观测的定量遥感产品技术体系;制定全球陆表综合观测定量遥感产品技术体系标准规范;建立按需流程的多尺度遥感数据按需快速处理与定量遥感产品生产原型系统,初步形成全球陆表综合观测多尺度定量遥感产品生产能力。 

  二、课题完成情况及研究水平 

  (一)首次完成了三十余种多源遥感数据和遥感产品的归一化处理,形成了能够支持多源多尺度遥感数据协同反演的归一化数据集。 

  本课题发展了包括几何归一化、光谱归一化、交叉辐射定标、大气校正及多尺度数据分幅等关键技术,可以完成30m300m1km5km25km五个尺度共计三十余种遥感数据和遥感产品的归一化处理,形成具有较高一致性的多源遥感数据集,为多源数据的协同反演奠定了基础,在全球属于首次。 

  在该技术支持下,本课题生成了全球1km5天合成的地表反射率及大湄公河次区域30m一个月合成的地表反射率(12)。而且这些数据集的原始数据都以国产卫星数据为主要数据源。这两个数据集的时间分辨率在全球同类产品中处于领先地位。

 

  1、全球1km5天合成地表反射率图

   

  2、大湄公河次区域30m一个月合成地表反射率 

  (二)研发了“多源数据定量遥感产品生产系统”,形成了十余种1km5天合成)和5km3小时)全球产品及十种30m300m(十天到一月合成)中国及周边区域产品快速生产能力。 

  该系统集成了多源多尺度遥感数据归一化处理技术和多源协同定量遥感产品生产算法,可以对现阶段主流的30m~5km分辨率遥感数据进行归一化处理,并能够生产分辨率为1km~5km的近二十种全球定量遥感产品和十种分辨率为30m~300m的中国及周边区域定量遥感产品,大部分定量遥感产品利用多源遥感数据协同生产的算法;在数据从处理能力上,这是世界上唯一可以同时处理十种以上多源遥感数据的系统;从先进性的角度考虑,该系统中所集成的定量遥感产品生产算法大部分都利用了多源遥感数据协同生产算法,将1km分辨率产品的时间分辨率提高到了5天,将30m分辨率产品的时间分辨率最好提高到了10天,对于陆表变化有了频次更高的观测,对于行业应用、科学研究等具有重要意义。该系统采用了具有强大处理能力的超算平台,可以在较短的时间内完成全球及重点区域的定量遥感产品生产。 

3、定量产品生产系统界面

    (三)发展基于卫星组网数据协同反演技术,设计实现8种辐射收支参数不同尺度的产品算法16个。 

  为了提高产品时空分辨率和精度,避免产品反演过程对于单一传感器数据的依赖,在产品算法中改变了以某个数据源作为出发点的做法,利用全球卫星组网数据提供的多源、多波段、多角度和多时段卫星数据,发展了多源卫星数据的协同反演方法,以及根据数据库查询结果的最优产品生产流程构建方法,达到全球和区域尺度辐射收支参数精确估算的目标。在此基础上设计实现了了4种尺度的产品算法15个。 

4、全球辐射产品示例:全球下行长波辐射产品 

  (四)建立协同多传感器、多尺度卫星数据的8种植被结构与生长状态参数定量遥感提取方法。 

  明确多源数据联合提取植被参数的主要问题,针对多源遥感数据优势和缺点,发展了基于多传感器数据的多角度观测数据集构建技术;利用构建的有效多角度数据集,研发了多尺度植被参数(包括植被精细分类、植被指数、FVCLAIFPARNPP、叶绿素含量和植被物候期)提取算法,首次制定了植被指数、FVCLAIFPAR参数的生产规范。 

5、植被产品示例:1km5天合成NDVI 

  (五)发展基于多源遥感数据和多参数化方案的地表水热通量参数估算技术,设计实现5种地表水热通量参数不同尺度的产品算法4个。 

  针对多源遥感数据的优势,发展了基于光学和微波协同观测的土壤水分反演算法;基于全天候辐射参数(DSRDLR、净辐射、地表反照率等)和多尺度植被参数(植被精细分类、植被指数、FVCLAI等)作为模型驱动数据,从主控地表能量与水分交换过程的能量平衡、水分平衡及植物生理过程的机理出发,通过引进土壤水分胁迫因子、雪面升华过程以及冠层截留模拟等过程的参数化方法,研发了多尺度地表水热通量参数提取算法。首次制定了地表蒸散发遥感产品生产规范,并且生产了部分全球和区域产品。 

  三、实施效果 

  (一)推动了定量遥感产品的生产从单一遥感数据向多源遥感数据协同转变。 

  (二)促进遥感技术与超算技术的融合发展。 

  (三)推进定量遥感产品在科研院所、行业部门及国际行政机构的应用。 

  (四)“多源数据定量遥感产品生产系统”具有市场化潜力,进一步促进遥感技术的产业化发展。 

    

    

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