對地觀測領(lǐng)域已經(jīng)步入大數(shù)據(jù)時代，每天接收的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)呈爆炸式增長。然而，由于政策、制度和技術(shù)等多方面的原因，衛(wèi)星數(shù)據(jù)長期處于欠開發(fā)狀態(tài)，通常以原始影像數(shù)據(jù)產(chǎn)品（Digital Number值，即DN值）的形式提供給用戶。DN值沒有明確的物理意義，不同時間、不同地點和不同傳感器的DN值不具有可比性，遙感數(shù)據(jù)用戶難以直接使用。

為充分挖掘海量衛(wèi)星數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值，迫切需要在原始影像數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進行輻射定量化處理，研發(fā)用戶能直接使用的“即得即用”（Ready To Use，即RTU)產(chǎn)品。地表反射率（對于熱紅外波段，則為地表溫度）是最基本的遙感“即得即用”產(chǎn)品之一，是開展遙感土地利用分類、長時序地表覆蓋變化檢測等應(yīng)用的基礎(chǔ)。

為了從原始衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)得到精確的地表反射率，需要綜合考慮傳感器輻射定標、大氣散射和吸收、地形起伏以及地表二向反射（Bidirectional Reflectance Distribution Function, BRDF）影響。目前已有的地表反射率產(chǎn)品通常只考慮了其中兩項或者三項因素的影響，為了得到更精確的地表反射率即得即用產(chǎn)品，在中科院A類戰(zhàn)略性先導科技專項“地球大數(shù)據(jù)科學工程”的支持下，中國遙感衛(wèi)星地面站研究員何國金團隊進行科技攻關(guān)，成功實現(xiàn)從原始衛(wèi)星影像到地表反射率產(chǎn)品的全鏈路反演，研發(fā)了地表反射率全要素一體化自動反演系統(tǒng)。

算法介紹

在對衛(wèi)星原始影像各波段數(shù)據(jù)做高精度輻射定標的基礎(chǔ)上，科研人員針對衛(wèi)星傳感器參數(shù)特點，利用6S輻射傳輸模型逐像元計算的方式模擬大氣散射和吸收影響。6S模型需要的輸入?yún)?shù)利用NCEP再分析資料或者與衛(wèi)星過境時間同步的MODIS大氣參數(shù)產(chǎn)品（大氣水蒸汽含量、氣溶膠光學厚度、臭氧含量等）。地形校正利用改進C地形校正算法，該算法具有較好的地形影響消除效果。BRDF校正可以減小太陽高度角及衛(wèi)星觀測角變化對地表反射率反演的影響，BRDF校正利用C因子法。最終實現(xiàn)傳感器輻射定標、大氣、地形和BRDF全要素耦合校正，得到地表反射率。

結(jié)果示例

利用研發(fā)的地表反射率全要素一體化自動反演系統(tǒng)，以中國遙感衛(wèi)星地面站存檔的Landsat衛(wèi)星影像為數(shù)據(jù)源，研發(fā)并推出中國全境全要素地表反射率產(chǎn)品（2009年），該產(chǎn)品可以通過ftp://bigrs-info.com/public免費下載。

下面以具體例子通過對比分析來展示校正的效果。

圖1. 地形校正效果對比（a、c和e為校正前，b、d和f為校正后，a-b為整景影像對比，c-f為局部放大對比，Landsat 5衛(wèi)星影像，RGB：543, path/row:120/42, 獲取日期：2010/12/09）

通過圖1對比可以看出，經(jīng)過地形校正，地形起伏對地表反射率的影響得到很大程度地抑制，山體陰陽坡同種地物的地表反射率近似相等，地表反射率圖像變得更加“平坦”和真實。

圖2. BRDF校正效果對比（a為校正前，b為校正后，path/row:123/32, 橫軸為1999年1月14日影像，縱軸為1999年7月25日影像，地表反射率（LSR）縮放系數(shù)為0.0001）

為了檢驗BRDF校正的效果，選取地表反射率不隨季節(jié)變化的地表（大片均質(zhì)的裸地等，簡稱不變地表），選擇冬季（1月）和夏季（7月）的衛(wèi)星影像，由于冬季和夏季太陽高度角和衛(wèi)星觀測角的變化，這些不變地表的地表反射率隨季節(jié)出現(xiàn)一定的波動（圖2a）。經(jīng)過BRDF校正，減小了太陽高度角及衛(wèi)星觀測角變化對地表反射率反演的影響，冬季和夏季影像上這些不變地表的地表反射率變得更為接近。

中國遙感衛(wèi)星地面站衛(wèi)星數(shù)據(jù)深加工部長期致力于遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)“即得即用”產(chǎn)品的研發(fā)，建立了長時間系列衛(wèi)星RTU產(chǎn)品庫，向國內(nèi)外用戶提供標準化、系列化和多樣化的高級數(shù)據(jù)產(chǎn)品。其中，于2013年在國際上率先推出了大區(qū)域（中國區(qū)域）Landsat地表溫度產(chǎn)品（120或60米分辨率），是迄今空間分辨率最高的中國區(qū)域地表溫度產(chǎn)品。