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定量遙感實驗 版權信息
- ISBN：9787030743305
- 條形碼：9787030743305 ; 978-7-03-074330-5
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
定量遙感實驗 內容簡介
本專著匯集了國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）項目"陸表生態環境要素主被動遙感協同反演理論與方法"、國家科技基礎專項"測繪地物本底光譜數據庫"國家自然科學基金重點項目"黑河流域生態－水文過程綜合遙感觀測試驗：航空光學遙感"中遙感試驗原理及觀測技術與方法重要研究成果。作者在國科大"定量遙感實驗"課三年教學實踐積累的講義基礎上編寫的專著，理論結合實踐。
定量遙感實驗 目錄
目錄
序
前言
第1章 定量遙感實驗概述 1
1.1 遙感科學的發展與挑戰 1
1.2 遙感科學中的定量遙感實驗 2
1.3 遙感觀測面臨的挑戰及觀測體系建設 5
1.3.1 遙感觀測面臨的挑戰 5
1.3.2 地基遙感觀測體系建設 7
1.4 定量遙感實驗基本概念和原理方法 12
1.4.1 基本概念 12
1.4.2 遙感場景 14
1.4.3 傳感器定標 15
1.4.4 測量規范 19
1.4.5 測量數據質量控制與定量處理 22
1.5 定量遙感類型與設計方法 23
1.5.1 遙感實驗的目的 23
1.5.2 遙感實驗的類型 24
1.5.3 遙感實驗的觀測手段 25
1.5.4 遙感實驗的設計方法 27
1.6 小結 29
思考問題 30
參考文獻 30
第2章 定量遙感實驗的幾個關鍵問題 33
2.1 觀測器件的不確定性與誤差估計 33
2.1.1 器件測量本身的不確定性 33
2.1.2 觀測視場因素引起的不確定性 34
2.2 空間采樣 37
2.3 時間采樣 41
2.4 多傳感器與多平臺協同 42
2.5 小結45
思考問題 45
參考文獻 45
第3章 全波段地物反射率、發射率、微波輻射和散射觀測 50
3.1 地物反射率波譜測量 50
3.1.1 地物反射率的定義 50
3.1.2 幾種常見的反射率 51
3.1.3 地物反射率測量基本原理 53
3.1.4 反射率波譜測量的影響因素 55
3.1.5 地物反射率室內測量和野外測量的特點 56
3.1.6 地物反射率波譜測量要求 56
3.1.7 測量地物反射率波譜的儀器 59
3.2 地物紅外光譜發射率測量 60
3.2.1 地物紅外發射率測量原理 60
3.2.2 熱紅外地表發射率的地面測量方法 62
3.2.3 地表發射率測量要求 65
3.3 微波遙感原理及特點 65
3.3.1 輻射亮溫 66
3.3.2 后向散射 68
3.4 被動微波輻射測量方法與實踐 70
3.4.1 微波輻射計系統 70
3.4.2 輻射計定標 75
3.4.3 典型地物微波輻射特性測量實例 77
3.5 主動微波散射測量方法與實踐 81
3.5.1 主動傳感器系統 81
3.5.2 后向散射系數定標 85
3.5.3 典型地物微波散射特性測量實例 86
思考問題 90
參考文獻 90
第4章 陸表植被、土壤和水質參數觀測 94
4.1 物候期與LUCC的調查方法 94
4.1.1 樹木物候期 95
4.1.2 樹木物候期的實地調查方法 96
4.1.3 遙感物候期調查方法 97
4.1.4 LUCC調查方法 98
4.1.5 土地利用類型變化監測 104
4.2 植被結構測量 107
4.2.1 植被高度測量 107
4.2.2 植被覆蓋度測量 110
4.2.3 葉面積指數測量 111
4.2.4 葉傾角分布測量 120
4.3 NPP與土壤呼吸測量 123
4.3.1 NPP的相關概念和定義 123
4.3.2 NPP的測量方法 123
4.3.3 土壤呼吸的相關概念和定義 127
4.3.4 土壤呼吸的測量方法 128
4.4 典型地物生化理化參數測量 132
4.4.1 植被生化理化參數測量 132
4.4.2 土壤參數測量 138
4.4.3 水質參數測量 142
思考問題 145
參考文獻 145
第5章 陸表水熱能量平衡參數觀測 149
5.1 大氣參數測量 149
5.1.1 大氣組成 149
5.1.2 大氣的吸收與散射特性 151
5.1.3 大氣觀測技術發展的歷史 152
5.1.4 大氣觀測方法及系統 153
5.2 反照率、地表溫度、地表上行輻射與大氣下行輻射及光合有效輻射測量 162
5.2.1 反照率測量 162
5.2.2 地表上行輻射測量及大氣下行輻射測量 168
5.2.3 光合有效輻射測量 169
5.2.4 熱紅外輻射與地表溫度測量 171
5.3 土壤水分測量 186
5.3.1 土壤水分的相關概念和定義 186
5.3.2 土壤水分的地面測量方法 190
5.3.3 像元尺度土壤水分的真實性檢驗 198
5.3.4 土壤水分遙感反演研究現狀 200
5.4 水文氣象參數及地表通量測量 205
5.4.1 水文氣象要素測量 205
5.4.2 地表通量測量 214
思考問題 216
參考文獻 216
第6章 航空遙感觀測試驗 221
6.1 航空遙感平臺 221
6.1.1 航空遙感的作用與發展 221
6.1.2 主要航空遙感平臺介紹 224
6.1.3 航空穩定平臺及慣導 229
6.2 典型航空遙感傳感器 232
6.2.1 光學相機 232
6.2.2 紅外載荷 241
6.2.3 激光雷達 246
6.2.4 微波輻射計 251
6.2.5 合成孔徑雷達 252
6.3 航空遙感試驗方案設計 257
6.3.1 試驗區的基本情況 257
6.3.2 對試驗數據的要求 258
6.3.3 其他因素 260
6.3.4 航線設計 260
6.4 航空光學遙感試驗數據處理方法 262
6.4.1 實驗室定標 262
6.4.2 數據處理的基本流程 268
6.4.3 機載成像光譜數據處理案例 272
6.4.4 機載紅外數據處理案例 277
6.4.5 機載多角度數據案例 281
6.4.6 機載LiDAR數據方法及案例 284
6.5 小結 291
思考問題 291
參考文獻 291
第7章 新型遙感實驗技術 293
7.1 多角度遙感觀測技術 293
7.1.1 多角度觀測內涵 293
7.1.2 測量技術與方法 294
7.2 多波段綜合協同觀測技術 299
7.2.1 多波段協同觀測機理 299
7.2.2 主被動微波觀測協同案例 301
7.3 無線傳感器網絡觀測技術 306
7.3.1 無線傳感器網絡技術 306
7.3.2 基于WSN的地面遙感試驗 308
7.4 無人機觀測技術 314
7.4.1 無人機遙感發展現狀 314
7.4.2 未來無人機遙感的發展趨勢 316
7.5 定量遙感產品真實性檢驗技術 318
7.5.1 真實性檢驗的內涵 318
7.5.2 真實性檢驗中地面觀測數據 319
7.5.3 地面觀測數據與衛星產品的匹配 319
7.5.4 通過比較計算反演精度的定量指標的值 327
7.6 小結 327
思考問題 327
參考文獻 327
第8章 遙感綜合實驗與數據共享 333
8.1 國內主要遙感實驗介紹 333
8.1.1 中國遙感事業起步之“三大戰役” 333
8.1.2 順義遙感實驗 336
8.1.3 山東遙感實驗 340
8.1.4 黑河綜合遙感聯合實驗 341
8.1.5 黑河星-機-地遙感綜合實驗 345
8.1.6 懷來遙感綜合實驗 353
8.1.7 根河遙感綜合實驗 361
8.1.8 閃電河-灤河流域遙感綜合實驗 363
8.2 國外綜合實驗介紹 366
8.2.1 FIFE實驗 366
8.2.2 BOREAS實驗 366
8.2.3 CLPX實驗 367
8.2.4 GEWEX實驗 367
8.2.5 HAPEX-Sahel實驗 368
8.2.6 SMOSREX實驗 369
8.2.7 LBA實驗 369
8.2.8 NACP實驗 369
8.3 遙感實驗數據的匯交和管理 369
8.3.1 數據匯交 370
8.3.2 觀測質量控制 372
8.3.3 數據處理 373
8.4 小結 377
思考問題 377
參考文獻 377
序
前言
第1章 定量遙感實驗概述 1
1.1 遙感科學的發展與挑戰 1
1.2 遙感科學中的定量遙感實驗 2
1.3 遙感觀測面臨的挑戰及觀測體系建設 5
1.3.1 遙感觀測面臨的挑戰 5
1.3.2 地基遙感觀測體系建設 7
1.4 定量遙感實驗基本概念和原理方法 12
1.4.1 基本概念 12
1.4.2 遙感場景 14
1.4.3 傳感器定標 15
1.4.4 測量規范 19
1.4.5 測量數據質量控制與定量處理 22
1.5 定量遙感類型與設計方法 23
1.5.1 遙感實驗的目的 23
1.5.2 遙感實驗的類型 24
1.5.3 遙感實驗的觀測手段 25
1.5.4 遙感實驗的設計方法 27
1.6 小結 29
思考問題 30
參考文獻 30
第2章 定量遙感實驗的幾個關鍵問題 33
2.1 觀測器件的不確定性與誤差估計 33
2.1.1 器件測量本身的不確定性 33
2.1.2 觀測視場因素引起的不確定性 34
2.2 空間采樣 37
2.3 時間采樣 41
2.4 多傳感器與多平臺協同 42
2.5 小結45
思考問題 45
參考文獻 45
第3章 全波段地物反射率、發射率、微波輻射和散射觀測 50
3.1 地物反射率波譜測量 50
3.1.1 地物反射率的定義 50
3.1.2 幾種常見的反射率 51
3.1.3 地物反射率測量基本原理 53
3.1.4 反射率波譜測量的影響因素 55
3.1.5 地物反射率室內測量和野外測量的特點 56
3.1.6 地物反射率波譜測量要求 56
3.1.7 測量地物反射率波譜的儀器 59
3.2 地物紅外光譜發射率測量 60
3.2.1 地物紅外發射率測量原理 60
3.2.2 熱紅外地表發射率的地面測量方法 62
3.2.3 地表發射率測量要求 65
3.3 微波遙感原理及特點 65
3.3.1 輻射亮溫 66
3.3.2 后向散射 68
3.4 被動微波輻射測量方法與實踐 70
3.4.1 微波輻射計系統 70
3.4.2 輻射計定標 75
3.4.3 典型地物微波輻射特性測量實例 77
3.5 主動微波散射測量方法與實踐 81
3.5.1 主動傳感器系統 81
3.5.2 后向散射系數定標 85
3.5.3 典型地物微波散射特性測量實例 86
思考問題 90
參考文獻 90
第4章 陸表植被、土壤和水質參數觀測 94
4.1 物候期與LUCC的調查方法 94
4.1.1 樹木物候期 95
4.1.2 樹木物候期的實地調查方法 96
4.1.3 遙感物候期調查方法 97
4.1.4 LUCC調查方法 98
4.1.5 土地利用類型變化監測 104
4.2 植被結構測量 107
4.2.1 植被高度測量 107
4.2.2 植被覆蓋度測量 110
4.2.3 葉面積指數測量 111
4.2.4 葉傾角分布測量 120
4.3 NPP與土壤呼吸測量 123
4.3.1 NPP的相關概念和定義 123
4.3.2 NPP的測量方法 123
4.3.3 土壤呼吸的相關概念和定義 127
4.3.4 土壤呼吸的測量方法 128
4.4 典型地物生化理化參數測量 132
4.4.1 植被生化理化參數測量 132
4.4.2 土壤參數測量 138
4.4.3 水質參數測量 142
思考問題 145
參考文獻 145
第5章 陸表水熱能量平衡參數觀測 149
5.1 大氣參數測量 149
5.1.1 大氣組成 149
5.1.2 大氣的吸收與散射特性 151
5.1.3 大氣觀測技術發展的歷史 152
5.1.4 大氣觀測方法及系統 153
5.2 反照率、地表溫度、地表上行輻射與大氣下行輻射及光合有效輻射測量 162
5.2.1 反照率測量 162
5.2.2 地表上行輻射測量及大氣下行輻射測量 168
5.2.3 光合有效輻射測量 169
5.2.4 熱紅外輻射與地表溫度測量 171
5.3 土壤水分測量 186
5.3.1 土壤水分的相關概念和定義 186
5.3.2 土壤水分的地面測量方法 190
5.3.3 像元尺度土壤水分的真實性檢驗 198
5.3.4 土壤水分遙感反演研究現狀 200
5.4 水文氣象參數及地表通量測量 205
5.4.1 水文氣象要素測量 205
5.4.2 地表通量測量 214
思考問題 216
參考文獻 216
第6章 航空遙感觀測試驗 221
6.1 航空遙感平臺 221
6.1.1 航空遙感的作用與發展 221
6.1.2 主要航空遙感平臺介紹 224
6.1.3 航空穩定平臺及慣導 229
6.2 典型航空遙感傳感器 232
6.2.1 光學相機 232
6.2.2 紅外載荷 241
6.2.3 激光雷達 246
6.2.4 微波輻射計 251
6.2.5 合成孔徑雷達 252
6.3 航空遙感試驗方案設計 257
6.3.1 試驗區的基本情況 257
6.3.2 對試驗數據的要求 258
6.3.3 其他因素 260
6.3.4 航線設計 260
6.4 航空光學遙感試驗數據處理方法 262
6.4.1 實驗室定標 262
6.4.2 數據處理的基本流程 268
6.4.3 機載成像光譜數據處理案例 272
6.4.4 機載紅外數據處理案例 277
6.4.5 機載多角度數據案例 281
6.4.6 機載LiDAR數據方法及案例 284
6.5 小結 291
思考問題 291
參考文獻 291
第7章 新型遙感實驗技術 293
7.1 多角度遙感觀測技術 293
7.1.1 多角度觀測內涵 293
7.1.2 測量技術與方法 294
7.2 多波段綜合協同觀測技術 299
7.2.1 多波段協同觀測機理 299
7.2.2 主被動微波觀測協同案例 301
7.3 無線傳感器網絡觀測技術 306
7.3.1 無線傳感器網絡技術 306
7.3.2 基于WSN的地面遙感試驗 308
7.4 無人機觀測技術 314
7.4.1 無人機遙感發展現狀 314
7.4.2 未來無人機遙感的發展趨勢 316
7.5 定量遙感產品真實性檢驗技術 318
7.5.1 真實性檢驗的內涵 318
7.5.2 真實性檢驗中地面觀測數據 319
7.5.3 地面觀測數據與衛星產品的匹配 319
7.5.4 通過比較計算反演精度的定量指標的值 327
7.6 小結 327
思考問題 327
參考文獻 327
第8章 遙感綜合實驗與數據共享 333
8.1 國內主要遙感實驗介紹 333
8.1.1 中國遙感事業起步之“三大戰役” 333
8.1.2 順義遙感實驗 336
8.1.3 山東遙感實驗 340
8.1.4 黑河綜合遙感聯合實驗 341
8.1.5 黑河星-機-地遙感綜合實驗 345
8.1.6 懷來遙感綜合實驗 353
8.1.7 根河遙感綜合實驗 361
8.1.8 閃電河-灤河流域遙感綜合實驗 363
8.2 國外綜合實驗介紹 366
8.2.1 FIFE實驗 366
8.2.2 BOREAS實驗 366
8.2.3 CLPX實驗 367
8.2.4 GEWEX實驗 367
8.2.5 HAPEX-Sahel實驗 368
8.2.6 SMOSREX實驗 369
8.2.7 LBA實驗 369
8.2.8 NACP實驗 369
8.3 遙感實驗數據的匯交和管理 369
8.3.1 數據匯交 370
8.3.2 觀測質量控制 372
8.3.3 數據處理 373
8.4 小結 377
思考問題 377
參考文獻 377
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定量遙感實驗 節選
第1章定量遙感實驗概述 1.1遙感科學的發展與挑戰 近年來遙感科學與技術的發展進入了一個新的發展時期。理論上經過了這幾個階段：從定性發展到定量；從簡單解釋輻射測量值與地表現象間的關系到用輻射傳輸模型定量描述它們之間的二向性反射/輻射關系；從正向輻射傳輸模型，發展到對輻射傳輸模型的定量反演；從單一波譜（如局限于光學或熱紅外或微波）發展到集成主被動協同反演（柳欽火等，2019）。 技術上，數據獲取技術從單一波段發展到多波段、多角度、多極化（偏振）、多時相、多模式（徐希孺，2005）；傳感平臺由過去注重衛星和航空發展到地面連續觀測的傳感器網絡；地面傳感器網絡的出現對遙感和地學研究具有重要意義（Alcarria et al.，2018）。無人機平臺的出現與快速發展，進一步提升了天-空-地一體化地球觀測的潛力，并提供在空-天遙感應用中無法替代的高時間采樣頻率（分、秒尺度）的地面數據，極大地降低了遙感應用的門檻，促進了遙感科學與技術在各行業的應用。無人機遙感的出現與快速發展也促進了遙感從宏觀問題的應對發展到可以進行微觀領域問題的探索（廖小罕和周成虎，2015）。在遙感數據處理與分析方面，經歷了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人工智能（AI）信息提取，再到目前的基于云平臺的大數據分析階段（徐冠華等，2016）。 應用上，遙感已從實驗走向實用，從區域應用到全球應用，并正在向產業化方向發展（宮鵬，2009），特別是近年來，遙感與實測數據的融合、滲透和統一，以及多源遙感數據與陸表過程模型的同化，為地球科學、環境科學、生命科學等研究提供了新的科學方法和技術手段，促使地學的研究范圍、性質和方法發生了重大變化，推動了以全球觀測和系統觀測為特點，以全球變化多學科交叉研究為重點的地球系統科學的發展，為解決全球變化問題提供了有效途徑（Liang et al.，2013）。但促使遙感從小范圍實驗階段走向大范圍實用化，仍有許多難以攻克的前沿問題。 1.生態環境要素遙感反演的物理機理模型有待改進 雖然國內外已經在生態環境要素的主、被動遙感物理模型方面進行了多年的研究，發展了一系列地表的反射率模型、熱紅外輻射模型、微波發射率模型和雷達后向散射模型，但大部分模型都不符合模型簡單化原則，非常復雜，涉及大量難以觀測的變量，使模型的參數反演很難實現；同時，模型的時空尺度效應、模型的方向性等問題尚未得到很好的解決，導致在異質性強、復雜的景觀和山地觀測條件下，模型參數的反演存在很大的不確定性。在現有模型基礎上，發展適用于復雜地表條件下反射、發射和散射的模型和反演方法是提高參數遙感觀測精度的基礎。 2.多源遙感數據綜合反演生態環境要素的理論和方法需要進一步加強多種衛星傳感器提供了豐富的多尺度對地觀測數據，使得協同不同類型傳感器觀測數據，優勢互補反演生態環境要素成為可能，在提高參數反演精度方面具有很大的潛力。但也提出了新的問題，如不同類型傳感器對同一目標觀測中的尺度不匹配問題，不同類型遙感的物理模型中參數物理意義的一致性問題，多模型多參數反演中的信息互補和分配問題等。這些問題的解決需要加強多源遙感數據綜合反演的理論和方法研究（Zhang，2010）。 3.對遙感數據和過程模型的尺度效應與尺度轉換的機理認識不足 雖然遙感中尺度問題的重要性已經得到普遍的認識，而且已有研究也針對部分遙感物理模型的尺度效應進行了研究，取得了一系列重要成果。但對很多遙感物理過程的尺度效應機理的認識還非常有限，缺乏有效的尺度轉換手段。因此，需要加強遙感數據和過程模型的尺度效應機理研究，并推動尺度轉換方法的發展（郝大磊等，2018；姚遠等，2019）。 4.同化多源遙感觀測數據與陸面過程模型的生態環境要素估算方法需加強 將遙感的瞬間觀測數據與反演要素所需的時空動態過程模型結合，可以有效提高參數反演的精度和反演結果物理上的一致性。如何耦合遙感物理模型和陸面過程模型、遙感觀測數據和陸面過程模型尺度的匹配問題、同化過程中背景場的構建和更新機制、先驗知識的獲取和構建等問題的綜合研究還未系統開展。 1.2遙感科學中的定量遙感實驗 遙感輻射傳輸理論及相應的模型模擬與反演是遙感的基礎理論，也是遙感作為一門科學的標志（宮鵬，2009）。隨著遙感輻射傳輸理論的不斷完善，迫切需要解決如何更好地在實驗室、野外觀測、航空或者衛星遙感觀測之間實現空間、時間與光譜尺度轉換；如何定量刻畫地表形態和結構對地物輻射、反射和發射特性的影響，從而更準確地反演地物信息（宮鵬，2009）。這些都需要地表遙感觀測實驗數據的支持。 遙感實驗是銜接定量遙感基礎研究與應用研究的重要途徑。發展對地觀測系統，開展地表遙感觀測實驗是遙感基礎研究的重要工作內容。通過定量遙感實驗可以獲取地表參數的時空演變特征，可以驗證定量遙感模型、遙感數據產品的質量和可用性，促進定量遙感學科體系的建設與深化。如圖1-1所示，遙感實驗在遙感科學發展的各個階段，如輻射傳輸機理研究、模型建立、先驗知識庫建設、參數反演、模型驗證、遙感數據產品生產及真實性檢驗等方面都發揮了重要作用。開展定量遙感綜合試驗，可以構建地表觀測數據集，為地表要素遙感模型構建、反演算法驗證、尺度轉換機理分析、定標與產品真實性檢驗提供星-機-地觀測數據；可以通過地面實驗研究定量遙感產品真實性檢驗的技術標準、操作規范和業務流程，提供像元尺度上遙感產品驗證相對真值的地面實驗方法；可以通過地面實驗開展地表要素主被動定量遙感產品的示范應用，實現地表要素反演的點面擴展、時間過程擴展、立體空間擴展等，促進主被動定量遙感在生態環農業和林業等方面的應用。 定量遙感方面的著名專家李小文院士就非常重視遙感實驗，在其研究生涯的各個階遙感實驗均發揮了重要作用。Chandrasekhar于1960年出版了專著“Radiative sfer”，對大氣和水體等連續介質的輻射傳輸過程的理解和模擬起了奠基性作用rndrasekhar，1960）。但是，水平連續介質的假設使其不適用于具有三維結構的離散森林冠層。李小文和他的導師Alan Strahler首先基于多年的觀測數據積累與科學分在具有三維結構像元二向反射建模中引入光學組分的四分量，對天然林植被用簡單錐體近似逐漸完成不連續結構下間隙概率分布的推導（Li and Strahler，1988）；通過層形狀和太陽光透過概率之間的卷積解決了不連續冠層反射的推導（Li and Strahler，）。通過這些工作逐漸發展了幾何光學模型系列。其中不難看出，通過觀測可以得到實世界的客觀認識，再使用恰當的數學與物理方法形成模型，這是遙感研究的兩個階段。 遙感觀測對于模型的驗證也是不可或缺的。為研究不連續冠層二向反射分布特征及冠層幾何結構的關系，李小文院士團隊早在1990年初就與中國科學院長春光學精密與物理研究所合作，在中國科學院長春凈月潭遙感實驗站建立了室內二向反射觀測室，促成了**屆國際多角度遙感研討會在北京召開；同時期，王錦地等在昌平縣屯蘋果園進行了多次實地觀測，觀測數據用于對冠層幾何光學模型GOMS和幾何光_射傳輸混合模型GORT的驗證研究（Li and Strahler，1992）。 定量遙感的本質在于反演，而反演問題通常卻是“病態”的。一方面，地球表面的多變性導致反演模型復雜，求解困難。另一方面，目前遙感獲取技術有限，遙感反演中的信息量遠遠不足（李小文，2006）。因此，解決“病態”反演問題的關鍵在于引入新的知識源一先驗知識，增加反演所要求的信息量，保證反演結果的穩定和可靠。定量遙感實驗為定量遙感反演提供了**手先驗知識。李小文等一直強調先驗知識的重要性，從信息論的角度闡明了瞬間獲取的遙感數據，不論數據量多大，信息量是有限的，因而其有效應用必須有先驗知識的支撐，才能反演用戶所需的地表參數（李小文，2006）。高峰等（1998）提出了基于遙感數據和模型參數敏感性分析的反演方法，根據參數的不確定性與敏感性矩陣實施數據集與參數集分割的分階段反演策略。首先用部分觀測數據來反演對其*敏感、不確定性也*大的參數，在這一部分參數的不確定性降低之后，再用觀測數據的另一子集來反演另一部分參數，進而提出了在遙感反演中有效利用先驗知識的貝葉斯反演原理與方案。 異質性是地表自然過程的基本特征，從嚴格意義上說，地球表面不存在絕對均質的地表。初步研究表明，采用30m分辨率全球土地利用和土地覆蓋數據，1km像元尺度內純凈像元僅占35%左右（Yu et al.，2018）。傳統的地面觀測往往是一個點上的觀測，具有直接、準確的特點，但是成本高、效率低。對于較大區域尺度的研究而言，僅采用地面觀測手段不經濟、不可能，也無必要。衛星觀測具有宏觀動態的特點，可實現一個區域范圍內的空間連續觀測。根據空間分辨率的不同，每個像元代表了地面幾米以至于幾十千米內的綜合觀測量，但地物分布及其特性的空間差異帶來的混合像元問題是不可回避的，如果不考慮空間異質性而直接進行反演勢必會帶來較大誤差。地面單點觀測與不同分辨率遙感像元觀測之間的尺度效應與尺度轉換方法研究，已成為定量遙感領域的重要科學問題（張仁華，2009）。由于地表復雜多變，要實現地面單點觀測與多分辨率衛星遙感數據的尺度轉換，并不是一件容易的事情，特別是當衛星遙感數據空間分辨率較低時，地面觀測與衛星遙感觀測的尺度轉換難以實現，需要通過更高分辨率的數據支持，才能分析混合像元內部結構，研究其尺度效應，建立尺度轉換模型（Liang，2004）。通過定量遙感試驗，可以靈活配置幾何分辨率、光譜范圍和分辨率、獲取的時相及重復周期等，從而獲取從地面觀測尺度（米級）到高分辨率衛星（十米級）不同尺度的觀測數據，縮小星載傳感器面測量與地面點測量之間遙感數據屬性特征的差異，可以作為尺度轉換研究的重要數據源，在遙感時空尺度效應和尺度轉換研究過程中發揮關鍵的橋梁作用。 遙感觀測能力在很大程度上決定了遙感的發展水平，如20年前多角度遙感研究多年未得到足夠的重視，主要是觀測能力缺失從而對地物的二向反射的特點和原因缺乏了解。隨著遙感觀測技術手段的發展，積累了大量的地面和遙感多角度配套的觀測數據，同時，星載多角度傳感器的發展進一步為全球多角度數據的收集提供了重要手段。通過實驗觀測可以得到一些新的認識，甚至可以質疑一些經典原理的客觀性與適用性，如Li和Wan（1998）文獻中提供的對觀測數據的理解，再結合自己的野外觀測工作和對獲取數據的深入分析，論證了互易原理在遙感器像元尺度上的有效性和可能失效的原因，并明確了適用條件，澄清了當年遙感測量界和物理界長期爭執不休的問題，證明了Siegel和Howell的熱力學證明為誤。 綜合觀測實驗可以通過集中各專業的科研人員、儀器設備，盡可能多地獲取各類遙感數據和背景數據，為定量遙感模型構建、反演算法驗證、尺度轉換機理分析、定標與產品真實性檢驗提供配套齊全的觀測數據。一系列針對地表過程的大型觀測實驗對地理學、水文學、生態學、大氣科學和整個地球系統科學的快速發展起到了舉足輕重的作用，在這些實驗中，遙感為獲取點及區域尺度宏觀觀測數據的重要技術手段。“**次國際衛星陸面氣候學計劃野外實驗”[the first international satellite land surface climatology project（ISLSCP）fieldexperiment（FIFE）]是由美國國家航空航天局（NationalAeronautics and Space Administration，NASA）主導的影響深遠的一次重大實驗。在3年實驗期內，FIFE提供了可供科學家在各個尺度上發展模型和衛星遙感反演算法并開展尺度轉換研究的完整數據集，它至今仍產生著重要的影響，為各類實驗提供了成功的范例（Sellers et al.，1988）。“北部生態系統和大氣研究”（boreal e
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