国家高技术研究发展计划(863计划)地球观测与导航技术领域“全球陆表特征参量产品生成与应用研究”重点项目申请指南

By admin in 技术中心 on 2019年5月17日

一、指南说明

一、指南说明

全球地表覆盖类型数据和陆表特征参量是全球变化与地球系统模式研究的重要基础。国家863计划地球观测与导航技术领域重点项目“全球地表覆盖遥感制图与关键技术研究”是针对我国研究全球变化的迫切需求,以中低空间分辨率遥感影像为主要数据源,结合其它辅助数据,自主研发全球地表覆盖遥感产品,为全球变化研究和地球系统模式发展提供科技支撑。

在目前的全球变化研究与地球系统模型研发中,卫星观测没有发挥其全部潜力,迄今为止,针对全球陆面变化研究与陆面模型研发,国际陆地遥感领域仍缺乏长时间序列、高时空分辨率和高质量的全球陆表特征参量产品。我国的地球系统模型研发与全球变化研究已面临着重要的发展机遇期,非常有必要集中力量,建立全球陆表特征参量产品生产系统,支持全球变化研究与新一代地球系统模型的研发。

本项目注重产学研相结合,鼓励国内优势单位联合申请。本指南公开发布,将择优选择相关工程单位、大学、研究单位以及企业作为项目牵头单位和课题承担单位。
二、指南内容

本重点项目将面向全球陆面变化与陆面模型研发,综合利用国内外卫星遥感数据源,发展全球陆表特征参量产品生成的新技术和新方法,生产长时间序列、高时空分辨率和高质量的全球陆表特征参量产品集,进而改进关键陆面过程的参数化方案及数据同化技术,提高陆面模型的模拟能力,开展全球陆表变化示范研究。

1.项目名称

本项目注重产学研相结合,鼓励国内优势单位联合承担,鼓励承担单位配套支持。本指南公开发布,将通过择优方式选择其中一家单位作为项目的牵头单位。
二、指南内容

全球地表覆盖遥感制图与关键技术研究

1、项目名称

2.项目总体目标

全球陆表特征参量产品生成与应用研究

针对我国全球变化研究和地球系统模式发展的迫切需要,研究发展全球地表覆盖数据产品遥感制图与更新的关键技术,研建实用的成套生产技术系统,研制出填补我国空白、具有国际先进水平的新一代全球地表覆盖遥感数据产品,形成全球地表覆盖遥感数据产品的规模化生产与服务能力,通过典型应用示范研究,定量评价地表覆盖遥感数据产品质量对气候及地表过程模拟的影响。

2、项目总体目标

3.项目主要研究内容

综合利用国内外卫星遥感数据源,发展全球长时间序列陆表特征参数产品生成的关键技术,研发全球陆表特征参量产品生成系统;生成全球长时间序列的高精度叶面积指数、地表反照率、发射率、下行短波辐射、下行有效光合辐射等陆表特征参量遥感产品;进而改进关键陆面过程的参数化方案及同化技术,提高其模拟能力,开展全球陆表变化应用示范研究,为我国应对全球变化决策提供数据基础与技术支撑。

(1)全球地表覆盖遥感制图总体技术研究:根据地球系统模式和全球变化研究对地表覆盖数据的需求,研究建立面向植被功能的全球地表覆盖分类体系;制定全球生态地理分区方案,确定各生态地理区的地表覆盖分类类型;设计基于遥感与多源参考数据的全球地表覆盖遥感制图方法及工程化技术模式,研制相应的产品生产技术系统;研究设计适用的全球地表覆盖遥感数据产品模式、内容及相关技术指标;研究数据精度评价模型,确定质量控制和精度评价方法。

3、项目主要研究内容

(2)全球遥感影像处理与数据集成研究:针对全球地表覆盖遥感制图的需要,研究解决多源遥感影像高精度配准、几何校正、规范化处理等关键技术问题,研发相应的海量遥感数据集成处理软件系统;收集、处理并形成全球两个基准年度的遥感影像数据集;收集整合并形成包括地表覆盖数据及其它地理信息数据在内的参考数据集;研制包含地表覆盖、影像、地形等数据的全球地表覆盖信息集成服务系统。

(1)全球陆表特征参量数据库建设:面向全球变化与陆面模型的需求,研究全球陆表特征参量遥感产品生产体系;研究全球多源对地观测数据预处理与关联整合技术,全球陆表特征参量产品集入库、共享与发布技术;综合集成国内外多源卫星遥感数据及陆表特征参量产品,建立全球陆表遥感数据与陆表特征参量产品数据库。

(3)全球地表覆盖遥感数据产品研制:研究形成全球地表覆盖遥感制图的成套工程化技术;建立能满足全球地表覆盖制图需求的训练和检验样本库;利用(1)研制的产品生产技术系统,完成全球两期250米地表覆盖遥感数据产品研制及精度评价。

(2)全球陆表特征参量遥感提取技术:针对叶面积指数、地表反照率、发射率、下行短波辐射、下行有效光合辐射5个特征参量的生产需求,集成先进模型与算法并加以发展,评价优选单一卫星遥感产品生成的最佳系列算法,研究基于多源卫星遥感数据的参量产品生成技术、真实性检验技术及不确定性评价方法,建立长时间序列参量产品生产的方法体系。

(4)全球地表覆盖变化检测与数据更新技术研究:研究发展全球地表覆盖变化信息提取方法,并研制变化信息提取软件,完成全球两期地表覆盖变化信息提取与分析;研究地表覆盖年际和季节序列数据的生成方法,选择地表覆盖变化显著的区域进行生产试验;研究地表覆盖遥感数据增量更新方法,并开展典型区更新试验。

(3)全球陆表特征参量产品集生成系统研发与产品生成:研发全球陆表特征参量产品生产软件系统,建成对地球观测数据综合处理和产品生产平台,生产长时间序列的全球叶面积指数、地表反照率、发射率、下行短波辐射、下行有效光合辐射产品。

(5)地表覆盖遥感数据在地表过程模拟中的应用示范:选择典型示范区,模拟分析地表覆盖数据分辨率、精度等对地表过程(气候、陆地生态系统碳循环和水循环)模拟精度的影响,对全球地表覆盖遥感数据产品指标参数进行评估;选择气候、水文和生态模式,定量评价地表覆盖变化的气候、生态和水文效应,研究地表覆盖遥感数据与模式对接的参数化方案;开发相应的应用示范系统。

(4)陆面模拟系统建立:改进冠层辐射传输模型,以完善现有陆面模型中热辐射参数化方案;改进动态植被模型,提高其模拟能力;改进陆面模型,实现冠层辐射传输模型与动态植被模型的耦合;发展陆面数据同化方法,实现高性能并行计算;建立中国区域土壤属性数据集、陆面模型大气驱动数据集,开展中国区域数据同化示范研究。

4.项目主要考核指标

(5)全球陆表变化示范研究:基于陆表特征参量产品及陆面模型,分析全球陆表特征参量变化的时空特征,评估陆表特征参量产品对提升地球系统模型模拟性能的贡献,探索1985~2010年全球植被变化规律及中国区域陆面能量、水分与碳循环。

(1)全球地表覆盖遥感制图总体技术研究

4、项目主要考核指标

A.建立的地表覆盖分类体系能满足我国全球变化研究的需要,便于通过中低分辨率遥感影像提取,并兼容其它相关地表覆盖分类体系;

(1)全球陆表特征参量数据库

B.制定的全球地表覆盖遥感数据产品的指标体系符合国家地理信息标准产品有关规范,方便数据共享与更新;

A.收集全球10种以上卫星遥感数据;

C.研究的全球地表覆盖遥感制图技术方法与规程合理实用,研制的生产软件系统性能稳定,操作方便,自动化程度较高,适用于规模化工程实施;

B.遥感数据预处理精度:几何校正与图像配准精度优于2个像元;

D.建立的质量控制与评价体系能保证产品质量达到全球地表覆盖遥感数据产品指标体系的要求。

C.数据管理与存储:具有200TB海量遥感数据库管理与可伸缩性、分布式存储能力;

(2)全球遥感影像处理与数据集成研究

D.数据库服务性能:满足100个以上高级遥感产品生产用户的在线实时提取需要,提供快速的数据库访问接口与基于网络的数据访问界面。

A.两期遥感影像数据集覆盖全球陆地,时限主要为2000年和2010年左右,空间分辨率总体优于60米。第二期自主遥感影像比例不低于50%;

(2)全球陆表特征参量遥感提取技术

B.空间定位精度达到1:100万制图要求,两期影像间的配准中误差控制在2个像元之内;

A.产品算法指标要求:集成国内外已有最优算法90%以上;发展基于多源遥感数据的全球叶面积指数、反照率、发射率、下行短波辐射、下行有效光合辐射反演算法,产品总体精度优于现有产品精度10%;

C.整合处理后的全球及局部地表覆盖、基础地理信息等参考数据集具有统一的坐标系统与数据格式;

B.产品验证要求:验证数据应覆盖全球5大洲10个以上典型试验区,包括20种以上典型地表类型。

D.建立的全球地表覆盖信息集成服务系统支持因特网业务化运行,具有TB级数据的在线浏览与下载功能。

(3)全球陆表特征参量产品集生产系统研发与产品生成

(3)全球地表覆盖遥感数据产品研制

A.全球陆表特征参量产品生产系统功能要求:能综合处理全球10种以上卫星遥感数据,具有遥感数据辐射定标、几何校正、图像配准、云检测等预处理功能,具备基于单一数据源生产参量产品、基于多源遥感数据生产参量产品的算法功能,具备全球长时间序列遥感产品时空滤波功能;

A.利用实地调查或高分辨率影像建立的全球地表覆盖分类训练样本不少于20000个,每一生态地理分区内每一主要地表覆盖类型的样本数不少于40个;

B.生产全球特征参量产品:叶面积指数、反照率、发射率产品空间分辨率优于5km,时间分辨率8天,时间跨度1985~2010年;下行短波辐射、下行有效光合辐射产品空间分辨率5km,时间分辨率3小时,时间跨度2008~2010年;

B.利用实地调查或高分辨率影像建立的全球地表覆盖检验样本不少于20000个,每一生态地理分区内每一主要地表覆盖类型的样本数不少于40个,与训练样本不重叠;

C.软件系统工程化要求:软件设计、开发、测试和使用培训遵从相应的软件工程标准。

C.两期全球地表覆盖遥感数据产品空间分辨率为250米,提供地表覆盖比例统计数据的覆盖面积不低于50%;

(4)陆面模拟系统建立

D.提交地表覆盖遥感分类精度分析与评价报告,按每个生态功能区逐一进行精度评价,基于检验样本的覆盖类型总体精度不低于70%。

A.辐射模型功能性指标:i)
能用于地球系统模型,并能准确估算冠层与地面分别所吸收的太阳辐射与热辐射;ii)
能充分考虑地物单元的差异、地物三维结构及下垫面因素及空间的非均匀性;iii)
能提供与传感器通道数相对应的谱反照率的直接估计;iv)
能输出方向性分量,解译带有视角限制的反射率和方向性反照率;

(4)全球地表覆盖变化检测与数据更新技术研究

B.动态植被模型功能性指标:统计动态植被模型能区分不同植被功能类型并能检验和评价动力学模型模拟结果。植被动力学模型能模拟植被生长、周转和凋落的过程,能够模拟基于植被功能类型分类的植被分布、季节及年度变化特征;

A.利用两期全球地表覆盖遥感数据提取变化区域、变化类型等变化信息,给出各大洲的地表覆盖变化分析报告;

C.同化系统功能性指标:至少包括集合卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波和多种的粒子滤波同化方法,并能实现高性能并行计算;

B.研制的序列地表覆盖遥感数据生成方法及原型系统能生成分辨率为250米的年际和季节序列数据,在国内外不少于两个典型区分别完成5年逐年和2年季节序列地表覆盖遥感数据集;

D.陆面模型精度定量指标:较现有国际上最先进同类模型,模型模拟的总体精度提高10%。

C.研制的地表覆盖数据遥感更新方法可实现增量更新,并至少在国内外两个典型区进行试验。

(5)全球陆表变化示范研究

(5)地表覆盖遥感数据在地表过程模拟中的应用示范

A.生成1985~2010年全球植被物候数据集,空间分辨率为5km;

A.根据两个以上典型示范区的模拟实验,提交地表覆盖遥感数据分辨率、精度等对地表过程模拟精度影响的分析报告,提出完善地表覆盖遥感数据指标参数的建议;

B.提供全球陆表特征参量变化的趋势及时空特征的定量分析与评估;

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