遥感数据即得即用（Ready To Use，RTU）产品

何国金，焦伟利，张兆明，龙腾飞， 王桂周，彭燕,3，尹然宇

1. 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094

2. 海南省地球观测重点实验室，海南三亚 572029

3. 中国科学院大学，北京 100049

引 言

21 世纪以来，以对地观测技术为核心的空间地球信息科技已经成为一个国家科技水平、经济实力和国家安全保障能力的综合体现。高质量的数据是进行科学研究、认知地学规律和实现有效决策的基础。综合对地观测系统为获取全球数据提供了技术手段，人类对地球进行多尺度、全方位实时动态监测的能力进一步增强。近年来，对地观测数据呈现爆炸性增长并得到广泛应用。可以说，对地观测领域已经正式步入了“大数据”时代[1]。

近30 年来，中国的对地观测事业得到蓬勃发展。1986 年中国遥感卫星地面站的建立是我国遥感技术与应用的里程碑事件。在过去的30 年间，中国遥感卫星地面站先后接收了Landsat、SPOT、JERS、Radarsat、ERS、Envisat、CBERS、HJ、ZY、GF 等国内外系列卫星数据，这些卫星数据记录着人类活动和自然变化的痕迹，成为我国最长时间序列的星载陆地观测数据集。一般而言，标准产品只进行了系统的几何纠正和辐射校正，不便于长时间序列数据的分析与应用。为了降低卫星遥感数据应用门槛，让数据应用者从寻找数据、整理数据和处理数据的繁杂工作中解放出来，中国遥感卫星地面站遥感信息工程研究团队研究开发了即得即用（Ready To Use，RTU）产品集。

本文以卫星遥感数据为基础，介绍了遥感数据RTU 产品的定义与组成、RTU 产品的标准规范、RTU 地理格网剖分等，为用户使用RTU 产品提供参考。

1 卫星遥感数据即得即用（RTU）产品的定义与组成

遥感数据作为科学数据的一种，具有大数据的5V 特征，其潜在的应用价值还没有被充分发挥。为此，应从工程化的角度理解遥感数据，以“数据—知识—服务”为主线，从全生命周期出发来开展数据工程建设。

遥感数据工程建设的最主要目的之一是为高效的遥感信息挖掘提供基础数据产品，这类产品称为即得即用（Ready To Use，RTU）产品[2]。2013 年，中国遥感卫星地面站遥感信息工程研究团队在“中国科学院135（一三五）突破项目”支持下，依托中国遥感卫星地面站的数据资源，逐步开展RTU产品的关键技术和系统研发；进一步，2018年在中科院A类先导专项“地球大数据科学工程”—“CASEarth Databank 系统建设”课题的支持下[3]，卫星遥感数据RTU 产品得到不断完善与丰富。

RTU 产品具有几何标准化、辐射归一化等特点，便于用户直接应用。几何标准化通过卫星数据高精度的正射处理来实现，地表反射率和地表温度的高精度反演则是卫星数据辐射归一化的前提。在几何标准化产品、辐射归一化基础上，进一步开发了大区域镶嵌产品和指数产品，如全球一张图、全国一张图以及归一化差值植被指数（NDVI）、增强植被指数（EVI）、土壤调节植被指数（SAVI）、改进的土壤调节植被指数（MSAVI）、归一化差值水体指数（NDWI）、归一化差值水分指数（NDMI）、归一化燃烧指数（NBR）产品。这些产品目前构成RTU 产品的基本内容，它们按网格化进行剖分和管理，为后续遥感数据处智能理与时序分析的实现提供基础。RTU 产品名称及缩写如表1 所示。这些产品的主要算法、处理过程等将在《卫星遥感数据即得即用（RTU）产品集专题》的其他文章中进行阐述。

表1 RTU 产品名称缩略表

2 RTU 产品的元数据标准规范

元数据Metadata：关于数据的数据。包含数据的标识、覆盖范围、质量、空间和时间模式、空间参照系及分发等信息。

元数据的组成和结构采用统一建模语言（UML）描述。元数据由一个或多个元数据子集构成，元数据子集又包含一个或多个元数据实体。采用UML 描述元数据子集、元数据实体和元数据元素之间的关系。用UML 中的包表示元数据子集，类表示元数据实体，属性表示元数据元素。元数据文件类型为XML。元数据文件的数据标志为Metadata。

RTU 产品元数据包分为两类（图1）：第一类是全局元数据包（图2）、第二类是分波段元数据包（图3）。全局元数据包包括数据提供者、卫星名称、传感器名称、数据获取日期、景中心时间、整幅影像的云量、影像中陆地部分的云量、太阳天顶角和方位角、日地距离、卫星轨道号、辐射定标系数/热波段常数（遥感指数产品无该项）、影像经纬度范围、投影信息和卫星侧视角，未来的RTU产品可根据需要对全局元数据包进行扩充。分波段元数据包则是对各波段数据文件及质量标识文件元数据的描述，包括像元质量评价元数据（Pixel QA Metadata）、RTU 产品各波段数据文件元数据、气溶胶光学厚度质量评价元数据（LSR-AEROSOL Metadata）和辐射饱和度质量评价元数据（Radiometric Saturation QA Metadata），未来的RTU 产品可根据需要对分波段元数据包进行扩充。

图1 RTU 产品元数据包

图2 全局元数据包的类关系

图3 分波段元数据包的类关系

像元质量标识元数据包括文件名、像元大小、重采样方法、数据单位、位图说明、软件版本和生产日期。

各波段数据文件元数据包括文件名、像元大小、重采样方法、数据单位（遥感指数产品无该项）、产品名全称、有效值范围、软件版本和生产日期。

气溶胶光学厚度是地表反射率反演的一个关键输入参数，气溶胶光学厚度反演的质量在很大程度上影响着最终地表反射率反演的精度，因此在地表反射率产品元数据中加入了气溶胶光学厚度质量标识元数据。气溶胶光学厚度质量标识元数据和辐射饱和度质量标识元数据相同，即文件名、像元大小、重采样方法、数据单位、有效值范围、位图说明、软件版本和生产日期。

以地表反射率产品（LSR）为例说明其包含的结构和内容。表2 给出RTU 产品元数据文件的内容和释义。

表2 RTU 产品元数据文件的内容和释义

参数名称 属性值 参数描述/说明 块按从左到右，从上到下顺序编号 center_point 景中心经纬度 productID 产品号（针对国产数据，Landsat 系列无产品号信息可为空）

3 RTU 地理格网剖分

遥感影像是一种平面栅格数据，以一定的平面投影方式反映地球表面的表象。常规的标准遥感影像分幅产品是以一定的规则按照景来分幅的，不同的卫星影像，景的分幅和编码规则不同。遥感影像的景没有完全与地球上的地理坐标对应。为便于长时序影像的查询、分析和管理，可对RTU 产品进行地理格网剖分，即将全球影像按照定义的格网系统剖分为具有空间分辨率、角点坐标、格网大小、产品类型等属性的数据格网，形成按照空间维和时间维组织的产品集。

RTU 经纬度分幅产品和直角坐标格网分幅产品的分幅与编码方法参考《遥感数据即得即用（Ready To Use，RTU）地理格网产品规范》，该方法适用于不同空间分辨率的遥感影像按照地理格网的划分与编码，为遥感影像共享和遥感信息整合提供以格网为单元的空间参照，便于长时序遥感影像的分析和应用。

RTU 地理格网产品的名称应由产品名称和扩展名两部分组成，其表现形式如下：

影像格网的编码_起始时间_结束时间_版本号_产品名称.扩展名

示例1：2015 年全国一张图产品中格网编码为2BN59E01 的文件名称如下：

2BN59E01_20150101_20151231_V01_ChinaM.XML

2BN59E01_20150101_20151231_V01_ChinaM.TIF

2BN59E01_20150101_20151231_V01_ChinaM.JPG

2BN59E01_20150101_20151231_V01_ChinaM_THUMB.JPG（可选）

2BN59E01_20150101_20151231_V01_ChinaM_PIXEL-QA.TIF

RTU 地理格网产品元数据在用于分幅影像元数据的基础上增加有关格网信息。

致 谢

感谢中科院A 类先导专项“地球大数据科学工程”（XDA190090300）、国家自然科学基金重点项目（61731022）、国家重点研发计划（2016YFA0600302）对本研究的支持。