2024地表反射率遙感產(chǎn)品真實性檢驗

地表反射率遙感產(chǎn)品真實性檢驗II目 次前言 1引言 21范圍 3規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 3基本要求 4檢驗方法 4檢驗方法概述 4檢驗方法選擇 5直接檢驗法 5間接檢驗法 7檢驗報告 10封面信息 10正文信息 11檢驗報告信息簡表 11附錄A（資料性）點尺度地表反射率相對真值獲取方法 13A.1基于便攜式地物光譜儀的獲取方法 13A.2基于常態(tài)化光譜自動測量設(shè)備的獲取方法 13附錄B（資料性）基于分層抽樣方法的非均質(zhì)地表像元尺度地表反射率相對真值獲取方法 15附錄C（資料性）基于線性擬合方法的非均質(zhì)地表像元尺度地表反射率相對真值獲取方法 16附錄D（資料性）地物多角度數(shù)據(jù)的獲取方法 2D.1測點位置確定 2D.2觀測儀器架設(shè) 2測量方法 2測量時間間隔 2測量角度 2測量步驟 2附錄E（資料性）地表反射率遙感產(chǎn)品真實性檢驗不確定度誤差來源分析 3附錄F（資料性）地表反射率遙感產(chǎn)品真實性檢驗報告信息簡表樣例 4參考文獻 6PAGEPAGE10地表反射率遙感產(chǎn)品真實性檢驗范圍本文件規(guī)定了地表反射率遙感產(chǎn)品真實性檢驗的基本要求、檢驗方法和檢驗報告。本文件適用于基于航空航天遙感影像數(shù)據(jù)反演生產(chǎn)的地表反射率遙感產(chǎn)品的真實性檢驗。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文（包括所有的修改單于本文件。GB/T36296—2018 遙感產(chǎn)品真實性檢驗導(dǎo)則GB/T39468—2020陸地定量遙感產(chǎn)品真實性檢驗通用方法術(shù)語和定義GB/T36296—2018GB/T39468—2020以下重復(fù)列出了GB/T36296—2018中的一些術(shù)語和定義。3.1二向性反射率因子bidirectionalreflectancefactor是指物體表面向特定方向的反射輻亮度與相同輻照度條件下理想漫反射體在該方向上的反射輻亮度之比。[來源：GB/T36299-2018，3.7]3.2光譜響應(yīng)函數(shù) spectralresponsefunction描述遙感器對不同波長處入射輻射響應(yīng)率的函數(shù)。[來源：GB/T40038—2021，3.4]3.3真實性檢驗 validation通過獨立方法評價待檢遙感產(chǎn)品與客觀實際的吻合程度并分析其不確定度的過程。[來源：GB/T36296—2018，3.2]3.4相對真值 relativetruevalue一個接近真值的值，它與真值之差可忽略不計。對于給定的目的，可用其來代替真值。[來源：GB/T36296—2018，3.4]3.5準(zhǔn)確度 accuracy測試結(jié)果或測量結(jié)果與真值間的一致程度。[來源：GB/T3358.2—2009，3.3.1]3.6不確定度 uncertainty測量結(jié)果的可信性、有效性的懷疑程度或不確定程度。注：測量不確定度也可用標(biāo)準(zhǔn)[偏]差的倍數(shù)或說明了置信水準(zhǔn)的區(qū)間來表示。[來源：GB/T36296—2018，3.10]3.7尺度轉(zhuǎn)換 scaling繹的過程。[來源：GB/T36296—2018，3.6]基本要求地表反射率遙感產(chǎn)品真實性檢驗應(yīng)符合GB/T36296—2018第7章的規(guī)定，同時：參考對象應(yīng)為與待檢地表反射率產(chǎn)品相同或相近時期的同一區(qū)域的反射率，并已知其數(shù)據(jù)質(zhì)量；（0.（0.3和低反射率（0.05）區(qū)域；當(dāng)待檢地表反射率遙感產(chǎn)品中異常值較大（3σ）或較多（1/3）可用中值代替均值來計算待檢地表反射率遙感產(chǎn)品的準(zhǔn)確度和不確定度；參考對象優(yōu)先選擇與待檢地表反射率遙感產(chǎn)品對應(yīng)波段和角度一致的地面?zhèn)鞲衅鞑杉姆瓷渖渎蔬b感產(chǎn)品作為參考對象。注：的可靠性。檢驗方法檢驗方法概述交叉檢驗法，各方法的界定如下：直接檢驗法是直接利用遙感器過境時刻的地面同步或準(zhǔn)同步實測數(shù)據(jù)對地表反射率遙感產(chǎn)品進行檢驗的方法；交叉檢驗法是通過與精度已知的已檢地表反射率遙感產(chǎn)品的比對分析，間接對待檢地表反射率遙感產(chǎn)品進行檢驗的方法；分級檢驗法是利用相近光譜的高空間分辨率航空或者衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)作為中間尺度，間接對待檢地表反射率遙感產(chǎn)品進行檢驗的方法。檢驗方法選擇根據(jù)檢驗條件的差別，選擇合適的檢驗方法：當(dāng)存在質(zhì)量可靠，且具有代表性的像元尺度地表反射率地面觀測數(shù)據(jù)時，應(yīng)采用直接檢驗法；檢驗法中的交叉檢驗法；近的航空或者衛(wèi)星高分辨率數(shù)據(jù)時，可選擇間接檢驗法中的分級檢驗法。直接檢驗法實施條件和要求直接檢驗法的實施條件和要求如下：4級；3×3簡單且分布已知的非均質(zhì)地表；應(yīng)考慮遙感器過境時刻太陽光照的陰影效應(yīng)；樣本應(yīng)選擇空間變異性（變異系數(shù)）5%水泥地等；物；驗證場地長時間序列的地表反射率數(shù)據(jù)作為真實性檢驗真值；驗證場地目標(biāo)多角度特性數(shù)據(jù)角度差異校正；360分鐘；地表反射率采集儀器應(yīng)定期進行定標(biāo)。定標(biāo)精度的分析結(jié)果應(yīng)包括在真實性檢驗報告中；對于短期（6個月）的真實性檢驗，地表反射率采集儀器在試驗前/長期的真實性檢驗，地物光譜儀需要定期（1次/1年）進行輻射和光譜定標(biāo)；宜同步觀測氣溫、氣壓、風(fēng)和濕度等常規(guī)氣象要素，以提供真實性檢驗的輔助數(shù)據(jù)?？臻g異質(zhì)性分析和空間抽樣方法空間異質(zhì)性分析和空間抽樣方法如下：空間異質(zhì)性分析應(yīng)考慮高空間分辨率的地表反射率遙感產(chǎn)品或者其它輔助參量的空間分布特GB/T39468—20204.2本的異質(zhì)性；GB/T39468—20204.3.1的規(guī)定選擇隨機抽樣方法或系統(tǒng)抽樣方法，開展地面數(shù)據(jù)采集；（端元T3946—20204..1地表反射率相對真值的獲取方法地表反射率相對真值的獲取方法如下：5.3.2A集和點尺度地表反射率相對真值計算，設(shè)備采集的數(shù)據(jù)代表了觀測視場角內(nèi)的地表反射率。法（例如面積加權(quán)平均法）BC。注：地表反射率相對真值獲取過程中所涉及的配套輔助數(shù)據(jù)的獲取方法見附錄D。檢驗操作流程檢驗流程應(yīng)符合GB/T36296—2018中8.1的規(guī)定，主要操作流程見圖1，具體步驟如下：真實性檢驗場地選擇：按照5.3.1的要求確定真實性檢驗場地；5.3.2a)驗場地里待檢遙感像元的地表空間異質(zhì)性；對真值和像元尺度相對真值的測量采樣策略；5.3.3尺度相對真值和像元尺度相對真值；度相對真值；（BRDF）元尺度地表反射率的相對真值；BRDF（異帶來的檢驗誤差；準(zhǔn)確度評價：在像元尺度上，按GB/T36296—2018中6.1的準(zhǔn)確度評價指標(biāo)，計算待檢地表反射率遙感產(chǎn)品的準(zhǔn)確度，準(zhǔn)確度評價指標(biāo)至少應(yīng)包括均方根誤差、相關(guān)系數(shù)；EGB/T39468—20206章分析不確定度來源，GB/T36296—20186.2規(guī)定的不確定度評價指標(biāo)計算待檢地表反射率遙感產(chǎn)品的不確定度，不確定度評價指標(biāo)至少應(yīng)包括標(biāo)準(zhǔn)差。時空一致性匹配數(shù)據(jù)獲取待檢地表反射率遙感產(chǎn)品時空一致性匹配數(shù)據(jù)獲取待檢地表反射率遙感產(chǎn)品真實性檢驗場地選擇真實性檢驗場地選擇真實性檢驗場地空間異質(zhì)性分析地表反射率測量采樣策略選擇地表反射率像元尺度相對真值獲取真實性檢驗場地空間異質(zhì)性分析地表反射率測量采樣策略選擇地表反射率像元尺度相對真值獲取地表反射率點尺度相對真值獲取準(zhǔn)確度評價不確定度分析準(zhǔn)確度評價不確定度分析角度校正圖1直接檢驗法操作流程圖角度校正間接檢驗法交叉檢驗法實施條件和要求交叉檢驗法的實施條件和要求如下：述、云和質(zhì)量控制等標(biāo)識；待檢和已檢地表反射率遙感產(chǎn)品在時間、空間和觀測天頂角上存在一定交集；301030分鐘；參考和待檢驗地表反射率遙感產(chǎn)品的空間分辨率有差異，且系統(tǒng)幾何定位精度可能不準(zhǔn)確時間分辨率。檢驗操作流程檢驗流程應(yīng)符合GB/T36296—2018中8.2.1的規(guī)定，主要操作流程見圖2，具體步驟如下：品中具有較高質(zhì)量的地表反射率數(shù)據(jù)及其坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)、觀測天頂角數(shù)據(jù)、觀測時間數(shù)據(jù)；空間聚合判斷：根據(jù)待檢地表反射率遙感產(chǎn)品與參考地表反射率遙感產(chǎn)品的空間分辨率以及系統(tǒng)幾何定位精度，判斷是否進行空間聚合；者待檢地表反射率遙感產(chǎn)品的系統(tǒng)幾何定位精度低于參考地表反射率產(chǎn)品的空間分辨率時，頂角數(shù)據(jù)、觀測時間數(shù)據(jù)進行空間聚合處理，如采用算術(shù)平均法；301030分鐘；BRDF（何差異帶來的檢驗誤差；GB/T36296—20186.1的準(zhǔn)確度評價指標(biāo)，計算待檢地表反射率遙感產(chǎn)品的準(zhǔn)確度，準(zhǔn)確度評價指標(biāo)至少應(yīng)包括均方根誤差、相關(guān)系數(shù)；GB/T36296—20186.2的不確定度評價指標(biāo)，同時考慮度評價指標(biāo)至少應(yīng)包括標(biāo)準(zhǔn)差。數(shù)據(jù)提取數(shù)據(jù)提取參考地表反射率遙感產(chǎn)品待檢地表反射率遙感產(chǎn)品空間聚合判斷驗證匹配點篩選空間聚合是空間聚合判斷驗證匹配點篩選空間聚合否角度校正準(zhǔn)確度評價不確定度分析角度校正準(zhǔn)確度評價不確定度分析圖2交叉檢驗法操作流程圖分級檢驗法實施條件和要求分級檢驗法的實施條件和要求如下：待檢像元區(qū)域為非均質(zhì)地表，且待檢地表反射率遙感產(chǎn)品的像元面積大于地面觀測視場尺度4倍；在待檢地表反射率遙感產(chǎn)品過境日期（3天）域具有和地面觀測尺度相同或更高的高分辨率灰度值遙感數(shù)據(jù)。檢驗操作流程檢驗流程應(yīng)符合GB/T36296—2018中8.2.1的規(guī)定，主要操作流程見圖3，具體步驟如下：檢地表反射率遙感產(chǎn)品相同或相近；樣本選擇：在低分辨率產(chǎn)品像元尺度范圍內(nèi)選擇高、中、低不同亮度的高分辨率地面采樣區(qū)；A；下一步驗證；表反射率進行角度校正，得到與待檢地表反射率產(chǎn)品觀測幾何一致的驗證數(shù)據(jù)；空間尺度轉(zhuǎn)換：將經(jīng)過角度校正的高分辨率影像反射率升尺度至與待檢地表反射率遙感產(chǎn)品相同的空間尺度，然后采用與待檢地表反射率遙感產(chǎn)品一致的波段計算待檢地表反射率遙感產(chǎn)品像元尺度的相對真值；GB/T36296—20186.1的準(zhǔn)確度評價指標(biāo)，定量表達計算待檢地表反射率遙感產(chǎn)品的準(zhǔn)確度，準(zhǔn)確度評價指標(biāo)至少應(yīng)包括均方根誤差、相關(guān)系數(shù)；GB/T39468—20206GB/T36296—20186.2少應(yīng)包括標(biāo)準(zhǔn)差。高分辨率灰度值影像高分辨率灰度值影像地面采樣方法設(shè)計樣本選擇地面反射率測量線性擬合地面采樣方法設(shè)計樣本選擇地面反射率測量線性擬合精度滿足要求？高分辨率參考影像結(jié)束否精度滿足要求？高分辨率參考影像結(jié)束是空間一致性？是準(zhǔn)確度評價空間一致性？是準(zhǔn)確度評價空間尺度轉(zhuǎn)換角度校正待檢地表反射率遙感產(chǎn)品結(jié)束不確定度分析不確定度分析圖3分級檢驗法操作流程圖檢驗報告封面信息檢驗報告封面應(yīng)包括以下信息：檢驗報告編號；檢驗報告名稱；檢驗負(fù)責(zé)人；檢驗核對人；檢驗簽發(fā)人；檢驗單位；送檢單位；檢驗時間。正文信息待檢地表反射率遙感產(chǎn)品概述對待檢地表反射率遙感產(chǎn)品進行描述，宜包括：產(chǎn)品的數(shù)據(jù)源、時空覆蓋范圍、時空分辨率、投影方式以及產(chǎn)品的適用性；產(chǎn)品主要算法以及算法的優(yōu)缺點。參考對象描述根據(jù)確定的檢驗方法和收集到的數(shù)據(jù)，對作為參考對象的驗證數(shù)據(jù)集進行描述，宜包括：（海拔高度、地表類型等）、測量方法、測量儀器與布設(shè)狀況、數(shù)據(jù)格式等；驗證數(shù)據(jù)集的處理與質(zhì)量控制；驗證數(shù)據(jù)集的適用性。檢驗方法及流程對采用的檢驗方法和檢驗過程進行描述，宜包括：檢驗方法概述；檢驗流程；檢驗中的注意事項；檢驗結(jié)果的評價指標(biāo)；檢驗過程的記錄要求；檢驗結(jié)果的存檔。真實性檢驗結(jié)論描述對真實性檢驗的評價結(jié)果進行描述，宜包括：真實性檢驗結(jié)果總體評價：描述待檢地表反射率遙感產(chǎn)品的總體精度；分項指標(biāo)評價與誤差原因分析：描述待檢地表反射率遙感產(chǎn)品在不同區(qū)域和不同時間的準(zhǔn)確度，對比分析誤差產(chǎn)生原因；配準(zhǔn)誤差等；并提出修改完善建議等。附加信息對地表反射率遙感產(chǎn)品真實性檢驗過程中的非常規(guī)問題進行說明與描述。檢驗報告信息簡表參考GB/T36296—2018附錄D，編制待檢地表反射率遙感產(chǎn)品的檢驗報告信息簡表，樣例見附錄F。附 錄 A（資料性）點尺度地表反射率相對真值獲取方法基于便攜式地物光譜儀的獲取方法利用便攜式地物光譜儀探測某一特定方向的地面目標(biāo)反射輻亮度以及標(biāo)準(zhǔn)漫射參考板的反射輻亮范圍一般涵蓋可見-近紅外-0.4μm~2.5μm1m左右?；诒銛y式地物光譜儀的點尺度地表反射率ρground(λ)可通過下式進行估算：ρ (λ)π(θr,φr,λ)ground

Ed(λ)

(A.1)式中：ρground(λ)——便攜式地物光譜儀測量的地面目標(biāo)反射率，無量綱；(θr,φr

——便攜式地物光譜儀測量的地面目標(biāo)反射光譜輻亮度，單位為瓦每平方米球面度微米[W/(m2·sr·μm)]；Ed(λ)——借助標(biāo)準(zhǔn)漫射參考板利用便攜式地物光譜儀測量和推算得到的到達地表的光譜輻照度，單位為瓦每平方米微米[W/(m2·μm)]。依據(jù)待檢地表反射率遙感產(chǎn)品對應(yīng)載荷的波段光譜響應(yīng)函數(shù)，計算得到對應(yīng)衛(wèi)星遙感載荷波段的通道地表反射率。計算方法見公式（A.2）： R()

()d/

R()d （A.2）d,i i d i1 1式中：ground,i——對應(yīng)待檢地表反射率遙感產(chǎn)品的遙感載荷第i波段的通道反射率，無量綱；ρground(λ)——便攜式地物光譜儀測量的地面目標(biāo)反射率，無量綱；Ri()——衛(wèi)待檢地表反射率遙感產(chǎn)品的遙感載荷第i波段的光譜響應(yīng)函數(shù)，無量綱?；诔B(tài)化光譜自動測量設(shè)備的獲取方法利用常態(tài)化光譜自動測量設(shè)備探測某一特定方向的地面目標(biāo)反射輻亮度，并結(jié)合同步測量的氣溶點尺度地表反射率。常態(tài)化光譜自動測量設(shè)備的觀測波長范圍一般涵蓋可見-近紅外-短波紅外譜段，通常為0.4μm~2.5μm。儀器測量高度一般為距離地面目標(biāo)2.5m左右。基于常態(tài)化光譜自動測量設(shè)備的點尺度地表反射率ρground(λ)可以通過下式進行估算：ρ (λ)π(θr,φr,λ)式中：

ground

Ed(λ)

(A.3)ρground(λ)——常態(tài)化光譜自動測量設(shè)備測量的地面目標(biāo)反射率，無量綱；(θr,φr

——常態(tài)化光譜自動測量設(shè)備測量的地面目標(biāo)反射輻亮度，單位為瓦每平方米球面度微米[W/(m2·sr·μm)]；Ed(λ)——同步觀測的大氣參數(shù)數(shù)據(jù)經(jīng)輻射傳輸模型推算得到的到達地表的光譜輻照度，單位為瓦每平方米微米[W/(m2·μm)]。依據(jù)待檢地表反射率遙感產(chǎn)品對應(yīng)載荷的波段光譜響應(yīng)函數(shù)，計算得到對應(yīng)衛(wèi)星遙感載荷波段的通道地表反射率。計算方法見公式（A.4）： R()

()d

R()d （A.4）d,i i d i1 1式中：ground,i——對應(yīng)待檢地表反射率遙感產(chǎn)品的遙感載荷第i波段的通道反射率，無量綱；ρground(λ)——常態(tài)化光譜自動測量設(shè)備測量的地面目標(biāo)反射率，無量綱；Ri()——衛(wèi)待檢地表反射率遙感產(chǎn)品的遙感載荷第i波段的光譜響應(yīng)函數(shù)，無量綱。附 錄 B（資料性）基于分層抽樣方法的非均質(zhì)地表像元尺度地表反射率相對真值獲取方法對于非均質(zhì)地表，考慮地表類型差異以及陰影的分布狀況，結(jié)合高空間分辨率的地表反射率產(chǎn)品，可將樣區(qū)細(xì)分為若干相對均質(zhì)的子區(qū)域（端元），采用分層抽樣方法在不同端元采集點尺度地表反射率相對真值，通過面積加權(quán)的方式獲取像元尺度地表反射率相對真值ground，即：NNground,iSii1

(B.1)式中：N——端元的個數(shù)；,i——獲取的第i個端元的點尺度地表反射率相對真值；Si——歸一化后的端元組分比率。附 錄 C（資料性）基于線性擬合方法的非均質(zhì)地表像元尺度地表反射率相對真值獲取方法（端元待檢遙感產(chǎn)品的獲取時間間隔不宜超過30分鐘，觀測角度差異宜小于10°。圖像灰度值和地面測量反射率的轉(zhuǎn)換關(guān)系一般用線性公式表示，即，aDNb

(C.1)式中，——地面測量反射率；DN——高分辨率衛(wèi)星圖像灰度值；a,b——圖像灰度值和地面測量反射率的轉(zhuǎn)換系數(shù)。線性擬合法獲取像元尺度的地表反射率相對真值ground，即：groundaDNb

(C.2)式中：DN——高分辨率圖像上對應(yīng)待檢遙感產(chǎn)品像元尺度的灰度值均值。PAGEPAGE6附 錄 D（資料性）地物多角度數(shù)據(jù)的獲取方法利用多角度自動觀測系統(tǒng)和地物光譜儀測量驗證場地多角度數(shù)據(jù)的方法和步驟如下：測點位置確定人為干擾小的地方，所選取的樣方在真實性檢驗樣地范圍內(nèi)具有代表性，且能夠精確定位。觀測儀器架設(shè)在選定測量點位置安裝多角度自動觀測系統(tǒng)并在觀測系統(tǒng)上安裝地物光譜儀，多角度自動觀測系統(tǒng)架設(shè)需注意：3倍于植被變化周期；1°；觀測架初始觀測方位設(shè)在正南方（北半球）或正北方（南半球°；b) 1°。測量方法測量時間間隔地表反射率多角度測量通常選擇在上午9點至下午3點時間段內(nèi)每隔1小時測量一次。測量角度觀測方位角至少包括：主平面和垂直主平面，對行栽植物還要包括順行和垂直行對應(yīng)的兩個平面。為了方便記錄和觀測，天頂角規(guī)定背向觀測（探測器與太陽同側(cè)）為正，前向觀測為負(fù)，觀測天頂角從＋70°至5°-70°0°測量步驟測量太陽天頂角和方位角或記錄當(dāng)?shù)貢r間及經(jīng)緯度；號。在一個觀測方位采集地物目標(biāo)的反射數(shù)據(jù)并記錄觀測角度及文件名；該方位測量完畢后，測量標(biāo)準(zhǔn)漫射參考板的反射；重復(fù)以上兩步，直到所有方位測量完畢。期間根據(jù)情況定期采集暗電流；a)~d)，實現(xiàn)一天中不同時間的測量；（行結(jié)構(gòu)等利用數(shù)字相機拍攝觀測現(xiàn)場和觀測目標(biāo)照片，作為輔助數(shù)據(jù)。附 錄 E（資料性）地表反射率遙感產(chǎn)品真實性檢驗不確定度誤差來源分析致性，宜在檢驗結(jié)果中對以下不確定度進行分析：并確定其不確定度；準(zhǔn)化測量規(guī)范盡可能降低點尺度測量不確定度；預(yù)處理中幾何校正精度和場地空間均勻性程度而不同，可通過幾何精校正和選擇均勻驗證場地降低空間尺度差異帶來的不確定度；角度不確定度：地面測量時儀器的觀測角度與遙感器過境時的觀測角度存在差異所導(dǎo)致的不確定度，可通過對地面多角度觀測數(shù)據(jù)的分析來評估；兩者觀測時間差予以消除；抽樣不確定度：表征了抽樣策略差異導(dǎo)致的不確定程度，可通過代表性分析進行評估；尺度轉(zhuǎn)換不確定度：將地面抽樣測量獲取的點尺度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到遙感器像元尺度數(shù)據(jù)的過程導(dǎo)致的不確定程度，可通過數(shù)值分析的方式來確定。附 錄 F（資料性）地表反射率遙感產(chǎn)品真實性檢驗報告信息簡表樣例表F.1給出了地表反射率遙感產(chǎn)品真實性檢驗報告信息簡表的參考樣例，內(nèi)容以直接檢驗法為例，同時也填寫了間接檢驗法特征描述供參考