2024地表反射率遥感产品真实性检验

地表反射率遥感产品真实性检验II目 次前言 1引言 21范围 3规范性引用文件 3术语和定义 3基本要求 4检验方法 4检验方法概述 4检验方法选择 5直接检验法 5间接检验法 7检验报告 10封面信息 10正文信息 11检验报告信息简表 11附录A（资料性）点尺度地表反射率相对真值获取方法 13A.1基于便携式地物光谱仪的获取方法 13A.2基于常态化光谱自动测量设备的获取方法 13附录B（资料性）基于分层抽样方法的非均质地表像元尺度地表反射率相对真值获取方法 15附录C（资料性）基于线性拟合方法的非均质地表像元尺度地表反射率相对真值获取方法 16附录D（资料性）地物多角度数据的获取方法 2D.1测点位置确定 2D.2观测仪器架设 2测量方法 2测量时间间隔 2测量角度 2测量步骤 2附录E（资料性）地表反射率遥感产品真实性检验不确定度误差来源分析 3附录F（资料性）地表反射率遥感产品真实性检验报告信息简表样例 4参考文献 6PAGEPAGE10地表反射率遥感产品真实性检验范围本文件规定了地表反射率遥感产品真实性检验的基本要求、检验方法和检验报告。本文件适用于基于航空航天遥感影像数据反演生产的地表反射率遥感产品的真实性检验。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文（包括所有的修改单于本文件。GB/T36296—2018 遥感产品真实性检验导则GB/T39468—2020陆地定量遥感产品真实性检验通用方法术语和定义GB/T36296—2018GB/T39468—2020以下重复列出了GB/T36296—2018中的一些术语和定义。3.1二向性反射率因子bidirectionalreflectancefactor是指物体表面向特定方向的反射辐亮度与相同辐照度条件下理想漫反射体在该方向上的反射辐亮度之比。[来源：GB/T36299-2018，3.7]3.2光谱响应函数 spectralresponsefunction描述遥感器对不同波长处入射辐射响应率的函数。[来源：GB/T40038—2021，3.4]3.3真实性检验 validation通过独立方法评价待检遥感产品与客观实际的吻合程度并分析其不确定度的过程。[来源：GB/T36296—2018，3.2]3.4相对真值 relativetruevalue一个接近真值的值，它与真值之差可忽略不计。对于给定的目的，可用其来代替真值。[来源：GB/T36296—2018，3.4]3.5准确度 accuracy测试结果或测量结果与真值间的一致程度。[来源：GB/T3358.2—2009，3.3.1]3.6不确定度 uncertainty测量结果的可信性、有效性的怀疑程度或不确定程度。注：测量不确定度也可用标准[偏]差的倍数或说明了置信水准的区间来表示。[来源：GB/T36296—2018，3.10]3.7尺度转换 scaling绎的过程。[来源：GB/T36296—2018，3.6]基本要求地表反射率遥感产品真实性检验应符合GB/T36296—2018第7章的规定，同时：参考对象应为与待检地表反射率产品相同或相近时期的同一区域的反射率，并已知其数据质量；（0.（0.3和低反射率（0.05）区域；当待检地表反射率遥感产品中异常值较大（3σ）或较多（1/3）可用中值代替均值来计算待检地表反射率遥感产品的准确度和不确定度；参考对象优先选择与待检地表反射率遥感产品对应波段和角度一致的地面传感器采集的反射射率遥感产品作为参考对象。注：的可靠性。检验方法检验方法概述交叉检验法，各方法的界定如下：直接检验法是直接利用遥感器过境时刻的地面同步或准同步实测数据对地表反射率遥感产品进行检验的方法；交叉检验法是通过与精度已知的已检地表反射率遥感产品的比对分析，间接对待检地表反射率遥感产品进行检验的方法；分级检验法是利用相近光谱的高空间分辨率航空或者卫星遥感数据作为中间尺度，间接对待检地表反射率遥感产品进行检验的方法。检验方法选择根据检验条件的差别，选择合适的检验方法：当存在质量可靠，且具有代表性的像元尺度地表反射率地面观测数据时，应采用直接检验法；检验法中的交叉检验法；近的航空或者卫星高分辨率数据时，可选择间接检验法中的分级检验法。直接检验法实施条件和要求直接检验法的实施条件和要求如下：4级；3×3简单且分布已知的非均质地表；应考虑遥感器过境时刻太阳光照的阴影效应；样本应选择空间变异性（变异系数）5%水泥地等；物；验证场地长时间序列的地表反射率数据作为真实性检验真值；验证场地目标多角度特性数据角度差异校正；360分钟；地表反射率采集仪器应定期进行定标。定标精度的分析结果应包括在真实性检验报告中；对于短期（6个月）的真实性检验，地表反射率采集仪器在试验前/长期的真实性检验，地物光谱仪需要定期（1次/1年）进行辐射和光谱定标；宜同步观测气温、气压、风和湿度等常规气象要素，以提供真实性检验的辅助数据。空间异质性分析和空间抽样方法空间异质性分析和空间抽样方法如下：空间异质性分析应考虑高空间分辨率的地表反射率遥感产品或者其它辅助参量的空间分布特GB/T39468—20204.2本的异质性；GB/T39468—20204.3.1的规定选择随机抽样方法或系统抽样方法，开展地面数据采集；（端元T3946—20204..1地表反射率相对真值的获取方法地表反射率相对真值的获取方法如下：5.3.2A集和点尺度地表反射率相对真值计算，设备采集的数据代表了观测视场角内的地表反射率。法（例如面积加权平均法）BC。注：地表反射率相对真值获取过程中所涉及的配套辅助数据的获取方法见附录D。检验操作流程检验流程应符合GB/T36296—2018中8.1的规定，主要操作流程见图1，具体步骤如下：真实性检验场地选择：按照5.3.1的要求确定真实性检验场地；5.3.2a)验场地里待检遥感像元的地表空间异质性；对真值和像元尺度相对真值的测量采样策略；5.3.3尺度相对真值和像元尺度相对真值；度相对真值；（BRDF）元尺度地表反射率的相对真值；BRDF（异带来的检验误差；准确度评价：在像元尺度上，按GB/T36296—2018中6.1的准确度评价指标，计算待检地表反射率遥感产品的准确度，准确度评价指标至少应包括均方根误差、相关系数；EGB/T39468—20206章分析不确定度来源，GB/T36296—20186.2规定的不确定度评价指标计算待检地表反射率遥感产品的不确定度，不确定度评价指标至少应包括标准差。时空一致性匹配数据获取待检地表反射率遥感产品时空一致性匹配数据获取待检地表反射率遥感产品真实性检验场地选择真实性检验场地选择真实性检验场地空间异质性分析地表反射率测量采样策略选择地表反射率像元尺度相对真值获取真实性检验场地空间异质性分析地表反射率测量采样策略选择地表反射率像元尺度相对真值获取地表反射率点尺度相对真值获取准确度评价不确定度分析准确度评价不确定度分析角度校正图1直接检验法操作流程图角度校正间接检验法交叉检验法实施条件和要求交叉检验法的实施条件和要求如下：述、云和质量控制等标识；待检和已检地表反射率遥感产品在时间、空间和观测天顶角上存在一定交集；301030分钟；参考和待检验地表反射率遥感产品的空间分辨率有差异，且系统几何定位精度可能不准确时间分辨率。检验操作流程检验流程应符合GB/T36296—2018中8.2.1的规定，主要操作流程见图2，具体步骤如下：品中具有较高质量的地表反射率数据及其坐标位置数据、观测天顶角数据、观测时间数据；空间聚合判断：根据待检地表反射率遥感产品与参考地表反射率遥感产品的空间分辨率以及系统几何定位精度，判断是否进行空间聚合；者待检地表反射率遥感产品的系统几何定位精度低于参考地表反射率产品的空间分辨率时，顶角数据、观测时间数据进行空间聚合处理，如采用算术平均法；301030分钟；BRDF（何差异带来的检验误差；GB/T36296—20186.1的准确度评价指标，计算待检地表反射率遥感产品的准确度，准确度评价指标至少应包括均方根误差、相关系数；GB/T36296—20186.2的不确定度评价指标，同时考虑度评价指标至少应包括标准差。数据提取数据提取参考地表反射率遥感产品待检地表反射率遥感产品空间聚合判断验证匹配点筛选空间聚合是空间聚合判断验证匹配点筛选空间聚合否角度校正准确度评价不确定度分析角度校正准确度评价不确定度分析图2交叉检验法操作流程图分级检验法实施条件和要求分级检验法的实施条件和要求如下：待检像元区域为非均质地表，且待检地表反射率遥感产品的像元面积大于地面观测视场尺度4倍；在待检地表反射率遥感产品过境日期（3天）域具有和地面观测尺度相同或更高的高分辨率灰度值遥感数据。检验操作流程检验流程应符合GB/T36296—2018中8.2.1的规定，主要操作流程见图3，具体步骤如下：检地表反射率遥感产品相同或相近；样本选择：在低分辨率产品像元尺度范围内选择高、中、低不同亮度的高分辨率地面采样区；A；下一步验证；表反射率进行角度校正，得到与待检地表反射率产品观测几何一致的验证数据；空间尺度转换：将经过角度校正的高分辨率影像反射率升尺度至与待检地表反射率遥感产品相同的空间尺度，然后采用与待检地表反射率遥感产品一致的波段计算待检地表反射率遥感产品像元尺度的相对真值；GB/T36296—20186.1的准确度评价指标，定量表达计算待检地表反射率遥感产品的准确度，准确度评价指标至少应包括均方根误差、相关系数；GB/T39468—20206GB/T36296—20186.2少应包括标准差。高分辨率灰度值影像高分辨率灰度值影像地面采样方法设计样本选择地面反射率测量线性拟合地面采样方法设计样本选择地面反射率测量线性拟合精度满足要求？高分辨率参考影像结束否精度满足要求？高分辨率参考影像结束是空间一致性？是准确度评价空间一致性？是准确度评价空间尺度转换角度校正待检地表反射率遥感产品结束不确定度分析不确定度分析图3分级检验法操作流程图检验报告封面信息检验报告封面应包括以下信息：检验报告编号；检验报告名称；检验负责人；检验核对人；检验签发人；检验单位；送检单位；检验时间。正文信息待检地表反射率遥感产品概述对待检地表反射率遥感产品进行描述，宜包括：产品的数据源、时空覆盖范围、时空分辨率、投影方式以及产品的适用性；产品主要算法以及算法的优缺点。参考对象描述根据确定的检验方法和收集到的数据，对作为参考对象的验证数据集进行描述，宜包括：（海拔高度、地表类型等）、测量方法、测量仪器与布设状况、数据格式等；验证数据集的处理与质量控制；验证数据集的适用性。检验方法及流程对采用的检验方法和检验过程进行描述，宜包括：检验方法概述；检验流程；检验中的注意事项；检验结果的评价指标；检验过程的记录要求；检验结果的存档。真实性检验结论描述对真实性检验的评价结果进行描述，宜包括：真实性检验结果总体评价：描述待检地表反射率遥感产品的总体精度；分项指标评价与误差原因分析：描述待检地表反射率遥感产品在不同区域和不同时间的准确度，对比分析误差产生原因；配准误差等；并提出修改完善建议等。附加信息对地表反射率遥感产品真实性检验过程中的非常规问题进行说明与描述。检验报告信息简表参考GB/T36296—2018附录D，编制待检地表反射率遥感产品的检验报告信息简表，样例见附录F。附 录 A（资料性）点尺度地表反射率相对真值获取方法基于便携式地物光谱仪的获取方法利用便携式地物光谱仪探测某一特定方向的地面目标反射辐亮度以及标准漫射参考板的反射辐亮范围一般涵盖可见-近红外-0.4μm~2.5μm1m左右。基于便携式地物光谱仪的点尺度地表反射率ρground(λ)可通过下式进行估算：ρ (λ)π(θr,φr,λ)ground

Ed(λ)

(A.1)式中：ρground(λ)——便携式地物光谱仪测量的地面目标反射率，无量纲；(θr,φr

——便携式地物光谱仪测量的地面目标反射光谱辐亮度，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m2·sr·μm)]；Ed(λ)——借助标准漫射参考板利用便携式地物光谱仪测量和推算得到的到达地表的光谱辐照度，单位为瓦每平方米微米[W/(m2·μm)]。依据待检地表反射率遥感产品对应载荷的波段光谱响应函数，计算得到对应卫星遥感载荷波段的通道地表反射率。计算方法见公式（A.2）： R()

()d/

R()d （A.2）d,i i d i1 1式中：ground,i——对应待检地表反射率遥感产品的遥感载荷第i波段的通道反射率，无量纲；ρground(λ)——便携式地物光谱仪测量的地面目标反射率，无量纲；Ri()——卫待检地表反射率遥感产品的遥感载荷第i波段的光谱响应函数，无量纲。基于常态化光谱自动测量设备的获取方法利用常态化光谱自动测量设备探测某一特定方向的地面目标反射辐亮度，并结合同步测量的气溶点尺度地表反射率。常态化光谱自动测量设备的观测波长范围一般涵盖可见-近红外-短波红外谱段，通常为0.4μm~2.5μm。仪器测量高度一般为距离地面目标2.5m左右。基于常态化光谱自动测量设备的点尺度地表反射率ρground(λ)可以通过下式进行估算：ρ (λ)π(θr,φr,λ)式中：

ground

Ed(λ)

(A.3)ρground(λ)——常态化光谱自动测量设备测量的地面目标反射率，无量纲；(θr,φr

——常态化光谱自动测量设备测量的地面目标反射辐亮度，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m2·sr·μm)]；Ed(λ)——同步观测的大气参数数据经辐射传输模型推算得到的到达地表的光谱辐照度，单位为瓦每平方米微米[W/(m2·μm)]。依据待检地表反射率遥感产品对应载荷的波段光谱响应函数，计算得到对应卫星遥感载荷波段的通道地表反射率。计算方法见公式（A.4）： R()

()d

R()d （A.4）d,i i d i1 1式中：ground,i——对应待检地表反射率遥感产品的遥感载荷第i波段的通道反射率，无量纲；ρground(λ)——常态化光谱自动测量设备测量的地面目标反射率，无量纲；Ri()——卫待检地表反射率遥感产品的遥感载荷第i波段的光谱响应函数，无量纲。附 录 B（资料性）基于分层抽样方法的非均质地表像元尺度地表反射率相对真值获取方法对于非均质地表，考虑地表类型差异以及阴影的分布状况，结合高空间分辨率的地表反射率产品，可将样区细分为若干相对均质的子区域（端元），采用分层抽样方法在不同端元采集点尺度地表反射率相对真值，通过面积加权的方式获取像元尺度地表反射率相对真值ground，即：NNground,iSii1

(B.1)式中：N——端元的个数；,i——获取的第i个端元的点尺度地表反射率相对真值；Si——归一化后的端元组分比率。附 录 C（资料性）基于线性拟合方法的非均质地表像元尺度地表反射率相对真值获取方法（端元待检遥感产品的获取时间间隔不宜超过30分钟，观测角度差异宜小于10°。图像灰度值和地面测量反射率的转换关系一般用线性公式表示，即，aDNb

(C.1)式中，——地面测量反射率；DN——高分辨率卫星图像灰度值；a,b——图像灰度值和地面测量反射率的转换系数。线性拟合法获取像元尺度的地表反射率相对真值ground，即：groundaDNb

(C.2)式中：DN——高分辨率图像上对应待检遥感产品像元尺度的灰度值均值。PAGEPAGE6附 录 D（资料性）地物多角度数据的获取方法利用多角度自动观测系统和地物光谱仪测量验证场地多角度数据的方法和步骤如下：测点位置确定人为干扰小的地方，所选取的样方在真实性检验样地范围内具有代表性，且能够精确定位。观测仪器架设在选定测量点位置安装多角度自动观测系统并在观测系统上安装地物光谱仪，多角度自动观测系统架设需注意：3倍于植被变化周期；1°；观测架初始观测方位设在正南方（北半球）或正北方（南半球°；b) 1°。测量方法测量时间间隔地表反射率多角度测量通常选择在上午9点至下午3点时间段内每隔1小时测量一次。测量角度观测方位角至少包括：主平面和垂直主平面，对行栽植物还要包括顺行和垂直行对应的两个平面。为了方便记录和观测，天顶角规定背向观测（探测器与太阳同侧）为正，前向观测为负，观测天顶角从＋70°至5°-70°0°测量步骤测量太阳天顶角和方位角或记录当地时间及经纬度；号。在一个观测方位采集地物目标的反射数据并记录观测角度及文件名；该方位测量完毕后，测量标准漫射参考板的反射；重复以上两步，直到所有方位测量完毕。期间根据情况定期采集暗电流；a)~d)，实现一天中不同时间的测量；（行结构等利用数字相机拍摄观测现场和观测目标照片，作为辅助数据。附 录 E（资料性）地表反射率遥感产品真实性检验不确定度误差来源分析致性，宜在检验结果中对以下不确定度进行分析：并确定其不确定度；准化测量规范尽可能降低点尺度测量不确定度；预处理中几何校正精度和场地空间均匀性程度而不同，可通过几何精校正和选择均匀验证场地降低空间尺度差异带来的不确定度；角度不确定度：地面测量时仪器的观测角度与遥感器过境时的观测角度存在差异所导致的不确定度，可通过对地面多角度观测数据的分析来评估；两者观测时间差予以消除；抽样不确定度：表征了抽样策略差异导致的不确定程度，可通过代表性分析进行评估；尺度转换不确定度：将地面抽样测量获取的点尺度数据转换到遥感器像元尺度数据的过程导致的不确定程度，可通过数值分析的方式来确定。附 录 F（资料性）地表反射率遥感产品真实性检验报告信息简表样例表F.1给出了地表反射率遥感产品真实性检验报告信息简表的参考样例，内容以直接检验法为例，同时也填写了间接检验法特征描述供参考