《《高分卫星遥感产品真实性检验 植被 物候》 编制说明》

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《高分卫星遥感产品真实性检验植被

物候》

编制说明

一、工作简况

（一）任务来源

2022年11月中国遥感应用协会批准了《高分卫星遥感产品真实性检验植被物候》

团体标准制定项目，正式委托中国林业科学研究院资源信息研究所牵头完成规范的制

定任务。该标准由中国遥感应用协会提出并归口。

（二）起草单位及主要起草人

本标准起草单位：中国林业科学研究院资源信息研究所，北京林业大学。

本标准的主要起草人及主要贡献如下表：

序号姓名单位主要贡献

1田昕中国林业科学研究负责标准制定工作的组织、协调；标

院资源信息研究所准文本及编制说明的起草；组织召

开视频研讨会，通过电子邮件、电话

等方式，征集、整理和归纳相关的意

见和建议，并进行修改。

2黄华国北京林业大学参与标准制定工作的组织、协调，相

关文献资料的查阅、收集；参与标准

文本及编制说明的撰写；通过电子

邮件、电话等方式，征集专家意见；

根据意见和建议进行修改。

3李增元中国林业科学研究参与相关资料的查阅、收集；标准文

院资源信息研究所本及编制说明的起草、撰写，根据意

见和建议进行修改。

4高志海中国林业科学研究参与标准制定工作的组织、协调；参

院资源信息研究所与标准文本起草、撰写。

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5李骁尧中国林业科学研究参与相关资料的查阅、收集；标准文

院资源信息研究所本及编制说明的起草、撰写，根据意

见和建议进行修改。

6闻建光中国科学院空天信参与相关资料的查阅、收集；标准文

息创新研究院本及编制说明的起草、撰写，根据意

见和建议进行修改。

7马明国西南大学参与标准制定工作的组织、协调；参

与标准文本起草、撰写。

8汤旭光西南大学标准文本第6章修改。

9王维真中国科学院西北生标准文本第6章修改。

态环境资源研究院

10晋锐中国科学院西北生参与标准制定工作的组织、协调；参

态环境资源研究院与标准文本起草、撰写。

11王旭峰中国科学院西北生参与标准制定工作的组织、协调；参

态环境资源研究院与标准文本起草、撰写。

12廖小罕中国科学院地理科标准文本第4-5章修改。

学与资源研究所

13吴骅中国科学院地理科标准文本全文修改。

学与资源研究所

14陈鹏飞中国科学院地理科标准文本第3章修改。

学与资源研究所

（三）主要工作过程

起草阶段：

1.2021年1月，在高分辨率对地观测系统重大专项项目支持下，启动高分卫星遥

感产品真实性检验植被物候团体标准研究工作，成立了编制小组，明确相关研

究内容及任务分工。

2.2021年2月-4月，资料收集，主要包括：收集与植被物候遥感产品真实性检验

方法的国内外标准与规范、相关的书籍与文献以及野外综合实验报告等资料。

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3.2021年4月-6月，初稿编写。主要包括整理、汇总相关资料；征求相关专家意

见和建议，研究确定标准涵盖范围，梳理确定高分卫星遥感产品真实性检验植

被物候标准的名称、目次，逐条编制相关内容。

4.2021年7月，组内交流，征求意见；草案编制调研，听取专家建议；征求相关

领域专家意见；形成《高分卫星遥感产品真实性检验植被物候》工作组讨论稿

及建议书，并向中国遥感应用协会标准化分会提出立项申请。

5.2021年9月，参加中国遥感应用协会标准化分会2022年年会，汇报《高分卫

星遥感产品真实性检验植被物候》，经中国遥感应用协会标准化分会审议建议

修改后立项。

6.2021年9月，根据专家意见进行标准修改。

7.2021年11月，收到中国遥感应用协会关于《遥感产品算法测评第1部分测

评方法与流程导则》等17项团体标准的立项公告，本标准正式立项。

8.2022年12月，完善标准草案的编制，并进行编制说明的撰写等，形成标准征

求意见稿。

9.2023年1月，向遥感应用协会标准化分会提交征求意见稿和编制说明。

二、国家标准编制原则和确定国家标准主要内容

(一)编制原则

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草

规则》进行编写，技术内容以规范高分卫星遥感产品真实性检验植被物候的直接检验

方法、间接检验方法的选取原则、操作流程等为原则，深入调查研究并反复审查修订，

保证标准起草工作的科学性、真实性、规范性和可操作性。

1.有效性原则：根据实际情况，最大限度地促进高分卫星遥感产品真实性检验植

被物候的可信度和有效性，将植被物候高分遥感产品真实性检验相关的参考对象地面

抽样、空间尺度转换及时间一致性转换等关键内容纳入标准。根据植被物候高分遥感产

品真实性检验实际需求，在《GB/T36296—2018遥感产品真实性检验导则》和《GB/T

39468—2020陆地定量遥感产品真实性检验通用方法》基础上，使本标准在检验方法、

技术要求等方面更加完善和全面，易于实施和应用。

2.协调性原则：与相关法规、标准等协调一致。标准编制结合遥感技术标准体系

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和有关规定等进行修订，提高标准的综合水平。

3.规范性原则：对标准的结构、格式和表达方法等按GB/T1.1等标准的规定进行

编写，使标准规范化。

(二)标准主要技术内容的依据

本标准规定了高分卫星植被物候遥感产品真实性检验的基本要求、检验方法和检验

报告。规范性引用文件包括《GB/T36296—2018遥感产品真实性检验导则》、《GB/T

39468—2020陆地定量遥感产品真实性检验通用方法》。

1.术语和定义

起草组在编写术语和定义时，参考了大量关于植被物候及遥感产品等的相关研究论

文及标准文件，引用了GB/T36296—2018和GB/T39468—2020界定的国家标准中的

相关术语。

2.参考对象

起草组调研了现有植被物候遥感产品及反演算法的精度验证所使用的参考对象。国

内外产品生产与算法研究中常用的参考对象为地面物候站点观测数据，以及已检植被

物候遥感产品作为参考对象。

3.基本要求

高分卫星植被物候遥感产品真实性检验在符合GB/T36296—2018第7章的同时，

参考对象应与待检植被物候产品空间分辨率相近，对应于相同年份相同区域，并已知其

数据质量；参考对象应包含至少两种植被类型的植被生长季开始日期SOS和生长季结

束日期EOS；参考对象应首选地面观测数据进行植被物候产品的真实性检验。在缺少

地面观测数据时，选择与待检物候产品分辨率相近或者更高、观测角度一致、精度更高

的产品进行交叉验证。

4.检验方法

植被物候高分遥感产品真实性检验方法编制的主要依据是《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》，以及遥感产品真实性检验最新发表的研究成果进行制定。

5.技术指标

依据《GB/T36296—2018遥感产品真实性检验导则》，植被物候分类产品与验证真

值在时间和空间上的统计主要技术指标推荐误差矩阵。

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(三)主要试验技术论证，预期的经济效果；

本标准在编制过程中，充分考虑了其技术可行性及合理性。根据归一化植被指数计

算以及生长曲线拟合提取物候节点方法，确定了由地面物候观测站点及地面样地观测

获取的物候数据及MODIS-MCD12Q2物候产品作为参考对象的直接检验及间接检验方

法。通过地面观测视场和待检高分卫星物候遥感产品像元尺度分析，选择直接检验或间

接检验方法的基本流程，检验高分一号物候节点提取产品的真实性检验。

起草组使用了一种基于图形化界面软件TIMESAT的时序重构提取物候节点的方法。

TIMESAT以S-G滤波法、A-G拟合法和D-L拟合法为核心算法，其拟合功能是分步

完成的[1]。在第一步中，定义季节的数量和大致的时间。第二步对数据进行滤波或用平

滑函数拟合数据。拟合完成后，选用最大阈值法计算季节性参数并将其写入输出文件。

针对本方法的检验流程做了实证，利用内蒙古呼伦贝尔气象观测站点及2021年度内蒙

古草原普查进行的实地观测信息，对内蒙古呼伦贝尔区域提取的物候枯黄期产品进行

了直接检验，并基于MODISMCD13A2产品进行了间接检验。

1.基于高分一号卫星数据提取的植被物候信息遥感产品直接检验

1.1待检高分影像植被物候遥感产品

基于高分辨率影像归一化植被指数计算及时序重构的方法，进行内蒙古呼伦湖区域

物候信息产品生产。产品输入为GF-1号卫星WFV：L1A16m宽视场相机影像、云检

测产品、土地覆盖分类产品，产品输出为区域归一化植被指数图，产品空间分辨率为

16m；通过对其每个像元的植被指数进行时序重建，采用最大阈值法对物候信息进行提

取。

1.2参考数据

1.2.1地面物候监测站点

起草组选取内蒙古呼伦贝尔气象局2013年物候观测站点记录数据[2]及2021年内蒙

古草原普查地面观测数据作为地面验证数据集。内蒙古呼伦贝尔物候观测站点是由内

蒙古大学牵头，为研究内蒙古的物候变化规律，研究气候变化格局而建设的科研性站

点。各生态监测站观测地段的面积一般不小于10000m2，监测站内的植物种类、生物

量和土壤等能代表当地的草原类型，不受人为干扰，且受小气候的影响较小，还应具有

植物物候的平行观测。各站点观测时间自返青期开始至黄枯期结束，根据牧草发育期出

现的规律，一般逢双或隔日观测，但每旬末必须进行巡视或观测，观测时间一般定在下

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午。本研究选取了其中位于呼伦贝尔区域内的5个观测站点，主要分析枯黄期1个发

育阶段的变化特征。站点位置如图1所示。

图1地面观测站点分布

1.2.2地面实地观测

物候地面观测按照《中国物候观测方法》的规范进行观测[3]。收集研究区内2021

年度的枯黄期野外调查数据，共66个样地，198个样方，所有的样方分布在新巴尔虎

左旗和鄂温克族自治旗，均为草地样方。调查主要内容有：样地号、季相、样方号、

植被高度、经纬度、海拔高度、正视\左视\俯视照（3张）、主要牧草名称、地面植被

干湿重量、枯落物干湿重量、调查时间和调查人等。地面调查点位分布如下图2。

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图2地面实地观测点分布

对于地面物候调查来说，对于物候的观测主要通过对植被的生长情况进行目视估

测，主要可分为出苗/展叶/分蘖/拔节/抽穗/开花/结实/枯黄几个生长特征。分别对应遥

感物候中的返青期、成熟期、衰落期、枯黄期。在样地水平上，通过重复设置3个样

方，依据样方的观测结果来判定样地生长状况。

判断植被是否进入枯黄期，一般以观测总植株中进入枯黄期的植株所占百分比而

定。在3个样方中，如果有2个植被生长情况在分蘖前且超过10%的比例，即认定该

样地已进入返青期始期，超过50%的比例则可认定为普遍返青，超过80%的比例则可

认定为完全返青，接近返青期末。对于枯黄期而言，在样方监测过程中，根据样方内

植物叶片开始变灰变黄的株（丛）占总株（丛）的比例，或者样方内草原植被枯黄盖

度的百分率来判定草原进入枯黄状况。当样方内草原植被枯黄率达10%时，即表示枯

黄期开始；当草原植被枯黄率达到50%时，即表示普遍进入枯黄；当草原植被枯黄率

达到80%时，表示完全枯黄。其地面观测对应的遥感物候期变换如下表1。

表1以农作物为例的遥感物候期与传统物候观测时间节点的对应关系[4]

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1.3检验结果

将地面物候观测情况整理并转换为遥感植被物候期，得出66个地面样方中，有42

个样方的枯黄期遥感监测结果与实测结果相差在10d以内（63.63%），19个样方的枯

黄期遥感监测结果与地面实测结果相差在20d以内，其余5个样方差异不合理，整体

平均相差天数为13d，其样地观察情况及误差如表3，样地观测情况与高分产品散点图

如图3。

对于2013年的地面物候站点枯黄期观测结果，五个站点误差范围平均为8.8d，普

遍在10d以内，地面物候站点观测数据及误差详细信息如表1。

表2呼伦贝尔物候观测台站基本情况

表3样地观测季相及物候误差

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图3GF-116m物候产品与实地观测数据散点图

从与地面观测数据的对比验证，能够看出，提取结果与观测数据有着相对较高的相

关性，R2在0.6以上。提取值与观测值误差在3d以内。在处理影像过程中高分数据预

处理(定标、几何配准、大气校正)等过程均会产生一定的误差传递。同时，由于地面调

查数据数量的限制以及主观因素的影响，所得到的观测结果也存在一定的误差。但相较

于地面观测存在的主观误判，高分系列提取的物候信息更具备科研性与可靠性，可作为

合格的植被物候遥感数据源。

2.基于高分一号卫星数据提取植被物候遥感产品间接检验

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产品基于GF-1号WFV宽视场相机卫星数据，空间分辨率提高至16m，与目前主

流的MODIS500m植被物候生长数据产品对比如图4所示。所选示范区域为呼伦湖西

南角，主要地物类型为农作物和草地，可以看出两种产品一致性较好，GF-1号产品能

够更好地捕捉地物变化特征，为研究提供高空间分辨率、高时间分辨率的产品，且对于

地物的植被物候信息提取中，细小的板块差异能够更好的凸显，而MODIS物候产品对

于相邻相近的像元物候节点进行了合并，降低了数据精度。

图5为基于GF-1号卫星的植被物候生长产品及MODISMCD12Q2产品的时间序

列曲线。能够看出，两种产品总体趋势大致吻合，但高分数据提取物候产品普遍较

MODIS物候产品提前6d左右，且对于2015-2016年的物候趋势存在趋势反转的现象。

图4呼伦湖东南区域GF-1号16m物候产品与MODIS500m物候产品对比

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图5GF-1号16m物候产品与MODIS500m物候产品对比

3.预期的经济效益

本标准为高分植被物候遥感产品真实性检验标准，植被物候产品是通过遥感方式获

取并被生产出来以反演植被物候期的产物，是利用遥感特征参量探测植被在形态上发

生显著变化所对应的日期，以及从生长开始到结束所经历的时间的应用结果。该产品在

监测植被的生长发育、研究植被与气候变化关系等领域具有重要意义。

植被物候遥感产品受估算方法差异的影响存在一定的误差，高分卫星植被物候遥感

产品，较现有植被物候遥感产品，具有更高的空间分辨率，因此产品在使用前需要进行

真实性检验以获得产品的精度与不确定性。但由于缺乏合理全面的、切实可行的标准规

范对验证数据、验证方法、评价标准进行统一，使得产品精度无法有效评价。因此需要

制定科学、规范的植被物候遥感产品真实性检验标准，用以保证高分卫星植被物候遥感

产品在研究和应用中的一致性和产品质量。

(四)采用国际标准和国外先进标准的程度，以及与国际、国外同类标准水平的对

比情况，或与测试的国外样品、样机的有关数据对比情况；

目前，国内外关于植被物候高分遥感产品的验证，仅为针对某一种单个遥感产品的

检验方法以及在个别区域的真实性检验，其技术方法和检验流程不具有普适性，关于参

考真值即地面站点观测数据的获取方法、交叉检验方法没有形成统一的标准规范。本标

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准的制定是根据植被物候高分遥感产品的特性，参考了国内外主要植被物候遥感产品

的检验方法与评价指标，规定了适用于植被物候高分遥感产品真实性检验方法的规范，

为开展高分植被物候遥感产品真实性检验提供指南。

(五)与有关的现行法律、法规和强制性国家标准的关系；

1.国标《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》（GB/T1.1-2020），约束

本标准的编写结构。

2.国标《遥感产品真实性检验导则》（GB/T36296—2018）约束了本标准中涉及的

遥感和真实性检验术语。

3.继承了项目标准《陆地定量遥感产品真实性检验通用方法》相关条款。

(六)重大分歧意见的处理经过和依据；

无。

(七)国家标准作为强制性国家标准或推荐性国家标准的建议；

建议本标准的性质为推荐性团体标准。

(八)贯彻国家标准的要求和措施建议（包括组织措施、技术措施、过渡办法等内

容）；

该标准是作为重要定量遥感产品之一的植被物候高分遥感产品真实性检验方法，能

够规范基于高分卫星遥感数据的植被物候遥感产品的真实性检验，使不同产品间具备

可比性，建议本标准通过审定后尽快发布，将在相关学术团体、行业用户、企事业单位

中通过各种渠道宣传推广本标准，进行标准培训和宣贯，以保证标准的贯彻实施。

(九)废止现行有关标准的建议；

无。

(十)其他应予说明的事项。

无。

《高分卫星遥感产品真实性检验植被物候规范》编制小组

2022年12月

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附件1

起草阶段意见汇总处理表

标准项目名称：高分卫星遥感产品真实性检验植被物候共*页

起草单位：中国林业科学研究院资源信息研究所承办人：田昕

电话：2022年12月18日填写

标准

序意见

章条意见内容备注

号处理

编号

物候产品描述不