GB/T 41538-2022 地表发射率遥感产品真实性检验（正式版）

ICS35.240.70国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会IGB/T41538—2022 Ⅲ 1 13术语和定义 1 2 3 35.2直接检验法 35.2.1实施条件和要求 35.2.2空间异质性分析和空间抽样方法 35.2.3地表发射率相对真值的获取方法 35.2.4检验操作流程 45.3交叉检验法 45.3.1实施条件和要求 45.3.2检验操作流程 5 56.1封面信息 56.2正文信息 66.2.1待检验地表发射率遥感产品概述 66.2.2参考对象描述 66.2.3检验方法及流程 66.2.4真实性检验结论描述 66.2.5附加信息 66.3检验报告信息简表 7附录A(资料性)均质地表发射率相对真值获取方法 8附录B(资料性)非均质地表发射率相对真值获取方法 9附录C(资料性)地表发射率真实性检验不确定度来源分析 附录D(资料性)地发射率遥感产品真实性检验报告信息简表样例 ⅢGB/T41538—2022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》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国科学院提出。本文件由全国遥感技术标准化技术委员会(SAC/TC327)归口。本文件起草单位：昆明理工大学、中国科学院地理科学与资源研究所、中国农业科学院农业资源与农业区划研究所、中国科学院空天信息创新研究院、北京师范大学、中国科学院西北生态环境资源研究GB/T41538—2022地表发射率是热红外遥感反演中的一个关键特征参数，与地表温度有着同等重要的地位。它是气候模型研究中的一个重要输入参数，也是地球表层系统过程中一个非常重要的特征物理量。地表发射率是地表向外发射的热辐射与同温度同波长下黑体向外发射热辐射的比值，它与地表组成成分、地表粗糙度、土壤湿度、波长等因素有关。目前，采用遥感手段反演区域地表发射率是获取大范围地表发射率的唯一可行途径，故开展像元尺度地表发射率遥感产品的真实性检验非常重要。本文件结合国际上现有的各种地表发射率遥感产品的真实性检验方法，全面、系统、深入地开展了地表发射率遥感产品的真实性检验标准化研究，根据可能获取的各种检验数据，提出了地表发射率遥感产品的真实性检验方法与评价方法，使其在保证先进性的同时具有可操作性和普适性，为地表发射率遥感产品的精度评价和不确定度分析的规范化提供统一标准。1GB/T41538—2022地表发射率遥感产品真实性检验本文件规定了地表发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。本文件适用于航空和航天遥感数据地表发射率反演产品的真实性检验。2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，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。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3术语和定义GB/T36296—2018和GB/T39468—2020界定的以及下列术语和定义适用于本文件。[光谱]发射率[spectral]emissivity[光谱]比辐射率热辐射体的自身[光谱]辐[射]亮度与同温度同波长下的黑体的光谱辐[射]亮度之比，又称[光谱]比辐射率。 (1)E(λ,T)———光谱发射率；通道发射率channelemissivity通道比辐射率在传感器通道响应范围内，光谱发射率与通道光谱响应函数乘积的加权平均。………2GB/T41538—2022 RSR(λ)——传感器通道的光谱响应函数。4基本要求地表发射率遥感产品真实性检验应符合GB/T36296—2018中第7章的规定，并符合以下基本e)当待检验对象中异常值较大(与平均值的偏差大于3倍标准差)或较多(大于样本数的1/3)3GB/T41538—2022f)测量仪器的波长响应范围应大于待检验地表发射率产品对应的波长范围，仪器的光谱分辨率不低于8cm-¹;各检验方法的可靠性。5检验方法出待检验地表发射率遥感产品的准确度和不确定度统计指标；给出待检验地表发射率遥感产品的准确度和不确定度统计指标。直接检验法的实施条件和要求如下：a)验证场地的地形起伏度低于0.3m;b)验证场地应具有大于3×3个载荷像元对应的地面面积，验证场地的地表类型均质或者地表类型简单且分布已知的非均质地表；e)地面观测时刻应与卫星过境时刻同步或准同步，地面仪器的观测天顶角与待检验地表发射率空间异质性分析和空间抽样方法如下：a)空间异质性分析，应分析高空间分辨率地表发射率遥感产品或者其他辅助参量的空间分布特验证场地的异质性；b)对于均质地表，应按GB/T39468—2020中4.3.1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；c)对于非均质地表，应按照GB/T39468—2020中4.3.1的规定，将验证场地细分为若干相对均质的子区域(端元),并使用分层抽样方法对每个端元开展地面数据采集。地表发射率相对真值的获取方法如下。a)均质地表发射率相对真值的获取：按照5.2.2b)的规定，在采样点上使用红外光谱仪进行测量。设备采集的数据代表了观测视场角内的离地辐射亮度，需结合配套的辅助数据获取所需4GB/T41538—2022数据采集，并结合均质地表发射率获取方法获得像元尺度非均质地表发射率，获取方法见附录B。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：a)验证场地选择：按照5.2.1b)地表空间异质性分析：按照5.2.2的规定分析地表发射率采集仪器所在遥感像元的地表空间c)地表发射率相对真值的获取：结合地表空间异质性分析结果，按照5.2.3的规定，分别获取均质地表和非均质地表的地表发射率相对真值；e)准确度评价：按GB/T36296—2018中6.1规定的准确度评价指标定量表达待检地表发射率遥f)不确定度分析：分析不确定度误差来源，分析方法见附录C,并按照GB/T36296—2018中6.2规定的不确定度评价指标定量表达地表发射率遥感产品的空间尺度不确定度，不确定度评价指标至少应包括标准差。地表空间致性匹配是否图1地表发射率直接检验流程图交叉检验法的实施条件和要求如下：c)同一地理位置筛选出的交叉验证的匹配点对应的观测天顶角应小于45°,待检验和参考地表发射率遥感产品分别对应的观测天顶角的差应小于10°,光谱范围一致，观测时间差应小于5GB/T41538—2022d)当参考对象和待检验地表发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。b)空间聚合判断：根据待检验和参考的地表发射率遥感产品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。如果两者空间分辨率不一致或者待检验产品的系统几何定位精度低e)不确定度分析：分析不确定度误差来源，分析方法见附录C,并按照GB/T36296—2018中6.2待检验地表发射率遥感产品待检验地表发射率遥感产品参考地衣发射率遥感产品数据提取否空问聚合判断是否匹配点筛选是准确度评价不确定度分析空问聚合处理图2地表发射率交叉检验法流程图6检验报告检验报告封面应包括但不限于以下信息：a)检验报告编号；b)检验报告名称；d)检验核对人；6GB/T41538—2022e)检验签发人；h)检验时间。6.2正文信息c)产品的主要算法以及算法的优缺点。6.2.2参考对象描述b)验证数据集的处理与质量控制；c)验证数据集的适用性。a)检验方法概述；b)检验流程；c)检验中的注意事项；d)检验结果的评价指标；e)检验过程的记录要求；f)检验结果的存档。b)对分项指标评价与误差原因分析：描述所检验地表发射率产品在不同区域和不同时间的准确对地表发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。6.3检验报告信息简表待检验地表发射率遥感产品的检验报告信息简表的编制见GB/T见附录D。GB/T41538—202236296—2018中的附录D,样例8GB/T41538—2022(资料性)均质地表发射率相对真值获取方法本附录给出了基于红外光谱仪的均质地表发射率获取方法。对于均质地表，可采用红外光谱仪先获取地表光谱发射率，再结合传感器的通道响应函数，获得通道发射率。红外光谱仪主要通过探测某一特定方向的离开物体表面的红外辐射，并结合大气下行辐射和金板的温度来实现目标物发射率的获取。红外光谱仪的观测波长范围为2μm～16μm,视场角为10mm～100mm不等。基于红外光谱仪的地表光谱发射率估算见公式(A.1)。………(A.1)式中：Eλ———获取的点源尺度地表光Rx——红外光谱仪测量的光谱辐射亮度，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·sr·μm)];Bx(T₈)——在波长λ、温度T。处的普朗克函………(A.2)Rgold——红外光谱仪测量的金板的光谱辐射亮度，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·erold——金板的光谱发射率；Teold——点温计测量的金板的温度，单位为开尔文(K)。由于目标物的地表光谱发射率ea与地表温度T。在普朗克函数中是耦合在一起的，故在利用公式(A.2)获取了大气和周围环境辐射的大气下行辐射亮度后，代入公式(A.1)计算光谱发射率时，还需要结合地表发射率和温度分离算法(如光谱平滑度法或分段线性阈值法),对地表光谱发射率和地表温度解耦以获取地表光谱发射率值。9GB/T41538—2022(资料性)非均质地表发射率相对真值获取方法本附录给出了使用面积加权平均方法获取非均质地表发射率的方法。对于非均质地表，应根据地表类型差异以及空间分布状况，结合高空间分辨率的遥感产品(如叶面积指数、植被覆盖度和地面反射率等)或者热像仪等设备获取的高空间分辨率的地表亮温数据，将验证场地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地表发射率的相对真值，通过面积加权方式获取像元尺度的地表光谱发射率相对真值见公式(B.1),即：式中：……(B.1)〈ex>——在波长λ处像元尺度等效的地表光谱发射率；ak——组分k归一化后的相对面积，所有a,的总和为1;Ex,k——第k个端元在波长λ处的地表光谱发射率；Ba(Tk)——在波长λ、温度Tk处的普朗克函数，单位为瓦每平方米球面度微米[W/(m²·sr·μm)];T,——第k个端元的地表温度，单位为开尔文(K)。GB/T41538—2022(资料性)a)测量仪器定标误差：测量前使用黑体对红外光谱仪进行定标时存在的误差。性分析进行评估。e)空间位置匹配不确定度：待检验对象与参考对象的空间位置匹配误差的大小随着几何校正精确程度的不同而不同。f)角度因素不确定度：地面测量时仪器的观测角度与卫星过境时传感器的观测角度存在差异所导致的不确定度。g)直接检验时点尺度到面尺度转换误差：将地面测量的点尺度数据转换到载荷像元的面尺度数据时存在的模型转换误差。h)观测几何不一致：对于非朗伯地表，不同传感器的太阳/观测几何差异引起像元视场变化所带i)观测时间不一致：地面观测采样时间与卫星过境时间存在的差异给检验结果带来不确定性。j)光谱匹配不确定度：地面测量仪器的光谱范围与卫星传感器的光谱响应范围进行光谱匹配时所带来的不确定度。k)地表发射率和温度分离算法本身的不确定度会给检验结果带来误差。1)天空下行热辐射或环境下行热辐射的估算误差会给检验结果带来误差。GB/T41538—2022(资料性)地发射率遥感产品真实性检验报告信息简表样例表D.1给出了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。表D.1地表发射率遥感产品检验报告信息简表样例待检地表发射率遥感产品特征描述产品名称Emiss发射率产品产品类型●数值型O类别型数据来源(传感器)FY-3CVIRR地理参考(椭球、投影方式)WGS84坐标系，正弦(sinusoidal)投影空间分辨率获取时间2018年7月11日空间范围经度(°'")100°01'01"E100°50'21"E纬度(°'")38°56'11"N39°32'05"N合成周期瞬时标识时间2018年7月11日产品生产算法基于NDVI阈值法计算参考对象特征描述类型☑测量数据□已检地表发射率产品□其他地表发射率产品对象精度均方根误差小于0.02植被特征玉米，垄行结构明显，拔节期，高度1m空间特征甘肃黑河中游流域，地势平坦，主要地类是农田。样本均匀散布在验证场范围内时间特征2018年7月11日数据来源傅里叶变换红外波谱仪(102F)地面测量检验