《基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验-第1部分：总则》编制说明

（征求意见稿）一、工作简况（一）任务来源2021年遥感应用协会标准化分会批准了《基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验第1部分：总则》团体标准制定项目（中遥发[2021]05号），由中国科学院地理科学与资源研究所牵头组织标准编制工作。（二）工作过程起草阶段：（1）2020年3月，在高分辨率对地观测系统重大专项（民用部分）支持下，2020年4月启动《基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验第1部分：总则》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）2020年4月—2020年5月，资料收集，主要包括：收集遥感产品真实性检验和无人机数据处理等相关的国内外标准与规范、相关的书籍与文献等资料。（3）2020年6月—2020年9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，草案编制调研，研究确定标准涵盖范围，梳理确定基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验的流程、基本要求、检验方法和检验报告，逐条编制《基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验第1部分：总则》的相关内容。（4）2020年10月，形成《基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验第1部分：总则》工作组讨论稿及建议书，并向遥感应用协会标准化分会（以下简称标准化分会）提出立项申请。标准化分会召开了标准预审会，经过认真审查和质询，形成了可立项的意见。（5）2020年11月，起草组根据标准预审会专家意见，多次反复修改完善《基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验第1部分：总则》工作组讨论稿及建议书，再次向标准化分会提出正式立项申请。（6）2020年12月，标准化分会召开了标准正式立项审查会，经标准化分会全体委员审议，给出了确认后建议立项的意见。（7）2021年1月，起草组进一步根据标准立项审查会专家意见，修改完善《基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验第1部分：总则》工作组讨论稿及建议书，提交至标准化分会秘书处，并再次发给标准化分会全体委员确认。（8）2021年2月，经标准化分会全体委员确认后，由标准化分会上报遥感应用协会申报立项。（9）2021年3月，遥感应用协会发布团体标准立项的公告。（10）2021年4月—2021年5月，起草组进一步开展资料调研和内部交流，反复征求专家意见，同时采取走访各有关高校、科研院所和有关使用单位及生产厂家的形式，征求了对本标准的意见和建议。在此基础上，起草组进行了标准草案的相应修改，完善了标准草案的内容，撰写了相应的编制说明，形成标准征求意见稿。（三）主要参加单位和工作组成员本标准由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、中国林业科学研究院资源信息研究所、中国科学院西北生态环境资源研究院、北京师范大学、中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心、生态环境部卫星环境应用中心、中国资源卫星应用中心、自然资源部国土卫星遥感应用中心、中国自然资源航空物探遥感中心、中国地震局地质研究所、国家卫星气象中心、电子科技大学、中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所、中国科学院大学、苏州中科天启遥感科技有限公司、天津中科无人机应用研究院共同起草。主要起草人有：吴骅、李静、李召良、周成虎、廖小罕、刘晓煌、钱永刚、段四波、陈鹏飞、马灵玲、阎广建、田昕、晋锐、杨海军、韩启金、唐洪钊、赵伟、周纪、陈虹、王东亮、叶虎平、姜小光、范熙伟、周芳成、刘见礼。其中，吴骅、李召良、周成虎、廖小罕负责方案制定及技术参数的确定；吴骅、李静负责资料收集、标准条款编写；刘晓煌、钱永刚、段四波、陈鹏飞、马灵玲、阎广建负责标准撰写的讨论和修改；田昕、晋锐、杨海军、韩启金、唐洪钊、赵伟、周纪、陈虹、王东亮、叶虎平、姜小光、范熙伟、周芳成、刘见礼负责产品生产、验证和使用情况的调研以及协助产品试验等工作。二、国家标准编制原则和确定国家标准主要内容（一）标准编制原则本标准是在《GB/T36296—2018遥感产品真实性检验导则》和《GB/T39468—2020陆地定量遥感产品真实性检验通用方法》基础上制定的。制定时，在原标准基础上结合现有产品和实际使用及技术验证的情况遵守以下原则：根据实际情况与国际标准或规范接轨，最大限度地促进我国高分卫星遥感共性产品真实性检验的技术提高与发展，将基于低空无人机的新验证技术与检验过程产生的产品纳入标准。与相关法规、标准等协调一致。根据检验实际和应用，使本标准在基本参数、技术要求等方面更加完善、全面，易于实施和应用。根据国情，结合我国标准的体系和有关规定等进行修订，提高标准的综合水平。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）标准主要内容本标准规定了基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验的流程、基本要求、检验方法和检验报告，给出了真实性检验的一般性规范和原则。本标准适用于基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品的真实性检验。高分卫星遥感共性产品以外的其它定量遥感产品的真实性检验过程也可以参照使用。（1）术语和定义为了便于使用，本标准查阅了国内外相关的学术论文和标准，保证标准中术语和定义简明精确，共列出了7个术语，其中4个术语属于直接引用，包含：真实性检验、真值、准确度以及不确定度，引用自《GB/T36296—2018遥感产品真实性检验导则》和《GB/T3358.2-2009统计学词汇及符号》；3个术语直接给出，包括：3.1高分卫星遥感共性产品high-resolutionsatelliteremotesensingcommonproducts 由高分辨率卫星遥感数据反演得到，满足多个行业应用的需求，且可进行真实性检验的数据应用产品。注1：根据产品值的物理意义，可分为数值型遥感产品和类别型遥感产品。注2：根据产品的类别，可分为几何产品、辐射基础产品、土地覆盖/土地利用产品、能量平衡参量产品、植被参量产品、水分参量产品、大气参数产品。具体共性产品列表见附录A。3.2低空无人机low-altitudeunmannedaerialvehicle一种飞行高度小于1000m，由动力驱动、机上无人驾驶，可重复使用的航空器，具有遥控、半自主、自主三种飞行控制方式。3.3低空无人机标准化遥感产品standardizedremotesensingproductsoflow-altitudeunmannedaerialvehicle由搭载在低空无人机上的成像或者非成像传感器，通过遥感方式获取并被特定算法生产出来以满足行业应用需要的数据应用产品，包括遥感模型反演得到的参量结果，以及再经更高级层次处理后满足行业应用需求的应用结果。（2）检验对象本标准限制真实性检验的检验对象为需要确定其准确度和不确定度的高分卫星遥感共性产品。注：包括但不限于几何产品、辐射基础产品、土地覆盖/土地利用产品、能量平衡参量产品、植被参量产品、水分参量产品、大气参数产品。（3）参考对象本标准规定真实性检验的参考对象为高分卫星遥感共性产品真实性检验接受的参考值，即低空无人机标准化遥感产品。（4）真实性检验流程及其基本要求本标准参考了《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的相关论文，同时考虑到基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验的特性，规范了真实性检验的流程和其基本要求：1）验证场选择；2）高分卫星遥感共性产品提取；3）无人机标准化遥感产品获取；4）高分卫星遥感产品精度验证。具体检验流程见图1。验证场选取验证场选取高分卫星遥感共性产品提取无人机标准化产品生产无人机遥感数据获取无人机组网同步观测无人机装备配置尺度转换是否尺度一致性判断同目标同尺度产品精度验证质量控制质量检验符合要求不符合要求真实性检验报告无人机标准化遥感产品获取高分卫星遥感产品精度验证基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验操作流程验证场地选择应依据高分卫星遥感共性产品的特性、已有基础条件和观测设施，选择具有代表性的下垫面，保证验证场的综合性、实用性、开放性以及不重复性。a)验证场大小应为待检验高分遥感共性产品最粗空间分辨率的3倍×3倍的区域，条件受限的区域可考虑2倍×2倍的区域；b)宜选择地势平坦的区域；c)验证场地表覆盖类型应具有区域代表性，且空间异质性小；d)验证场应避开军事禁区、机场航空管制区和其他危险区域，尽量避开道路、防护林、高压线等地物，同时保证交通和生活条件相对遍历。在获取低空无人机标准化遥感产品过程中，包括：a)低空无人机装备配置。应根据待检高分卫星遥感共性产品的时空谱角特性、飞行任务规划或特殊处置需求，在符合相关法律法规管理的规定下，遵循安全性、实用性以及经济性等原则对低空无人机装备进行配置，包括传感器、云台、无人机；b)低空无人机组网同步观测。在单一无人机无法满足同步获取遥感数据的条件下，应基于遥感产品的特性，协调不同类型的无人机平台与遥感载荷，通过低空无人机组网同步观测来满足多尺度、多类型、多任务的低空无人机遥感数据同步获取的要求；c)低空无人机遥感数据获取。应按照天气条件、实验场的地形情况、飞行时长等要求，提前制定无人机飞行方案和航摄计划，保证与待检验高分共性产品的观测条件相匹配，同时对航摄过程进行记录，并应详细记录无人机遥感数据的时-空-谱-角特性。航摄完成后应对航摄数据进行检查，保证航摄数据的质量；d)低空无人机标准化遥感产品生产。低空无人机遥感数据的空间分辨率和辐射分辨率应优于待检高分卫星遥感共性产品的对应特性；低空无人机遥感数据的观测角度与待检高分卫星遥感共性产品的观测角度宜在10度范围以内，对于角度依赖性较低的遥感共性产品，观测角度限制可适当放宽；低空无人机遥感数据的观测时间与待检高分卫星遥感共性产品的观测时间宜在30分钟以内，对于时间变率较低的遥感共性产品，观测时间限制可适当放宽；对于具有光谱依赖性的遥感共性产品，低空无人机遥感数据的观测波谱范围应与待检高分卫星遥感共性产品的观测波谱范围一致；e)低空无人机标准化遥感产品的质量控制。应对低空无人机获取的遥感数据进行预处理，完成无人机遥感数据的辐射校正和几何校正等工作。遥感数据预处理完成后应进行质量检查，以保证预处理后的数据质量；应基于已检验且已被公众认可的算法进行无人机标准化遥感产品的生产，保证遥感产品的精度；同时对低空无人机标准化遥感产品进行数据编目，对用于产品生产的输入数据集、生产算法以及对应的遥感产品进行命名、描述及存储；低空无人机标准化遥感产品的精度宜基于地面实测数据进行直接检验，检验流程应符合GB/T36296—2018中8.1和GB/T39468—2020中5.1的规定；宜根据不同遥感产品的特性规定低空无人机标准化遥感产品的精度，若精度不满足要求，则应基于质量检验结果重新进行数据获取或者产品生产；低空无人机标准化遥感产品生产过程应进行质量控制，以排除生产各环节引发的质量不合格问题对真实性检验可靠性的影响。基于同尺度低空无人机标准化遥感产品的高分卫星遥感产品精度验证包括：a)低空无人机标准化遥感产品与高分卫星遥感共性产品的尺度一致性转换；低空无人机标准化遥感产品的精度和时-空-谱-角特性应优于或相当于待检验高分卫星遥感共性产品精度和对应特性，当两者的时-空-谱-角等观测条件不相同时，应该进行尺度转换，获取像元尺度相对真值；b)不确定度分析。获取的与高分卫星遥感共性产品尺度相一致的像元尺度相对真值应包含不确定度分析；c)精度评价；d)真实性检验报告生成。当待检验高分卫星遥感共性产品真实性检验完成后，应出具相应的真实性检验报告。（5）真实性检验方法依照规定的真实性检验流程，本标准细化了精度验证过程（图2）并给出了真实性检验的方法。基于低空无人机标准化遥感产品的高分共性遥感产品的精度验证过程包含但不限于无人机标准化遥感产品数据提取、尺度一致性判断、尺度转换及产品一致性对比分析。低空无人机低空无人机标准化遥感产品待检高分卫星遥感共性产品质量标记样本筛选数据筛选空间异质性尺度转换不确定度分析产品一致性对比是否尺度一致性判断准确度评价成像传感器非成像传感器产品数据提取图2基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品精度验证流程无人机标准化遥感产品数据提取分为非成像传感器样本筛选和成像传感器数据筛选。a） 非成像传感器样本筛选。在产品覆盖范围内，根据选定区域的地表空间异质性情况，设计合适的抽样方案，选取不同下垫面或涵盖高、中、低值区域，且宜优先选择均质区域的中心地带作为基本抽样单元；同时，在基本抽样单元中，根据质量标识，筛选出质量高的无人机遥感产品，记录产品的坐标位置和观测时空谱角等信息；b)成像传感器数据筛选。在产品覆盖范围内，根据选定区域的地表空间异质性情况，根据质量标识，筛选出质量高的无人机遥感产品，记录产品的坐标位置和观测时空谱角等信息。尺度一致性检验应从共性产品的空间分辨率、几何特性、时间变化速率、光谱变异性以及角度依赖性几方面开展，判断低空无人机标准化遥感产品的时-空-谱-角特性是否与待检验高分卫星遥感共性产品一致，决定是否需要进行尺度转换。尺度转换应从时-空-谱-角四个特性开展，依据不同遥感产品的特性选择适宜的尺度转换方法，基于低空无人机标准化遥感产品获取像元尺度相对真值。精度评价包含准确度与不确定度。a)准确度表达待检对象与参考对象之间的一致程度，应采用统计特征值来进行定量分析。对于数值型遥感产品，可选用平均误差、相对误差、均方根误差、相关系数等评价指标；对于类别型遥感产品，可选用误差矩阵、总体分类精度、Kappa系数等指标。常用的准确度评价指标及计算方法参见GB/T36296—2018附录A；b)经尺度转换得到的高分卫星遥感共性产品真值存在不确定度，应从测量不确定度、算法不确定度以及尺度转换不确定三方面进行不确定度进行分析，宜采用统计特征进行定量评价。常用的不确定度分析评价指标包括：标准差、方差、协方差、标准不确定度和合成标准不确定度。不确定度分析评价指标只适用于数值型遥感产品。常用的不确定度评价指标及计算方法参见GB/T36296—2018附录B。真实性检验报告是对真实性检验过程的记录，可为高分卫星遥感共性产品的质量分析与控制提供依据，也是高分卫星遥感共性产品能够被正确使用的前提。真实性检验报告应包括：a)检验时间、检验单位和检验负责人；b)待检验对象的时空谱角特性和产品生产算法；c)参考对象的时空谱角特性、产品生产算法以及对象精度；d)时空谱角一致性描述以及尺度转换方法；e)准确度评价和不确定度分析结果。真实性检验报告可按表格的方式编制，本标准提供了相关样例。三、主要试验（或验证）情况分析本文件的起草是凝练卫星遥感产品真实性检验和低空无人机遥感监测的长期工作实验和最新研究成果，在编制过程中，充分考虑低空无人机标准化遥感产品生产过程中的技术可行性和用户需求，在充分调研现有卫星遥感产品真实性检验过程的基础上，针对基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验的流程、基本要求和方法进行了规范。四、标准中涉及专利的情况本标不及专利问题。五、预期达到的社会效益等情况本文件的预期作用包括：1）指导基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品的真实性检验，确保检验过程的一致性；2）方便用户对高分共性产品的使用，提供产品真实性检验报告；3）规范低空无人机标准化遥感产品的生产过程，丰富遥感产品真实性检验的基准数据源；4）提供遥感产品验证新思路，为我国高分卫星遥感共性产品提供真实性检验的技术支撑。此外，考虑到当前已有很多科研机构、高校和公司从事高分卫星遥感产品的应用，该标准将具有较大的产业化潜力。六、采用国际标准和国外先进标准的情况遥感产品真实性检验方面的研究在遥感技术发展的初期就受到国际上相关机构的密切关注和重视，目前已积累了几十年的相关经验。近几年，国际相关机构重视对遥感反演产品和应用产品进行真实性检验。但缺乏基于无人机数据的遥感产品检验规范，更是未见针对高分卫星遥感产品的真实性检验。本标准没有采用国际标准，本标准水平为国内先进水平。七、与现行相关法律、法规、规章及相关标准，特别是强制性标准的协调性本文件的编制参考了现有的国家标准的部分内容，与现行国家法律、法规和国家标准协调一致。主要参考的国家标准和相互间关系如下：《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》和《GB/T3358.2-2009统计学词汇及符号》约束了本文件中涉及的