《基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验-第7部分：像元尺度相对真值获取》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7部分：像元尺度相对真值获取》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7部分：像元尺度相对真值获取》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：收集像元尺度真值获取和不确定度分析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，梳理确定像元尺度相对真值获取的相关术语、基本要求、基本操作流程及步骤，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7部分：像元尺度相对真值获取》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7部分：像元尺度相对真值获取》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7部分：像元尺度相对真值获取》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7部分：像元尺度相对真值获取》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、刘见礼负责像元尺度相对真值方法应用的调研等工作。二、国家标准编制原则和确定国家标准主要内容（一）标准编制原则目前，国内外研究学者及相关机构越来越重视针对真实性检验中像元尺度相对真值的获取及涉及蕴含的不确定性，形成了关于尺度扩展以及针对测量、模型及尺度效应共3个方面的不确定性分析和量化的一系列理论和方法。在调研的基础上，起草组参考学习了《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》以及一系列论文、专著等涉及到像元尺度真值获取的相关研究成果，最终编撰了本文件，用于规范基于无人机的高分卫星遥感共性产品中高分像元尺度相对真值的获取过程。本标准与相关法规、标准等协调一致。根据无人机遥感产品作为参考对象的特殊性，本标准在技术要求、方法规范等方面更加完善，使得标准易于实施和应用，同时对标准的结构、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中像元尺度相对真值获取的基本操作流程和尺度一致性检验内容，给出了对应的尺度转换和不确定度评价的方法。本标准适用于高分卫星遥感共性产品真实性检验中，根据低空无人机标准化遥感产品获取与待检验的高分卫星遥感共性产品尺度相一致的像元尺度相对真值的过程。（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6个术语，其中2个术语修改后引用，包含：尺度转换及不确定度，引用自《GB/T36296—2018遥感产品真实性检验导则》；4个术语直接给出，包括：3.1 像元尺度相对真值pixel-scalerelative

truth由无人机观测的标准化遥感产品经尺度转换后获取的与待检验的高分卫星遥感共性产品尺度一致的数据应用产品，可作为相对真值来验证高分卫星遥感共性产品精度的参考对象。3.2 尺度效应scaleeffect对同一区域的地物，采用相同遥感反演模型，仅仅由于尺度的不同,其反演出的结果不一致的现象。注：尺度效应包括空间尺度效应、时间尺度效应、角度尺度效应、光谱尺度效应。3.5 标准不确定度standarduncertainty以标准差表示的测量不确定度。3.6合成标准不确定度combinedstandarduncertainty由在一个测量模型中各输入量的标准测量不确定度获得的输出量的标准测量不确定度。（2）基本要求本标准规定高分卫星像元尺度相对真值的获取应满足以下基本要求：a) 高分卫星遥感共性产品、低空无人机标准化遥感产品应记录好详细的观测空间、时间、角度和光谱的信息；b) 像元尺度相对真值的不确定度应进行有效评价；c) 不确定度评价应包含不确定度各分量的标准不确定度评定；d) 若低空无人机标准化遥感产品不满足精度要求，应依据不确定度评价结果规范技术流程，减少像元尺度真值获取的不确定度。。（3）基本操作流程本标准规范了像元尺度相对真值获取的主要流程（图1）：a）根据遥感共性产品的时-空-谱-角特性，开展低空无人机标准化遥感产品与高分卫星遥感共性产品尺度一致性检验；b）在对低空无人机标准化遥感产品尺度一致性检验的基础上有选择的进行尺度转换，尺度不一致时对低空无人机标准化遥感产品进行尺度转换获取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。尺度转换宜依据共性产品的特性，从时-空-谱-角4个方面开展；c）像元尺度真值的不确定度分析，应分析不确定度来源，估算各分量不确定度，获得合成标准不确定度。像元尺度相对真值获取操作流程（4）相对真值获取步骤基于规定的像元尺度相对真值获取操作流程，本标准细化其具体步骤如下：1）尺度一致性检验。像元尺度相对真值由低空无人机标准化遥感产品通过尺度转换获取。应根据遥感产品的空间特性、时间变化速率、光谱变异性以及角度依赖性开展无人机标准化遥感产品和高分卫星遥感共性产品之间的尺度一致性检验：a)空间尺度一致性检验：若待检验高分卫星遥感共性产品与低空无人机标准化遥感产品的像元之间存在空间错位或者投影坐标体系不一致以及空间分辨率大小存在差异等现象，应采用空间尺度转换的方法，将两者配准到同一空间尺度；b)时间尺度一致性检验：若待检验高分卫星遥感共性产品的获取时间和低空无人机标准化遥感产品的观测时间存在差异，应依据遥感产品的时间变率判断是否需要进行时间尺度转换；c)光谱尺度一致性检验：若待检验高分卫星遥感共性产品的光谱和低空无人机标准化遥感产品的光谱不一致，应根据两者的光谱变异性特点进行光谱尺度转换；d)角度尺度一致性检验：对具有角度依赖性的遥感产品，若待检验高分卫星遥感共性产品的观测角度和低空无人机观测标准化产品的观测角度不一致，应根据遥感产品的角度变化规律进行角度尺度转换。2)尺度转换。尺度不一致时，应结合遥感产品的特性及精度需求选择适宜的尺度转换方法，从时-空-谱-角四个方面对无人机标准化遥感产品开展尺度转换：a)空间尺度转换方法：依据遥感产品类型选择适宜的空间尺度转换方法。对于数值型产品，宜选择面积加权法或能量加权法；对于类别型产品，宜遵循众数聚合规则进行尺度转换；b)时间尺度转换方法：针对时间变率较大的遥感产品，宜根据遥感产品的时间序列特点进行时间尺度转换。例如，无云情况下的地表温度宜使用日变化曲线法进行时间转换，有云情况宜进行时间插值；c)光谱尺度转换方法：若待检验高分卫星遥感共性产品与无人机标准化遥感产品光谱通道范围相同，可采用光谱匹配或光谱归一化等方法进行光谱一致性转换；若两者光谱通道范围不同，可通过多个窄通道数据以线性组合的方式来对宽通道数据进行模拟；d)角度一致性转换：针对具有角度依赖性的遥感产品，宜采用二向性反射函数进行角度尺度转换。3)不确定度评价。首先分析不确定度来源，包括：a)数据测量不确定度：遥感观测不确定度主要由传感器特性和大气效应引起。传感器特性引起的不确定度主要包含观测辐亮度变化、传感器定标误差、传感器辐射分辨率、传感器漂移和光信号数字化等因素；大气效应引起的不确定度包括大气衰减和大气程辐射等因素；b)遥感反演模型不确定度：由生成遥感产品的反演模型带来的不确定度；c)尺度转换不确定度：不同尺度转换方法引起的遥感产品的不确定度。在不确定度分析过程中，应根据仪器设备条件、测量天气、验证场异质性水平以及遥感产品模型类型来确定不确定度来源及其权重。其次评定各分量标准不确定度，测量不确定度由仪器标定估算；遥感反演模型的不确定度基于遥感产品反演模型的假定条件、适用范围与真实场景间的差异来进行估算；尺度转换不确定度应结合具体的尺度转换方法，根据各种数学方法的变形和推导来计算。例如，遥感产品的空间尺度转换的不确定度可用泰勒级数展开来估算。各分量不确定度由不确定度评价指标定量表达，包括但不限于标准差、方差、协方差。基于误差传递理论及全微分方程，将各分量的不确定度进行合成获得合成标准不确定度。合成标准不确定度计算的方法宜根据输入量之间是否具有相关性来选择。本标准于附录给出了尺度转换及不确定度计算的参考方法。三、主要试验（或验证）情况分析本标准在编制过程中充分考虑了高分卫星像元尺度相对真值获取过程中的技术可行性和用户需求，在充分调研现有尺度转换及不确定度分析方法的基础上，针对高分卫星像元尺度相对真值获取的基本要求、操作流程、及具体步骤和方法进行了规范。起草组人员基于像元尺度相对真值获取标准，对2019年7月中国范围内的100-m空间分辨率的晴空地表温度进行尺度转换检验，结果表明，尺度转换前后温度差异最大值由0.6K降低至0.05K以内，表明了尺度转换模型的精度可靠性。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）指导实现低空无人机标准化遥感产品与高分卫星遥感共性产品间的时空谱角匹配，最大程度上减少尺度效应对真实性检验的影响；2）为高分卫星遥感共性产品真实性检验提供可靠的验证数据，丰富参考对象数据集；3）规范化基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验的尺度转换和不确定度分析的流程和方法，提供技术支撑。此外，考虑到当前已有很多科研机构、高校和公司从事像元尺度真值获取的研究于应用，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目前，国内外研究学者形成了关于尺度扩展以及针对测量、模型及尺度效应共3个方面的不确定性分析和量化的一系列理论和方法，但尚未形成统一的规范，不利于真实性检验结果的应用与交互。更是缺乏针对基于低空无人机的高分像元尺度相对真值获取参考。本标准未采用国际标准，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》约束了本文件中涉及的部分术语。《GB/T39468—2020陆地定量遥感产品真实性检验通用方法》和《JJF1059.1—2012测量不确定度评定与表示》中的相关规范在本文件中有所继承。八、重大分岐意见的处理经过和依据无。九、标准性质的建议说明作为支撑高分卫星遥感像元尺度相对真值获取方法的基础性标准，建议作为推荐性团体标准。十、贯彻标准的要求和措施建议1.首先应在实施前保证标准文本的充足供应，使涉及相关应用的科研机构、高校和公司能及时获得本标准文本，保证新标准贯彻实施的基础。2.可以针对标准使用的不同对象，有侧重点地进行标准的宣传和培训，推动标准的应用，以保证标准的贯彻实施。3.建议本标准通过审定后尽快发布。十一、废止现行相关标准的建议无。十二、其他应予说明的事项无。附件1：标准工作组讨论稿意见汇总表标准项目名称：基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验第7部分：像元尺度相对真值获取标准项目负责起草单位：中国科学院地理科学与资源研究所承办人：吴骅电话/p>