《基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验-第8部分：相对真值质量控制》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8部分：相对真值质量控制》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8部分：相对真值质量控制》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：收集遥感产品质量控制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相对真值质量控制的原则、流程、一般要求、检验方法及质量标识，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8部分：相对真值质量控制》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8部分：相对真值质量控制》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8部分：相对真值质量控制》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8部分：相对真值质量控制》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质量控制参数的确定；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、刘见礼负责产品质量控制结果应用情况的调研等工作。二、国家标准编制原则和确定国家标准主要内容（一）标准编制原则作为参考对象的低空无人机标准化遥感产品的生产周期包含数据获取、产品生产以及产品递交三环节。针对无人机数据采集及数据预处理，已形成了一系列标准，旨在规范数据采集过程和保证观测数据质量和几何精度。除此之外，算法选择和产品生产过程也会对无人机共性产品的精度造成很大影响，而现有标准缺乏对整个产品生产周期的完整规范。本标准在调研已有针对数据采集、预处理的相关标准和共性产品生产及递交等研究相关的论文、专著的基础上，最终编撰了本文件。用于规范低空无人机标准化遥感产品获取的各个环节，完善技术要求、方法流程等方面，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低空无人机标准化遥感产品的质量控制对象、原则、流程、一般要求和质量检验方法。本标准适用于高分卫星遥感共性产品真实性检验过程中，低空无人机标准化遥感产品的质量控制。（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3个术语，其中术语“元数据”属于直接引用，引用自《GB/T19710-2005地理信息元数据》；2个术语直接给出，包括：3.2质量控制Qualitycontrol针对无人机数据采集、产品生产、递交与应用，采用一定方法、模型和参数，判断数据质量可靠性，并进行质量标识的处理过程，以确保产品质量满足高分卫星遥感共性产品真实性检验的要求。3.3质量检验Qualityevaluation基于地面实测数据，对无人机标准化遥感产品进行精度评价及不确定度分析的过程。（2）质量控制对象本标准规定质量控制对象为高分卫星遥感共性产品真实性检验的参考对象，即低空无人机标准化遥感产品。（3）质量控制原则本标准参考现有遥感产品质量控制要求，结合无人机遥感产品获取的特殊性，给出了低空无人机标准化遥感产品质量控制应遵循的原则，包括：a) 应合理安排专业人员，降低低空无人机标准化遥感产品生产过程中人为因素导致的误差。b) 应对低空无人机标准化遥感产品生产涉及的各个环节进行质量控制，包括但不限于：装备配置、辅助数据、生产算法及生产流程；c) 质量控制后的数据应进行质量检验，对于误差导致的异常值应进行修正、剔除或做出“数据可疑”的标识。其中，误差包含仪器失灵、外界干扰或观测人员失误造成的错误记录；d) 宜存在人工质量审核，通过人工的辨别，确定低空无人机标准化遥感产品的准确性。人工审核过程中对质量控制发现的问题应及时与低空无人机遥感数据采集人员、数据预处理人员以及遥感产品生产人员沟通、核实，修正错误。e) 应对低空无人机标准化遥感产品进行质量标识，对正确、可疑及缺失数据分别进行质量标识，宜根据制定的唯一质量控制码进行标识。。（4）质量控制流程低空无人机标准化遥感产品的质量控制应伴随在遥感产品生产的整个周期，包括无人机遥感数据采集、产品生产到产品递交三个环节，本标准规范了以上环节过程，见图1。低空无人机标准化遥感产品的质量控制流程图（5）质量控制一般要求依照规定的质量控制流程，本标准细化了针对每个环节的一般要求：数据采集环节包括低空无人机装备配置、遥感数据获取和组网观测，其质量控制要求包括：a)低空无人机的装备配置应按照数据需求依次配置传感器、云台以及无人机，以保证云台适配传感器，且无人机性能满足待检验高分卫星遥感共性产品时空谱角特性的要求；b)低空无人机遥感数据获取过程应针对无人机及搭载的传感器进行检查，确保无人机飞行条件、航线规划符合飞行规范，数据采集工作的顺利。当无人机获取的原始影像数据经检查不符合质量要求，应进行无人机重飞或者补飞，以重新获取或补全数据；c) 低空无人机的组网观测应基于数据需求，结合已有多类型、多台无人机和传感器制定飞行及观测计划，保证数据有效地观测，同时记录任务执行情况。产品生产环节的质量控制要求包括：a)低空无人机遥感数据预处理后的影像质量应满足后续无人机标准化定量遥感产品生产的要求。当无人机影像数据预处理结果不满足质量要求时，需根据需求进行重新处理；b)应对遥感产品的反演模型算法中的辅助输入数据进行质量控制及质量标识；c)算法的选择应基于算法的假定条件、适用范围等因素来确定，优先选择已检验算法，减少由算法不确定性带来的产品误差，同时对所选算法及其不确定度进行标识；除首选反演算法以外，遥感反演模型还应存在备用算法。d) 应基于地面实测数据或者已验证的参考产品，对无人机标准化遥感产品进行精度检验。若遥感产品不符合质量要求则应检查产品输入数据、生产算法的完备性和准确性，重新进行产品生产，直至产品质量满足行业应用的需要。产品递交环节中，应同时递交遥感产品及其质量标识。产品生产者应根据用户反馈来及时更新质量标识并不断完善产品生产过程，提升无人机标准化遥感产品质量。（6）质量检验方法本标准将质量检验分为3方面的内容：基础性检验、数值合理性检验以及产品精度检验，并给出了对应的质量检验方法。基础属性检验包括：a)检验低空无人机标准化遥感产品的文件格式及文件命名是否符合要求；b)产品完备性，是否出现缺失；c)产品空间覆盖范围是否在合理取值范围内，以及低空无人机标准化遥感产品的空间覆盖范围与待检验高分卫星遥感共性产品的空间覆盖范围的一致性；d)低空无人机标准化遥感产品的采集时间是否位于合理范围内，以及与待检验高分卫星遥感共性产品采集时间的一致性。数值合理性的检验应包括：a)根据遥感产品自身的特点，确定遥感产品值的正常取值变化范围。在指定地域或者时域范围内，超出遥感产品主要变化范围的数据为可疑资料，应做进一步的检查，以判断遥感产品正确与否；b)一致性检验。根据无人机标准化遥感产品的变化规律和相互关系进行质量检验，即通过同一遥感产品内的时空变化规律以及不同遥感产品间的协同变化关系检验数据的异常。如：同一时间观测的遥感产品间的关系应符合一定物理联系；c)连续性检验。包括遥感产品时间和空间连续性检验两部分，如：梯度检验。针对在一定时间或空间范围内具有连续性的遥感产品，时间接近或者位置邻近的产品值应该在一定范围内，否则认为数据异常；尖峰检验。遥感产品在某空间或时间范围内变化是有限的，若出现较大的突变，这一突变值与周围产品值明显不同，则判定其为异常值；恒定检验（粘滞检验、卡值检验）。在无人机传感器灵敏度和精度足够的情况下，针对在一定时间或空间范围内不会恒定不变的遥感产品，若产品值恒定不变则可能存在异常。无人机标准化遥感产品的精度宜利用地面实测数据进行检验（如图2所示），具体步骤包括：a)地面同步测量：根据遥感产品的时间变率特性，开展地面同步或准同步观测，并基于地面已检验模型反演获取遥感产品参考值，获取地面测量值；b)待检无人机遥感产品特性提取：针对待精度验证的无人机遥感产品，获取待检验产品的时-空-谱-角特征；c)尺度转换：结合遥感产品的特性，选择适宜的尺度转换方法，将地面实测数据与待检无人机遥感产品进行时间、空间、光谱、角度匹配，获取无人机像元或点尺度相对真值；d)精度检验：考虑不同时空分辨率、不同区域、不同高程、不同传感器观测天顶角以及晴天/阴天等天气条件的影响，采取适宜质量评价指标评价产品精度，评价指标包括但不限于：平均误差、平均绝对误差、相对误差、平均相对误差、平均绝对相对误差、均方根误差、均方根误差、相关系数、误差矩阵、总体精度及Kappa系数等。待检无人机遥感产品待检无人机遥感产品地面同步测量时-空-谱-角特征提取尺度转换精度检验反馈修正不同时间分辨率不同天气条件不同高程不同区域不同观测角遥感产品相对真值已检模型反演低空无人机标准化遥感产品的精度检验流程（7）质量标识质量控制应对低空无人机标准化遥感产品的总体质量情况和产品精度（或误差）进行标识。本标准规范了质量标识的形式，如多位比特二进制。质量情况的标识可采用但不限于以下形式：00：数据质量完全可靠，无缺值或误码；01：数据质量可疑，应参考产品精度标识；10：受云覆盖影响导致的数据缺失，本类别质量标识仅针对有云覆盖条件下无法获取遥感产品的情况；11：非云覆盖影响导致的数据缺失。产品精度（或误差）标识可根据遥感产品的精度指标划分质量等级，如地表温度可根据温度反演误差划分温度产品的质量等级，其唯一质量控制码及其含义如下：00：温度误差<=1K；01：温度误差<=2K；10：温度误差<=3K；11：温度误差>3K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低空无人机标准化遥感产品获取过程中的技术可行性和用户需求，在充分调研质量控制要求、方法及质量标识的基础上，针对低空无人机标准化遥感产品质量控制的术语、质量控制的基本要求、操作流程、及具体步骤和方法进行了规范。依据相对真值质量控制标准，典型沙地、水体等试验场地内遥感像元尺度（1km×1km）地表温度相对真值的不确定度小于0.75K，保证了真实性检验中参考对象的精度。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）对无人机标准化遥感产品的质量控制流程和质量检验方法进行标准化，提高无人机标准化遥感产品的精度；2）为真实性检验提供可靠的参考对象，提高真实性检验的可信度；3）方便用户对无人机标准化遥感产品的使用，推动无人机遥感产品的进一步应用。此外，考虑到当前已有很多科研机构、高校和公司从事无人机标准化遥感产品的生产和应用，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低空无人机遥感因其针对性强、操作简单、机动性好、成本较低及其时效性强等突出优点，已经成为获取遥感产品的一种重要的方式。为进一步提高无人机标准化遥感产品的质量，国内外学者针对无人机数据采集及数据预处理形成了一系列标准，但尚未涉及针对无人机遥感产品生产及交付的相关规范。因此，本标准针对无人机遥感产品生产的全链路进行规范，给出质量控制的要求、流程及其质量检验方法和质量标识。综上分析，本文件没有采用国际标准，本文件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：《GB/T19710-2005地理信息元数据》约束了本文件中涉及的部分术语。八、重