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

T/CARSAXXXXX—202XICS37.040V00/09团体标准T/CARSAFORMTEXTXXXXX—FORMTEXT202XFORMTEXT     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Validationofhigh-resolutionsatelliteremotesensingcommonproductsusinglow-altitudeunmannedaerialvehicleobservations—Part1:Generalprinciples（征求意见稿）（本稿完成时间：2021年6月12日）FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX发布FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX实施中国遥感应用协会发布目  次前  言  范围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。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是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。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。3.4 真实性检验validation通过独立方法评价待检遥感产品与客观实际的吻合程度并分析其不确定性的过程。[来源：GB/T36296—2018，3.2]3.5 真值truevalue在一定条件下，遥感产品理论上客观存在且无任何误差的实际值。注：该值为理想值，通常无法确切获得，只有在所有引起误差的原因可消除时才可准确得到。[来源：GB/T36296—2018，3.3]3.6 准确度accuracy测试结果或测量结果与真值间的一致程度。[来源：GB/T3358.2—2009，3.3.1]3.7 不确定度uncertainty与测量结果相关联的一个参数，表征了被测量值的分散性，定量说明了测量结果的质量，用以指示测量结果的可信性、有效性的怀疑程度或不确定程度。注：测量不确定度也可用标准〔偏〕差的倍数或说明了置信水准的区间来表示。[来源：GB/T36296—2018，3.10]4 检验对象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。5 参考对象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。6 真实性检验流程基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验主要将依托选定的真实性验证场地，借助低空无人机观测数据获得的标准化遥感产品，对待检验高分卫星遥感共性产品进行精度验证，其主要操作流程包括但不限于：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7真实性检验基本要求7.1验证场选择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。具体要求如下：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；宜选择地势平坦的区域；验证场地表覆盖类型应具有区域代表性，且空间异质性小；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。7.2无人机标准化遥感产品获取低空无人机标准化遥感产品获取过程包括：低空无人机装备配置、低空无人机组网同步观测、低空无人机遥感数据获取、低空无人机标准化遥感产品生产以及低空无人机标准化遥感产品的质量控制，具体要求如下：a）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；c）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；d）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；e）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；f）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；g）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；h）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。7.3高分卫星遥感产品精度验证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：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、不确定度分析、精度评价以及真实性检验报告生成，具体要求如下：a）低空无人机标准化遥感产品的精度应优于待检验高分卫星遥感共性产品精度；b）低空无人机标准化遥感产品的时-空-谱-角特性均应优于或相当于待检验高分卫星遥感共性产品的对应特性；c）当低空无人机标准化遥感产品与待检验高分卫星遥感共性产品的时-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；d）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；e）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。8真实性检验方法8.1真实性检验流程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，具体流程见图2。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8.2 无人机标准化遥感产品数据提取根据传感器是否能够成像，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。 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；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。8.3 尺度一致性判断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开展尺度一致性检验，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。8.4 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。8.5 精度评价利用尺度相一致的低空无人机标准化遥感产品来评价和分析高分卫星遥感共性产品的准确度与不确定度。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；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。9 真实性检验报告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但不限于以下基本内容：检验时间、检验单位和检验负责人；待检验对象的时空谱角特性和产品生产算法；参考对象的时空谱角特性、产品生产算法以及对象精度；时空谱角一致性描述以及尺度转换方法；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，具体参见附录B的样例，但不限于样例提供的格式和内容。

（资料性附录）

待检验高分卫星遥感共性产品目录待检验高分卫星遥感共性产品目录如下：序号产品类别共性产品1几何产品数字正射影像（DOM）、数字表面模型（DSM）2辐射基础产品地表反射率、归一化离水辐射率、雷达后向散射系数、地表发射率、云掩膜、气溶胶光学厚度、大气水汽含量3土地覆盖/土地利用产品土地覆盖、土地利用4能量平衡参量产品地表反照率、地表温度、海表温度、土壤热通量、光合有效辐射、下行短波辐射、下行长波辐射、地表净辐射5植被参量产品植被指数、叶面积指数、植被覆盖度、光合有效辐射吸收比例、植被净初级生产力、植被物候、植被叶绿素含量、叶绿素荧光、森林地上生物量、森林树高6水分参量产品土壤水分、蒸散发、干旱指数、水体面积、冰川覆盖、积雪覆盖、雪被指数、水体悬浮物浓度、水体叶绿素浓度、水体透明度7大气参数产品对流层NO2柱浓度、近地面NO2浓度、对流层和近地面SO2浓度、对流层O3浓度、CO2柱浓度、CH4柱浓度注：由于无人机装备的限制，现阶段基于低空无人机的部分高分卫星遥感共性产品的真实性检验的成熟度存在差异，部分高分卫星遥感共性产品的真实检验应谨慎对待。（资料性附录）

真实验报告样例真实性检验报告样例如下：待检验高分卫星遥感产品特征描述产品名称产品类型○数值型○类别型数据来源(传感器)地理参考(椭球、投影方式)空间分辨率获取时间(YYYY-MM-DD,HH-MM-SS)空间范围经度(°′″)纬度(°′″)光谱分辨率光谱范围观测几何（太阳天顶角、观测天顶角、相对方位角）产品生产算法参考低空无人机观测标准产品特征描述对象精度空间特征时间特征光谱特征角