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GBT 39468-2020 陆地定量遥感产品真实性检验通用方法.pdf

GB/T 39468—2020

Generalmethodsforthevalidationofterrestrialguantitativeremote sensingproducts

国家市场监督管理总局 发布 国家标准化管理委员会

JC／T 2200-2013标准下载GB/T 39468—2020

范 规范性引用文件 术语和定义 直接检验通用方法 4.1 直接检验步骤 4.2 空间异质性分析方法 4.3 空间抽样方法 4.4 尺度转换方法 间接检验通用方法 5.1 间接检验步骤 5.2 交叉检验法 5.3时空变化趋势分析检验法 基于地面观测与高分辨率遥感数据的多尺度逐级检验法 评价方法 6.1遥感产品与相对真值/参考对象一致性评价 6.2遥感产品真实性检验过程不确定性评价 附录A（资料性附录）地表空间异质性分析方法 附录B（资料性附录）空间抽样模型

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本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 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这些专利的责任。 本标准由中国科学院提出。 本标准由全国遥感技术标准化技术委员会（SAC/TC327)归口， 本标准起草单位：中国科学院地理科学与资源研究所、中国科学院青藏高原研究所、中国科学院空 天信息创新研究院、中国资源卫星应用中心。 本标准主要起草人：葛咏、胡茂桂、王江浩、李新、王劲峰、张仁华、吴骅、柳钦火、王新鸿、潘志强 刘照言

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量遥感产品真实性检验通用方法

本标准规定了陆地定量遥感产品真实性检验的直接检验通用方法、间接检验通用方法以及评价 方法 本标准适用于陆地定量遥感产品的真实性检验

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是标注日期的引用文件，仅注日期的版本适用 件。凡是未注明日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T36296一2018遥感产品真实性检验导则

GB/T36296一2018界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 估计量estimator 通过样本对总体属性的统计推断值。 [GB/Z33451—2016,定义3.1.18] 3.2 样本sample 由一个或多个抽样单元构成的总体的子集。 [GB/T3358.2—2009,定义1.2.17] 3.3 抽样sampling 抽取或组成样本的行动。 [GB/T3358.2—2009,定义1.3.1] 3.4 抽样单元samplingunit 将总体进行划分后的每一部分。 注1：抽样单元可以分级，总体由初级（抽样）单元组成，每个初级（抽样）单元由二级抽样单元组成，依此类推 注2：改写GB/T3358.2—2009，定义1.2.14。 3.5 简单随机抽样 simple random sampling 从总体中抽取n个抽样单元构成样本，使n个抽样单元所有的可能组合都有相等被抽到概率的 抽样。 54C 『GB/T3358.2—2009,定义1.3.4]

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b）样本选择：按4.3选择抽样方法，进行样本量确定和样本选取 数据测量：根据选取的样本，在像元尺度上选择相应的测量仪器对目标变量进行连续观测或选 取具有代表性的时间点进行观测。 d）尺度一致性判断与像元尺度相对真值确定：根据待检产品像元大小，判断测量数据空间尺度是 否满足需求。如果满足，可直接进行比较验证；否则，按4.4的要求选择尺度转换方法估计像 元尺度相对真值。 检验结果评价：比较像元尺度相对真值与待检产品值，从准确度和不确定度两个方面评价定量 遥感产品与相对真值之间的一致程度及其不确定性

4.2空间异质性分析方法

根据空间异质性，陆地表面可分为均质地表和非均质地表两类。推荐采用空间自相关性分析或空 间方差分析等方法计算地表变量在空间上的差异性，如空间自相关Moran'sI指数（参见附录A中A.1）、 半变异函数（参见A.2）、变差系数（参见A.3)或地理探测器9指数（参见A.4）等方法，结合待检验遥感 产品的尺度、地表特征以及专家知识确定地表空间异质性

4.3.1基于样点观测的抽样方法

对基于样点观测目标的抽样应根据地表情况选择抽样模型（参见附录B），具体要求如下 a）当观测目标的空间分布不具有空间自相关性且不具有空间分层异质性时，宜使用简单随机抽 样模型或系统抽样模型； b 当观测目标的空间分布不具有空间自相关性但具有空间分层异质性时，宜使用分层抽样模型； C） 当观测目标的空间分布具有空间自相关性但不具有空间分层异质性时，宜使用考虑空间自相 关性的空间抽样模型，如克里格模型； d）当观测目标的空间分布同时具有空间自相关性和空间分层异质性时，宜使用考虑空间自相关 性和分层异质性的抽样模型，如MSN模型； 当需要对观测目标进行多个尺度估计时，可使用两阶段抽样策略，即将a）～d)抽样模型得到 的抽样样本作为初级抽样单元，在各初级抽样单元内部进行二级抽样，得到次级抽样单元； 当观测目标的空间结构特征随时间发生较大变化时，可采用系统抽样模型布设样本点；在观测 数据收集完成之后，根据数据分析体现出来的是否具有空间自相关性和空间分层异质性选择 估算方法

4.3.2基于足迹观测的抽样方法

陆地定量遥感产品（如蒸散发产品等）的地面实测值可基于足迹观测表征的，应根据待检验产品的 空间异质性特点，结合足迹观测仪器（如涡动相关仪、大孔径观测仪、宇宙射线观测仪等）的特点，选择合 适的空间抽样方法（参见附录B），具体要求如下： a）当待检验像元为均质地表时，宜采用系统抽样模型进行样本布设； b）当待检验像元为非均质地表且随时间变化不大时，根据观测目标空间特征进行空间分区，宜采 用分层抽样模型进行样本布设； ） 当待检验像元为非均质地表且随时间变化时，应利用辅助信息，结合先验知识确定代表性强的 观测点位置

GB/T39468—20204.4尺度转换方法4.4.1样点观测值到像元尺度转换结合各样本点的实测数据和变量特性，选择尺度转换模型进行像元相对真值估计。不同地表类型尺度转换要求如下：a）均质地表待检验像元：结合先验知识，如果单个样点能够代表整个像元所覆盖的地表，则不需要尺度转换；否则，宜采用简单随机抽样统计推断模型进行样点观测值到像元尺度的转换；b）非均质地表待检验像元：当观测目标不具有空间自相关性但具有空间分层异质性时，宜采用分层抽样统计推断模型；当观测目标具有空间自相关性但不具有空间分层异质性时，宜采用克里格统计推断模型；当观测目标既具有空间自相关性又具有空间分层异质性时，宜采用MSN统计推断模型。4.4.2足迹观测值到像元尺度转换采用足迹观测的陆地定量遥感产品，应通过分析观测变量足迹的空间变异规律，选择相应的足迹观测值到像元尺度转换方法。在尺度转换过程中，应确保地面观测值的范围与遥感产品的尺度一致性、时间一致性。具体要求如下：a)当待检验场地为像元尺度时，可根据待检验像元内地表的均质情况分别选择不同的尺度转换方法：均质地表待检验像元：应通过足迹范围对所占地表面积进行面积加权得到像元尺度的相对真值。非均质地表待检验像元：应根据足迹观测值，结合辅助信息，将观测区域离散化分成合适尺寸的网格，然后根据统计模型获得像元尺度的相对真值。推荐先采用面到点克里格方法进行插值，再利用点到面克里格方法，将待估值区域内网格值转换到像元尺度b）当待检验场地为区域尺度时，可结合变量的物理意义和足迹观测值，使用物理模型进行区域尺度的真值估算。5间接检验通用方法5.1间接检验步骤当无法通过地面观测得到像元相对真值时，可基于间接检验方法，利用参考对象对陆地定量遥感产品进行真实性检验，检验流程见图2。待检验产品和参考对象方法选择交叉检验法时空变化趋势分析检验法基于地面观测与高分辨率通感数据的多尺度逐级检验法检验结果评价●准确度评价●不确定度评价图2i间接检验流程

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王要步骤如下： a）参考对象可获得性分析：根据待检验产品特点，确定具有遥感产品真实性检验可接受参考值的 数据或产品。 b 检验方法选择：根据待检验产品和参考对象的特点，选择合适的间接检验方法，包括交叉检验 法、时空变化趋势分析检验法和基于地面观测与高分辨率遥感数据的多尺度逐级检验法。 检验结果评价：比较像元尺度参考对象值与待检产品值，从准确度和不确定度两个方面评价遥 感产品与参考对象之间的一致程度及其不确定性

交义检验法适用于同时检验多种定量遥感产品且直接检验法无法实施的情况。该方法将已经过检 的定量遥感产品，或多种已检验遥感产品的均值作为相对真值，检验待检验的遥感产品。交叉检验法 重于评价遥感产品的相对准确度。检验流程应符合GB/T36296一2018中8.2.1的规定， 交叉检验中涉及的通用方法包括： a）交叉检验产品选择方法：宜选用与待检产品同类型的已检陆地定量遥感产品作为参考对象。 b）空间、时间、光谱与角度一致性转换方法：应保证待检产品与已检验产品的空间、时间、光谱和 角度一致可比，如存在差异，应采用以下方法进行一致性转换： 一空间一致性转换：若待检验产品与已检产品的空间分辨率的大小存在差异、像元之间空间 错配、或者投影坐标体系不一致，应采用遥感产品几何校正方法将待检验产品与已检产品 进行空间配准； 时间一致性转换：若待检验产品与已检产品的时间存在差异，宜根据待检验产品与已检产 品的时间序列特点进行时间一致性转换； 光谱一致性转换：若待检验产品与已检产品的成像光谱不一致，宜采用光谱匹配等方法进 行光谱一致性转换； 一角度一致性转换：若待检验产品与已检产品的成像角度不一致，宜采用二向性反射函数等 方法进行角度一致性转换 检验样本抽样方法：宜采用简单随机抽样方法（参见B.1)选择样本进行验证对比

5.3时空变化趋势分析检验法

的卫星遥感数据作为陆地定量遥感产品估算模型的输人，将模型输出结果与地面观测数据进行一致性 检验，然后通过尺度转换将模型输出结果转换为中低分辨率，再对中低分辨率遥感产品进行检验。检验 流程应符合GB/T36296一2018中8.1和8.2.1的规定。 基于地面观测与高分辨率遥感数据的多尺度逐级检验通用方法包括： a）基于陆地定量遥感产品估算模型生成高分辨率遥感产品：将通过检验的且和地面观测尺度相 同或相近、时间和空间一致的高分辨率遥感数据作为输入，采用已检的陆地定量遥感产品估算 模型，生成对应的高分辨率遥感产品； b）地面抽样方法：按照直接检验中的抽样方法获取地面观测数据； 一致性检验方法：结合地面观测数据检验基于高分辨率遥感数据生成的遥感产品估算结果，确 定模型误差并进行反馈与修正，仅当生成的高分辨率遥感产品精度满足既定阈值要求时，可用 于下一步验证；否则，重新准备高分辨率遥感数据并对生成的遥感产品进行检验； d 尺度转换与相对真值获取方法：按照4.4规定的尺度转换方法，将通过验证的高分辨率遥感产 品升尺度至与中低分辨率待检验遥感产品相同的空间尺度，得到待检验遥感产品的相对真值

6.1遥感产品与相对真值/参考对象一致性评价

产品与相对真值/参考对

采用准确度评价指标和不确定度评价指标分析评价待检验陆地定量遥感产品与相对真值/参考 间的一致程度及其不确定性，具体评价指标见GB/T36296一2018第6章，

DB61／T 478-2009标准下载6.2遥感产品真实性检验过程不确定性评价

在分析陆地定量遥感产品真实性检验的不确定性来源时，应考虑各方面因素，全面评估各项误差在 验过程中对结果不确定性的影响，确定真实性检验过程中减少与控制不确定性的途径，使陆地定量遥 产品真实性检验结果更可靠。 不确定性来源分析与评价的主要内容包括： 几何定位的不确定性：由于几何定位仪器的测量误差及影像空间配准误差，在基于考虑空间位 置的检验模型（如直接检验的克里格统计推断模型、MSN统计推断模型等）中，定量分析模型 输出结果对空间位置变化的敏感性，可用标准差、方差等指标进行度量。 b）地面观测的不确定性：主要包括由测量仪器的测量性能及测量方法引起的误差和定点观测空 间代表性误差，宜通过多次观测，评估该误差的范围 C 尺度转换的不确定性：使用统计推断模型进行尺度转换时，应考虑模型输出的估计值方差和估 计结果的置信区间

A.1空间自相关MoransI指数

间自相关Moran'sI指

一种度量空间对象自相关性的统计指标DBJ50／T-044-2019标准下载，计算公式见式（A.1）

附录A （资料性附录） 地表空间异质性分析方法