《《高分衛(wèi)星遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn) 像元 尺度相對真值不確定度規(guī)范》》

T/CARSAXXXXX—202X

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團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

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高分衛(wèi)星遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)像元尺度相

對真值不確定度

Validationofthehigh-resolutionsatelliteremote-sensingproducts—Theuncertainty

ofpixelscalerelativetruth

（征求意見稿）

（本稿完成時間：2023年10月08日）

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實(shí)施

中國遙感應(yīng)用協(xié)會發(fā)布

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高分衛(wèi)星遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)像元尺度相對真值不確定度

1范圍

本文件規(guī)定了高分衛(wèi)星遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)中像元尺度相對真值不確定度評價的基本要求和技術(shù)

流程，給出了撰寫報告的信息。

本文件適用于高分辨率遙感產(chǎn)品連續(xù)型遙感變量像元尺度相對真值的不確度評價，中低分辨率遙

感產(chǎn)品真實(shí)性中像元尺度相對真值不確定度評價也可參考使用，不適用于離散型遙感產(chǎn)品。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文

件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適

用于本文件。

GB/T39468—2020陸地定量遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)通用方法

GB/T27418—2017測量不確定度評定和表示

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

3.1

真實(shí)性檢驗(yàn)Validation

通過獨(dú)立方法評價待檢驗(yàn)遙感產(chǎn)品與客觀實(shí)際的吻合程度并分析其不確定性的過程。

[來源：GB/T36296-2018,3.2]

3.2

像元尺度真值Pixelscaletruth

地表參數(shù)在像元尺度上的真實(shí)內(nèi)涵和面貌，理論上客觀存在且無任何誤差的實(shí)際值。

3.3

相對真值Pixelscalerelativetruth

一個接近像元尺度真值的值，它與真值之差可以忽略不計。對于給定的目的，可用其來代替真

值。

[來源：GB/T36296-2018,3.4]

3.4

空間異質(zhì)性Spatialheterogeneity

變量在空間分布上的差異，一般可理解為空間分布上的不均勻性及復(fù)雜性。

[來源：GB/T36296-2018,3.8]

3.5

1

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偶然誤差Randomerror

地面測量不規(guī)范或者環(huán)境不穩(wěn)定等因素造成的具有相互抵償性的隨機(jī)誤差。

3.6

系統(tǒng)誤差Systematicerror

由儀器自身偏差和測量偏差引起的非隨機(jī)性誤差，具有一定的規(guī)律性和可累加性。

3.7

空間代表性誤差Spatialrepresentativenesserror

由于地面儀器的足跡跟待驗(yàn)證像元的空間響應(yīng)范圍之間尺度不匹配引起的誤差。

3.8

尺度轉(zhuǎn)換誤差Scaletransfererror

某一尺度上的數(shù)據(jù)或者信息擴(kuò)展到其他尺度上時，由于信息量不足或者轉(zhuǎn)換模型不完善引起的誤

差。

3.9

幾何匹配誤差Geometricmismatcherror

參考對象與待驗(yàn)證像元之間由于幾何位置沒有完全匹配引起的誤差。

3.10

誤差傳遞Errorpropagation

由于生成像元尺度相對真值的過程中不同要素引起的誤差以及它們相互影響和作用，使最終像元

尺度相對真值也含有誤差。

3.11

不確定度Uncertainty

利用可獲得的信息，表征賦予被測量量值分散性的非負(fù)參數(shù)。

[來源：GB/T27418—2017,3.1]

4基本要求

像元尺度相對真值不確定度評定應(yīng)符合以下要求：

a)引起像元尺度相對真值不確定度的因素要根據(jù)像元尺度相對真值的計算數(shù)據(jù)源和升尺度方法確

定；

b)模擬各個因素引起的不確定度時所需要的輔助數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)的物理意義要跟像元尺度相對真

值的目標(biāo)變量的物理意義要一致；

c)引入輔助數(shù)據(jù)時，要確保輔助數(shù)據(jù)本身的準(zhǔn)確性，均方根誤差應(yīng)小于目標(biāo)變量值的3%；

d)像元尺度相對真值不確定評價應(yīng)按照數(shù)據(jù)-幾何匹配-尺度轉(zhuǎn)換等流程依次進(jìn)行；

e)在建立誤差傳遞模型時，需充分考慮不同因素引起的不確定度之間的相關(guān)性。

5像元尺度相對真值不確定度的評定

2

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5.1總體工作流程

像元尺度相對真值不確定度評定需要考慮相對真值的數(shù)據(jù)來源、升尺度方法的差異，采用合適的不

確定度度量方法。主要操作流程見圖1，具體步驟如下：

a)確定像元尺度相對真值的數(shù)據(jù)源,包括單點(diǎn)、多點(diǎn)、或者多尺度驗(yàn)證；

b)進(jìn)行像元內(nèi)空間異質(zhì)性/代表性評價,獲取地表的異質(zhì)性情況；

c)依據(jù)a)和b)確定引起像元尺度相對真值不確定度的關(guān)鍵因素;

d)建立各類因素引起不確定度的定量化模型;

e)分析不同因素之間的相互作用及他們之間的相關(guān)性;

f)構(gòu)建各要素引起不確定度之間的誤差傳遞模型;

g)基于各要素引起不確定度的定量化模型和誤差傳遞模型的基礎(chǔ)上建立表達(dá)像元尺度相對

真值總的不確定度的模型。

圖1像元尺度相對真值不確定度的定量化技術(shù)流程

3

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5.2基于地面觀測的直接驗(yàn)證像元尺度相對真值不確定度

基于地面觀測直接得到的像元尺度相對真值的不確定度需要考慮待驗(yàn)證像元的空間異質(zhì)性情況，

不確定度評價的主要操作流程見圖2，具體操作步驟如下。

a)高分辨率輔助數(shù)據(jù)：根據(jù)地面觀測的時間段和驗(yàn)證區(qū)域的位置選擇晴天條件下的高分辨率輔

助數(shù)據(jù)。當(dāng)目標(biāo)變量不是衛(wèi)星直接觀測變量時，應(yīng)選擇最優(yōu)的反演模型反演出目標(biāo)變量。應(yīng)

利用地面觀測對高分辨率輔助數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行評價，確保其均方根誤差在3%以內(nèi)。

b)待驗(yàn)證像元內(nèi)的空間異質(zhì)性評價：地表空間異質(zhì)性分析按照GB/T39468-2020中4.2規(guī)定的

分析方法執(zhí)行。若地表空間異質(zhì)性可以忽略，則不考慮尺度問題的影響。否則應(yīng)考慮空間代

表性誤差的影響。

c)判斷待驗(yàn)證像元內(nèi)是否是勻質(zhì)地表：如果不是，先計算空間代表性誤差或尺度轉(zhuǎn)換誤差，再

進(jìn)行像元真值不確定度計算；如果是勻一地表，直接進(jìn)行像元真值不確定度計算。

d)空間代表性誤差或尺度轉(zhuǎn)換誤差：若像元尺度相對真值的獲取不涉及尺度轉(zhuǎn)換，則主要考慮

空間代表性誤差，空間代表性誤差的計算應(yīng)充分考慮站點(diǎn)的足跡、在待驗(yàn)證像元內(nèi)的位置、

亞像元尺度等因素有關(guān)，借助高分辨率輔助數(shù)據(jù)模擬不同亞像元尺度下的時空代表性誤差，

將其方差作為時空代表性誤差引起的不確定度；若像元尺度相對真值是由地面觀測和尺度轉(zhuǎn)

換函數(shù)得到的，則考慮尺度轉(zhuǎn)換模型引起的不確定度。

e)地面觀測：評估地面觀測數(shù)據(jù)的隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差。

f)地面觀測不確定度：偶然誤差引起的不確定度可以用多次測量的方差衡量；若地面觀測的儀

器經(jīng)過嚴(yán)格的標(biāo)定，則系統(tǒng)誤差引起的不確定度可以忽略，否則應(yīng)考慮系統(tǒng)誤差引起的不確

定度。

g)像元尺度相對真值的不確定度：按附錄B將空間代表性誤差引起的不確定度、尺度轉(zhuǎn)換引起

的不確定度和偶然誤差的不確定度代入誤差傳遞模型，得到總的不確定度。

4

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圖2基于地面觀測直接驗(yàn)證中像元尺度相對真值不確定度的定量化技術(shù)流程

5.3基于地面觀測高分辨率數(shù)據(jù)的多尺度驗(yàn)證像元尺度相對真值不確定度

基于地面觀測和高分辨率數(shù)據(jù)進(jìn)行多尺度驗(yàn)證中，地面觀測和高分辨率輔助數(shù)據(jù)的誤差均會引

起像元尺度相對真值的不確定度，此外還應(yīng)考慮高分辨率像元與待驗(yàn)證像元的幾何匹配誤差的影響

和高分辨率-待驗(yàn)證像元之間尺度轉(zhuǎn)化函數(shù)的影響。像元尺度相對真值不確定度評價的流程見圖3，

具體操作步驟如下。

a)地面觀測：按照5.2中a)執(zhí)行

b)高分辨率輔助數(shù)據(jù)：按照5.2中e)執(zhí)行。

c)地面觀測和高分辨率數(shù)據(jù)誤差引起的不確定度：對地面數(shù)據(jù)和高分辨率數(shù)據(jù)加入滿足正態(tài)分

布的誤差值來生成誤差場，分析不同輸入對應(yīng)的參考值之間的差異，將其方差作為由觀測數(shù)

據(jù)誤差引起的不確定度。

d)幾何匹配誤差引起的不確定度：按附錄B利用統(tǒng)計模擬的手段計算不同模擬情況下的像元尺

度相對真值，把不同模擬情況下計算的像元尺度相對真值的標(biāo)準(zhǔn)差作為幾何匹配誤差引起的

不確定度。

e)尺度轉(zhuǎn)換的不確定度：模擬不同升尺度模型和不同模型輸入?yún)?shù)情況下輸出結(jié)果之間的差

異。通過對比輸出結(jié)果在不同模型、不同參數(shù)情況下的變化強(qiáng)度來計算其不確定度大小。

f)判斷是否存在相關(guān)性：各要素引起不確定度之間的相關(guān)性分析：把相同時間、相同空間位置

處各要素引起的不確定度進(jìn)行匹配，分析它們之間的相關(guān)性，如果不存在相關(guān)性，進(jìn)行像元

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尺度相對真值的不確定度；如果存在相關(guān)性，應(yīng)先進(jìn)行去相關(guān)，在進(jìn)行像元尺度相對真值的

不確定度計算。

g)去相關(guān)：利用去相關(guān)方法（如主成分分析、因子分析）去除不確定性要素之間的相關(guān)關(guān)系。

h)像元尺度相對真值的不確定度：若各個因素引起的不確定度之間相互獨(dú)立，則把各個因素引

起的不確定度按照附錄B規(guī)定的方法執(zhí)行進(jìn)行線性累加；若這些因素之間存在相關(guān)性，則

需要對這些要素進(jìn)行去相關(guān)處理，去相關(guān)后的要素引起的不確定度進(jìn)行線性累加。

圖3基于多尺度驗(yàn)證中像元尺度相對真值不確定度的定量化技術(shù)流程

6像元尺度相對真值不確定度報告

6.1封面信息

檢驗(yàn)報告封面上的信息，應(yīng)包括：

a)不確定度報告編號；

b)不確定度報告名稱；

c)不確定度分析負(fù)責(zé)人；

d)不確定度分析單位。

6.2正文信息

6.2.1驗(yàn)證方法的描述

對產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)的方法進(jìn)行描述，應(yīng)包括:

a)驗(yàn)證區(qū)域的空間異質(zhì)性情況，若是長時間序列的驗(yàn)證還應(yīng)描述空間異質(zhì)性隨時間的變化情況；

6

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b)數(shù)據(jù)源，包括地面數(shù)據(jù)的測量方法，有沒有用到高分辨率輔助信息，若有高分辨率輔助信息是作

為先驗(yàn)知識，還是直接參與了像元尺度參考值的計算；

c)升尺度轉(zhuǎn)換方法等。

6.2.2像元尺度相對真值不確定度評價用到的數(shù)據(jù)和方法

針對不同的真實(shí)性檢驗(yàn)方法，對不確定度評價用到的數(shù)據(jù)和方法進(jìn)行描述：

a)引起像元尺度尺度相對真值不確定度的主要因素；

b)評價像元尺度相對真值不確定度的數(shù)據(jù)；

c)每種因素引起不確定度的定量化方法描述；

d)確定各種因素引起的不確定度之間相互作用的方法描述。

6.2.3像元尺度相對真值不確定度評價過程

對像元尺度相對真值的不確定度評價過程進(jìn)行描述，應(yīng)包括：

a)不確定度評價過程；

b)每種因素引起不確定度的定量結(jié)果；

c)像元尺度相對真值總的不確定度的定量結(jié)果；

d)不確定度評價過程的記錄要求;

e)不確定度評價結(jié)果的存檔。

6.2.4像元尺度相對真值不確定度評價結(jié)論描述

對像元尺度相對真值不確定度評價結(jié)果進(jìn)行描述，應(yīng)包括：

a)對像元尺度相對真值不確定度總體評價：；

b)分項(xiàng)指標(biāo)評價：描述引起像元尺度相對真值不確定度的各因素引起的不確定度大小。

6.3輔助信息

對像元尺度相對真值不確定度評價過程中的非常規(guī)問題進(jìn)行說明和描述。

6.4報告簡表

像元尺度相對真值不確定度報告簡報編制樣例見附錄A。

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AA

附錄A

（資料性）

像元尺度相對真值不確定度評價報告樣例——基于地面觀測的直接驗(yàn)證

像元尺度相對真值不確定度分析報告

分析單位西南交通大學(xué)分析人吳小丹

聯(lián)系方式四川省成都市郫都區(qū)西南交大

1像元尺度相對真值描述

變量名稱反照率數(shù)據(jù)來源地面單個站點(diǎn)觀測

計算方法基于代表性評價的方式獲取像元尺度相對真值

2像元尺度相對真值不確定度分析

不確定度評

經(jīng)過質(zhì)量評價的30m的環(huán)境反照率數(shù)據(jù)

價數(shù)據(jù)

引起不確定度的因素總的不確定度

種類地面觀測誤差空間代表性誤差兩個因素的不確定度相互

定量化模型均方根按附錄B計算獨(dú)立，按附錄B線性累加

定量化結(jié)果0.010.030.04

3不確定度評價結(jié)果總的描述

像元尺度相對真值的不確定性主要由地面觀測誤差和空間代表性誤差引起，兩者引起的不確

性相互獨(dú)立，不確度大小分別為0.01和0.03，像元尺度相對真值總的不確定度為0.04

簽字：

蓋章：

8

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BB

附錄B

（資料性）

不確定度評價方法

觀測誤差引起不確定度的定量化方法

觀測誤差引起的不確定度要根據(jù)驗(yàn)證方法的特點(diǎn)來確定：

對于基于地面單個觀測的直接驗(yàn)證，觀測誤差引起的不確定度u(x1)可表示為其標(biāo)準(zhǔn)差：

u(x)=1（1）

對于基于地面多個觀測的直接驗(yàn)證，觀測誤差引起的不確定度u(x1)可表示為觀測誤差的標(biāo)準(zhǔn)差

和觀測權(quán)重系數(shù)的函數(shù)：

222222

?(?1)=√?1?1+?2?2+?+????（2）

對于基于地面觀測和更高分辨率輔助數(shù)據(jù)的多尺度驗(yàn)證，觀測誤差引起的不確定度需同時考慮

輔助數(shù)據(jù)和地面觀測的誤差，其不確定度大小在數(shù)值上等于更高分辨率參考圖的不確定度大小uhigh。

u(x)=u1high（3）

代表性誤差引起不確定度的定量化方法

1）選擇跟地面觀測足跡大小接近的、經(jīng)過質(zhì)量評估的對應(yīng)目標(biāo)變量的高分辨率輔助數(shù)據(jù)；

2）提取地面站點(diǎn)所在的高分辨率像元，值記為A1；

3）提取待驗(yàn)證像元內(nèi)所有高分辨率像元，計算他們聚合到待驗(yàn)證像元尺度的值，記為A2；

4）代表性誤差引起的不確定度數(shù)值上等于A1和A2差值的標(biāo)準(zhǔn)差σ（A1-A2）。

幾何匹配誤差引起不確定度的定量化方法

1）選擇經(jīng)過幾何校正的高分辨率遙感數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)至待驗(yàn)證產(chǎn)品的投影信息；

2）提取待驗(yàn)證像元的空間范圍，作為模板的初始位置；

3）將模板在跨軌道方向和沿軌道方向以高分辨率數(shù)據(jù)的空間分辨率為步長模擬幾何偏差，設(shè)置最

大偏移為半個待驗(yàn)證像元；

4）每模擬一次，提取模板內(nèi)包含的高分辨率像元，計算其平均值，作為待驗(yàn)證像元尺度的模擬值

Ai，所有模擬情況對應(yīng)的待驗(yàn)證像元尺度模擬值的平均值記為A，這些模擬值的標(biāo)準(zhǔn)差記為ux()2，

該標(biāo)準(zhǔn)差即為待驗(yàn)證像元幾何匹配誤差引起的不確定度大??；

為了進(jìn)行區(qū)分，這里把待驗(yàn)證像元的分辨率稱為低分辨率Scoarse，把機(jī)載數(shù)據(jù)的分辨率稱為高分辨

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率Shigh，幾何匹配誤差引起的不確定度ux()2定量表示為

N

2

()AAi?

u(x)=i1=(4)

2N

N

式中，表示模擬的幾何偏差情況，與低分辨率像元分辨率Scoarse和模擬的步長Sstep有關(guān)：

SScoarsecoarse

N=++(21)(21)(5)

SSstepstep

式中，模擬的步長在數(shù)值上等于機(jī)載數(shù)據(jù)的空間分辨率。

經(jīng)過幾何校正的高低分辨率遙感

分辨率數(shù)據(jù)產(chǎn)品

提取待驗(yàn)證像元空間范

+Y

轉(zhuǎn)投影圍，作為模板初始位置

將模板分別在跨軌道和沿軌

投影一致的高分辨率數(shù)據(jù)道方向以一定的步長偏移模板

每模擬一次，提取模板范圍-Y

內(nèi)的高分辨像元

計算這些像元的平均值，作

為待驗(yàn)證像元尺度模擬值

統(tǒng)計所有模擬情況對應(yīng)的待驗(yàn)

證像元尺度模擬值的標(biāo)準(zhǔn)差

待驗(yàn)證像元幾何不匹配引起的

不確定度

圖4幾何匹配誤差引起不確定度的定量化技術(shù)流程

尺度轉(zhuǎn)換引起不確定度的定量化方法

尺度效應(yīng)誤差引起的不確定度要根據(jù)尺度轉(zhuǎn)換方法的特點(diǎn)來確定：

對于基于地面單個觀測的直接驗(yàn)證，尺度效應(yīng)引起的不確定度u(x3)主要取決于地面觀測的空間

代表性誤差?？臻g代表性誤差借助高分辨率輔助數(shù)據(jù)模擬。

ux()3=