(高清版)GBT 40038-2021 植被指數(shù)遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)

Validationofvegetationindexremotesensingproducts國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)I 1 1 1 2 2 2 2 4 66.1封面信息 66.2正文信息 76.3檢驗(yàn)報(bào)告信息簡(jiǎn)表 7附錄A(規(guī)范性附錄)地面二向性反射率因子測(cè)量 8參考文獻(xiàn) 9ⅢGB/T40038—2021本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)科學(xué)院提出。本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)遙感技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC327)歸口。京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所。GB/T40038—2021植被指數(shù)是兩個(gè)或多個(gè)遙感傳感器波段數(shù)據(jù)的線性或非線性組合而形成的系列指數(shù)，可用于診斷植被生長(zhǎng)狀態(tài)、綠色植被活力以及反演多種植被參數(shù)。植被指數(shù)有多種具體的定義方式，如紅光波段和近紅外波段反射率比值組合的比值植被指數(shù)(RVI)和歸一化植被指數(shù)(NDVI)、降低土壤背景的土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)(SAVI)、對(duì)濃密植被區(qū)敏感的增強(qiáng)型植被指數(shù)(EVI)等。具有紅光和近紅外波段的傳感器反射率常用于計(jì)算植被指數(shù)，以此為基礎(chǔ)多個(gè)全球植被指數(shù)產(chǎn)品業(yè)已發(fā)布。由于數(shù)據(jù)和算法的限制，植被指數(shù)產(chǎn)品不可避免地存在誤差，需要對(duì)其進(jìn)行真實(shí)性檢驗(yàn)以獲得該產(chǎn)品的精度和不確定性。以往由于驗(yàn)證的數(shù)據(jù)、流程、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不同，得到的產(chǎn)品精度不具可比性，給用戶定量化應(yīng)用帶來(lái)困難。因此，有必要制定科學(xué)、規(guī)范的植被指數(shù)遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。1GB/T40038—2021植被指數(shù)遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了植被指數(shù)遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)的基本要求、檢驗(yàn)方法和檢驗(yàn)報(bào)告。本標(biāo)準(zhǔn)適用于大氣層底植被指數(shù)遙感產(chǎn)品的真實(shí)性檢驗(yàn)。2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改版)適用于本文件。GB/T36296—2018遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)導(dǎo)則GB/T39468—2020陸地定量遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)通用方法GB/T36296—2018和GB/T39468—2020界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1雙向反射率分布函數(shù)物體表面特定方向反射輻亮度的微增量與特定方向入射輻照度的微增量之比。[GB/T36299—2018,定義3.6]3.2雙向反射率因子物體表面向特定方向的反射輻亮度與相同輻照度條件下理想漫反射體在該方向上的反射輻亮度之比。[GB/T36299—2018,定義3.7]3.3波段反射率spectralreflectivity物體對(duì)某一波段電磁波的反射輻射通量與其入射輻射通量之比。3.4波譜響應(yīng)函數(shù)spectralresponsefunction描述遙感器對(duì)不同波長(zhǎng)處入射輻射響應(yīng)率的函數(shù)。3.5植被指數(shù)vegetationindex一種利用遙感影像不同譜段數(shù)據(jù)的線性或非線性組合而形成的能反映綠色植物的生長(zhǎng)狀況和分布的特征指數(shù)。[GB/T30115—2013,定義3.11]2GB/T40038—20214基本要求植被指數(shù)遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)應(yīng)符合GB/T36296—2018第7章的規(guī)定，同時(shí)：a)參考對(duì)象應(yīng)與待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品屬于同一種植被指數(shù)，對(duì)應(yīng)于相同或相近時(shí)期(植被指數(shù)時(shí)間變化率)的同一區(qū)域，并已知其數(shù)據(jù)質(zhì)量。b)參考對(duì)象應(yīng)包含兩種不同植被覆蓋度的典型區(qū)域：1)低植被覆蓋度區(qū)域，如稀疏植被覆蓋區(qū)域；2)高植被覆蓋度區(qū)域，如濃密植被覆蓋區(qū)域。c)參考對(duì)象應(yīng)首選地面測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行植被指數(shù)遙感產(chǎn)品的真實(shí)性檢驗(yàn)，宜選擇與待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品對(duì)應(yīng)波段和角度一致的地面?zhèn)鞲衅鞑杉姆瓷渎屎椭脖恢笖?shù)。在沒(méi)有地面測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，可選用與待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品對(duì)應(yīng)波段和角度一致的已檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品作為參考對(duì)象。5檢驗(yàn)方法5.1檢驗(yàn)方法選擇根據(jù)地表異質(zhì)性、地面測(cè)量視場(chǎng)和待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品像元尺度，選擇真實(shí)性檢驗(yàn)方法：a)當(dāng)待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品像元尺度不超過(guò)地面測(cè)量視場(chǎng)1.5倍時(shí)，應(yīng)采用直接檢驗(yàn)法。b)當(dāng)待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品像元尺度大于地面測(cè)量視場(chǎng)1.5倍時(shí)，若待檢像元區(qū)域?yàn)榫|(zhì)地表，應(yīng)采用直接檢驗(yàn)法；若待檢像元區(qū)域?yàn)榉蔷|(zhì)地表，應(yīng)考慮尺度差異，采用基于地面測(cè)量與高分辨率遙感數(shù)據(jù)的多尺度逐級(jí)檢驗(yàn)法。c)當(dāng)檢驗(yàn)區(qū)無(wú)地面測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，采用基于已知精度植被指數(shù)遙感產(chǎn)品的交叉檢驗(yàn)法。5.2直接檢驗(yàn)法5.2.1參考對(duì)象的地面抽樣方法參考對(duì)象地面抽樣方法如下：a)按照GB/T39468—2020中4.2的規(guī)定進(jìn)行樣區(qū)地表異質(zhì)性評(píng)價(jià)。b)樣區(qū)選擇應(yīng)具有空間代表性，宜不小于3×3個(gè)待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品像元。c)樣區(qū)地面測(cè)量時(shí)間與待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品時(shí)間差應(yīng)依據(jù)植被指數(shù)時(shí)間變化率確定，通常宜不超過(guò)5天，變化較快的地表宜不超過(guò)2天。d)按照GB/T39468—2020中4.3的規(guī)定進(jìn)行抽樣：對(duì)于均質(zhì)樣區(qū)，宜在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行隨機(jī)抽樣或系統(tǒng)抽樣；對(duì)于非均質(zhì)樣區(qū)，宜根據(jù)植被長(zhǎng)勢(shì)和植被類型在樣區(qū)內(nèi)進(jìn)行分層抽樣，使得層內(nèi)相對(duì)均質(zhì)，并在層內(nèi)進(jìn)行局部隨機(jī)抽樣以獲取各層的植被指數(shù)。檢驗(yàn)流程應(yīng)符合GB/T36296—2018中8.1的規(guī)定，主要操作流程見(jiàn)圖1,具體步驟如下：a)樣本選擇：按5.2.1的規(guī)定進(jìn)行地面抽樣方法設(shè)計(jì)，確定樣本。b)地面二向性反射率因子測(cè)量：測(cè)量方法見(jiàn)附錄A。c)空間匹配：將地面采樣點(diǎn)與待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品像元進(jìn)行空間匹配。d)波譜轉(zhuǎn)換：依據(jù)待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品對(duì)應(yīng)波段的波譜響應(yīng)函數(shù)，將地面測(cè)量的二向性反射率因子轉(zhuǎn)換為與待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的波段二向性反射率因子。e)角度一致性判斷：判斷地面測(cè)量的二向性反射率因子與待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品角度是否一致。若一致，可直接用于下一步檢驗(yàn)；否則，利用地面樣本的BRDF特性進(jìn)行角度歸一化，將地面3GB/T40038—2021測(cè)量的二向性反射率因子校正為與待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品角度相一致的二向性反射率因子。g)植被指數(shù)相對(duì)真值計(jì)算：采用待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品定義的波段反射率組合方法計(jì)算植被指數(shù)相對(duì)真值。在植被指數(shù)計(jì)算過(guò)程中有經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的，應(yīng)根據(jù)測(cè)量區(qū)域的特征精確賦值。h)準(zhǔn)確度評(píng)價(jià)：按GB/T36296—2018中6.1規(guī)定的準(zhǔn)確度評(píng)價(jià)指標(biāo)定量表達(dá)待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品的準(zhǔn)確度。i)不確定度分析：按GB/T36296—2018中6.2規(guī)定的不確定度評(píng)價(jià)指標(biāo)定量表達(dá)待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品的不確定度。產(chǎn)品測(cè)量是是否一圖1植被指數(shù)遙感產(chǎn)品直接檢驗(yàn)操作流程4GB/T40038—20215.3間接檢驗(yàn)法5.3.1基于地面測(cè)量與高分辨率遙感數(shù)據(jù)的多尺度逐級(jí)檢驗(yàn)法檢驗(yàn)流程應(yīng)符合GB/T36296—2018中8.1和8.2.1的規(guī)定，主要操作流程見(jiàn)圖2,具體步驟如下：a)高分辨率反射率影像數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：高分辨率反射率影像空間尺度應(yīng)與地面測(cè)量的二向性反射率因子相同或相近，時(shí)間應(yīng)與待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品相同或相近。b)樣本選擇：按5.2.1的規(guī)定進(jìn)行地面抽樣方法設(shè)計(jì)，確定樣本。c)地面二向性反射率因子測(cè)量：測(cè)量方法見(jiàn)附錄A。d)使用地面測(cè)量的二向性反射率因子驗(yàn)證高分辨率影像反射率：按5.2.2中c)、d)和e)的規(guī)定，將地面測(cè)量的二向性反射率因子轉(zhuǎn)換成與高分辨率影像一致的參考反射率，進(jìn)行高分辨率反射率準(zhǔn)確度和不確定度評(píng)價(jià)。若高分辨率反射率準(zhǔn)確度和不確定度滿足用戶既定閾值要求，可用于下一步檢驗(yàn)；否則，重新準(zhǔn)備高分辨率反射率影像數(shù)據(jù)并驗(yàn)證。e)高分辨率影像反射率波譜轉(zhuǎn)換：依據(jù)待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品對(duì)應(yīng)波段的波譜響應(yīng)函數(shù)，將滿足用戶要求的高分辨率影像反射率轉(zhuǎn)換為與待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的波段反射率。f)角度一致性判斷：判斷高分辨率影像反射率與待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品角度是否一致。若一致，可直接用于下一步檢驗(yàn)；否則，根據(jù)樣本BRDF特性進(jìn)行角度歸一化，將高分辨率影像反射率校正為與低分辨率待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品角度相一致的反射率。g)空間尺度轉(zhuǎn)換：按GB/T39468—2020中4.4.1的規(guī)定，將經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的高分辨率影像反射率升尺度至低分辨率待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品相一致的空間尺度。h)植被指數(shù)相對(duì)真值計(jì)算：采用待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品定義的波段反射率組合方法計(jì)算低分辨率植被指數(shù)的相對(duì)真值。在植被指數(shù)計(jì)算過(guò)程中有經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的，應(yīng)根據(jù)測(cè)量區(qū)域的特征精確賦值。i)準(zhǔn)確度評(píng)價(jià)：按GB/T36296—2018中6.1規(guī)定的準(zhǔn)確度評(píng)價(jià)指標(biāo)定量表達(dá)待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品的準(zhǔn)確度。j)不確定度分析：按GB/T36296—2018中6.2規(guī)定的不確定度評(píng)價(jià)指標(biāo)定量表達(dá)待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品的不確定度。5GB/T40038—2021據(jù)準(zhǔn)備地面抽樣方法設(shè)計(jì)樣本選擇地面二向性反射率因子測(cè)量否直接檢驗(yàn)法高分辨率反射率驗(yàn)證植被指數(shù)遙感產(chǎn)品是波譜轉(zhuǎn)換角度一致性?是否角度歸一化空間尺度轉(zhuǎn)換不確定度分析圖2植被指數(shù)遙感產(chǎn)品多尺度逐級(jí)檢驗(yàn)操作流程5.3.2基于已知精度植被指數(shù)遙感產(chǎn)品的交叉檢驗(yàn)法檢驗(yàn)流程應(yīng)符合GB/T36296—2018中8.2.1的規(guī)定，主要操作流程見(jiàn)圖3,具體步驟如下：a)參考植被指數(shù)遙感產(chǎn)品選擇：宜選用與待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品時(shí)間相同或相近的已檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品作為參考對(duì)象。b)空間匹配：將參考植被指數(shù)遙感產(chǎn)品與待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品進(jìn)行幾何匹配。c)波譜一致性判斷：依據(jù)待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品對(duì)應(yīng)波段的反射率波譜特征，判斷參考植被指數(shù)遙感產(chǎn)品對(duì)應(yīng)波段反射率波譜是否一致。若一致，可進(jìn)行下一步判斷；若不一致，則應(yīng)依據(jù)待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品和參考植被指數(shù)遙感產(chǎn)品的波譜響應(yīng)函數(shù)，進(jìn)行波譜轉(zhuǎn)換。d)角度一致性判斷：依據(jù)待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品的角度特征，判斷參考植被指數(shù)遙感產(chǎn)品對(duì)應(yīng)波段反射率角度是否一致。若一致，可進(jìn)行下一步判斷；若不一致，則應(yīng)依據(jù)參考植被指數(shù)遙感6GB/T40038—2021產(chǎn)品對(duì)應(yīng)波段反射率的BRDF特性進(jìn)行角度歸一化，將參考植被指數(shù)遙感產(chǎn)品校正為與待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品角度相一致的產(chǎn)品。e)空間一致性判斷：根據(jù)待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品像元面積大小，判斷參考植被指數(shù)遙感產(chǎn)品空間尺度是否一致。若一致，可直接采用參考植被指數(shù)遙感產(chǎn)品作為檢驗(yàn)相對(duì)真值；否則，按GB/T39468—2020中4.4.1的規(guī)定進(jìn)行空間尺度轉(zhuǎn)換，獲取與待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品像元尺度相一致的參考植被指數(shù)遙感產(chǎn)品作為相對(duì)真值。f)準(zhǔn)確度評(píng)價(jià)：按GB/T36296—2018中6.1規(guī)定的準(zhǔn)確度評(píng)價(jià)指標(biāo)定量表達(dá)待檢植被指數(shù)遙感g(shù))不確定度分析：按GB/T36296—2018中6.2規(guī)定的不確定度評(píng)價(jià)指標(biāo)定量表達(dá)待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品的不確定度。選擇空間匹配波譜一致性?是是空問(wèn)一致性?是否否否圖3植被指數(shù)遙感產(chǎn)品交叉檢驗(yàn)操作流程6檢驗(yàn)報(bào)告6.1封面信息檢驗(yàn)報(bào)告封面應(yīng)包括以下信息：7GB/T40038—2021b)檢驗(yàn)負(fù)責(zé)人；檢驗(yàn)核對(duì)人；檢驗(yàn)簽發(fā)人；檢驗(yàn)單位；送檢單位；h)檢驗(yàn)時(shí)間。6.2正文信息6.2.1待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品概述對(duì)待檢植被指數(shù)遙感產(chǎn)品進(jìn)行描述，宜包括：b)產(chǎn)品主要算法以及算法的特點(diǎn)等。對(duì)作為參考對(duì)象的驗(yàn)證數(shù)據(jù)集進(jìn)行描述，宜包括：b)驗(yàn)證數(shù)據(jù)集的質(zhì)量評(píng)價(jià)描述；c)驗(yàn)證數(shù)據(jù)集的適用性描述。對(duì)采用的檢驗(yàn)方法和檢驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行描述，宜包括：a)檢驗(yàn)方法概述；b)檢驗(yàn)流程；c)檢驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)指標(biāo)；d)檢驗(yàn)過(guò)程的記錄要求；e)檢驗(yàn)結(jié)果的存檔。對(duì)真實(shí)性檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行描述，宜包括：a)真實(shí)性檢驗(yàn)結(jié)果總體評(píng)價(jià)：描述所檢驗(yàn)植被指數(shù)遙感產(chǎn)品的總體精度。b)分項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)：描述所檢驗(yàn)植被指數(shù)遙感產(chǎn)品在不同區(qū)域的精度；描述所檢驗(yàn)植被指數(shù)遙感產(chǎn)品在不同植被類型的精度。c)分析檢驗(yàn)過(guò)程中的不確定度。對(duì)植被指數(shù)遙感產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)過(guò)程中的非常規(guī)問(wèn)題進(jìn)行說(shuō)明與描述。6.3檢驗(yàn)報(bào)告信息簡(jiǎn)表植被指數(shù)遙感產(chǎn)品的檢驗(yàn)報(bào)告信息簡(jiǎn)表編制參見(jiàn)GB/T36296—2018附錄D。8GB/T40038—2021(規(guī)范性附錄)地面二向性反射率因子測(cè)量A.1.1具有計(jì)算植被指數(shù)相關(guān)波段的成像或非成像設(shè)備可用于地面樣本二向性反射率因子測(cè)量，波譜范圍應(yīng)為380nm～1050nm。依據(jù)植被指數(shù)的定義，可計(jì)算植被指數(shù)。A.1.2多角度觀測(cè)架(可選):用于地面樣本二