GB/T 41279-2022 反照率遥感产品真实性检验

　　ICS 33 . 200 CCS A 77

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 41279—2022

　　反照率遥感产品真实性检验

　　validationofalbedoremotesensingproducts

　　2022-03-09 发布 2022-10-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 41279—2022

　　目 次

　　前言 Ⅰ

　　引言 Ⅱ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 基本要求 2

　　5 检验方法 2

　　5 . 1 检验方法选择与检验对象要求 2

　　5 . 2 直接检验法 2

　　5 . 3 间接检验法 4

　　6 检验报告 6

　　6 . 1 封面信息 6

　　6 . 2 正文信息 6

　　6 . 3 检验报告信息简表 7

　　附录 A(资料性) 空间代表性评价方法 8

　　附录 B(规范性) 上行/下行辐射测量 9

　　附录 C(资料性) 地面测量辐射数据处理 10

　　附录 D(规范性) 波段转换计算 11

　　附录 E(规范性) 真实反照率计算 13

　　附录 F(资料性) 天空散射光比例获取方法 14

　　附录 G(资料性) 反照率遥感产品真实性检验报告信息简表样例 15

　　参考文献 18

　　GB/T 41279—2022

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　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专利的责任。

　　本文件由中国科学院提出。

　　本文件由全国遥感技术标准化技术委员会(SAC/TC 327)归口 。

　　本文件起草单位：中国科学院空天信息创新研究院、北京师范大学、兰州大学、浙江师范大学、中国科学院青藏高原研究所、北京大学、西南大学。

　　本文件主要起草人：游冬琴、闻建光、刘强、吴小丹、林兴稳、唐勇、肖青、柳钦火、李新、焦子锑、范闻捷、马明国、刘照言、王新鸿。

　　Ⅰ

　　GB/T 41279—2022

　　引 言

　　地表反照率反映了地球表面对太阳辐射的反射能力。 作为地球辐射收支的一个重要参数，地表反照率在地球能量平衡、中长期天气预测和全球变化研究中具有重要意义。

　　目前，通过遥感模型和反演方法对遥感数据进行系列处理，国内外已发布多种全球或局地区域的反照率遥感产品。 本文件旨在制定科学、规范的反照率遥感产品真实性检验方法和流程，有利于全面客观地评价其准确度和分析其不确定度，提升反照率遥感产品的质量，推进反照率遥感产品的定量应用。

　　Ⅱ

　　GB/T 41279—2022

　　反照率遥感产品真实性检验

　　1 范围

　　本文件规定了地表对太阳辐射反射波段的反照率遥感产品真实性检验的基本要求、检验方法和检验报告。

　　本文件适用于陆地地表和水体地表反照率遥感产品的真实性检验。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。 其中，注 日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注 日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T

　　36296—2018

　　遥感产品真实性检验导则

　　GB/T

　　39468—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/T 36296—2018 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　反照率 albedo

　　物体表面向半球(2π)空间反射的辐射通量与半球(2π)空间入射在物体表面上的辐射通量之比。

　　[来源：GB/T 36299—2018,3 . 8]

　　3.2

　　黑天空反照率 blackskyalbedo

　　仅考虑直射光照射的情况下，物体表面向半球(2π) 空间反射的辐射通量与入射的直射辐射通量

　　之比。

　　[来源：GB/T 36299—2018,3 . 11]

　　3.3

　　白天空反照率 whiteskyalbedo

　　仅考虑散射光照射的情况下，物体表面向半球(2π) 空间反射的辐射通量与入射的散射辐射通量

　　之比。

　　[来源：GB/T 36299—2018,3 . 12]

　　3.4

　　真实反照率 actualalbedo

　　入射辐射同时包括直射光照射和散射光照射的自然界真实情况下，物体表面向半球(2π)空间反射

　　的辐射通量与入射的辐射通量之比。

　　3.5

　　天空散射光比例 diffuseskylightfraction;diffuseskylightratio

　　入射的天空散射辐射通量与入射辐射通量之比。

　　1

　　GB/T 41279—2022

　　3.6

　　窄波段反照率 narrowbandalbedo

　　对应于传感器特定单一波段的反照率。

　　3.7

　　宽波段反照率 broadbandalbedo

　　覆盖短波波段、可见光波段、近红外波段范围的无传感器波段响应特征的反照率。

　　注：短波波段(380 nm~ 2 500 nm) ,下限可为 300 nm,上限可为 2 500 nm~ 5 000 nm;可见光波段 ( 380 nm~ 780 nm);近红外波段(780 nm~2 500 nm)。通常可由窄波段反照率经窄宽波段转换得到。

　　4 基本要求

　　反照率遥感产品真实性检验应符合 GB/T 36296—2018 中第 7 章的规定，同时：

　　a) 参考对象与待检反照率遥感产品时间应一致，入射辐射条件应相同，范围覆盖同一区域;

　　b) 参考对象应首选地面测量的反照率，在无地面测量反照率时，应选用已检反照率遥感产品作为参考对象;

　　c) 参考对象宜包含待检反照率遥感产品不同值域典型地表反照率，即低反照率(如浓密植被覆盖区域)、中反照率(如裸土区域)、高反照率(如冰雪区域)。

　　5 检验方法

　　5 . 1 检验方法选择与检验对象要求

　　5 . 1 . 1 检验方法选择

　　根据待检反照率遥感产品的像元尺度和样本的空间代表性，选择相应检验方法：

　　a) 当地面测量的样本空间代表性可代表待检反照率遥感产品像元尺度，应采用直接检验法。否则，宜采用间接检验法中的多尺度逐级检验法。

　　b) 当有已检反照率遥感产品时，可采用间接检验法中的交叉检验法。

　　5 . 1 . 2 检验对象要求

　　在实施反照率遥感产品的检验过程中，依据检验方法的不同对检验对象要求如下。

　　a) 直接检验法中，若待检反照率遥感产品中无真实反照率，应由待检反照率遥感产品中的黑天空反照率和白天空反照率计算真实反照率进行检验。 真实反照率的准确度和不确定度代表反照率遥感产品的准确度和不确定度。

　　b) 间接检验方法中，检验过程中宜尽量对黑天空反照率和白天空反照率都进行检验，对反照率遥感产品进行全面的评价;待检反照率遥感产品的黑天空反照率与参考对象的黑天空反照率对应检验，待检反照率遥感产品的白天空反照率与参考对象的白天空反照率对应检验。

　　5 . 2 直接检验法

　　5 . 2 . 1 参考对象的地面抽样方法

　　参考对象地面抽样方法如下：

　　a ) 样区地表异质性按照 GB/T 39468—2020 中 4 .2 的规定进行样区异质性评价;

　　b) 样区空间范围宜不小于 3 × 3 倍待检反照率遥感产品像元区域;

　　c ) 对于均质样区，应在样区内进行随机抽样或系统抽样，对于非均质样区，宜根据地表覆盖在样

　　2

　　GB/T 41279—2022

　　区内进行分层抽样，抽样方法见 GB/T 39468—2020 的附录 B。

　　5 . 2 . 2 检验流程

　　检验流程应符合 GB/T 36296—2018 中 8 . 1 的规定，主要操作流程见图 1 。

　　图 1 反照率遥感产品直接检验流程

　　操作流程如下。

　　a ) 样本选择：

　　1) 应首选已有辐射测量站点，进行空间代表性评价(评价方法见附录 A) ,若空间代表性可代表待检反照率遥感产品像元尺度，可用于下一步检验;

　　2) 若无辐射测量站点，应按 5 . 2 . 1 的规定进行地面抽样方法设计，确定样本。

　　b) 辐射通量数据获取：若为已有辐射测量站点，直接获取其已有的上行/下行辐射测量数据;否则，按附录 B测量上行/下行辐射通量。

　　c) 辐射通量数据选择：通过预期的下行辐射阈值或者云信息，选择有效测量数据，用于下一步检验，选择方法见附录 C 中 C. 1 。

　　d) 时间一致性判断：根据待检反照率遥感产品的时间代表范围，判定上行/下行辐射测量值的时间代表范围是否一致。 若一致，用上行辐射除以下行辐射计算得到地面测量反照率(见 C. 2) ,用于下一步检验;若不一致，应首先进行时间一致性处理。

　　e ) 时间一致性处理：见 C.2 。

　　f) 波段一致性判断：判断地面测量反照率数据与待检反照率遥感产品波段是否一致。若波段一

　　3

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　　致则作为像元反照率相对真值进行下一步检验;若不一致，应进行波段转换。

　　g) 波段转换：按附录 D 将地面测量的光谱反照率转换为与待检反照率遥感产品波段一致的反照率。

　　h) 时空匹配点的真实反照率计算：按附录 E,将与样本时空匹配点的选定波段的待检反照率遥感产品黑天空反照率和白天空反照率通过天空散射光比例计算得到真实反照率，天空散射光比例获取方法见附录 F。

　　i) 准确度评价：按 GB/T 36296—2018 中 6.1 的准确度评价指标定量计算待检反照率遥感产品的准确度，准确度评价指标应包括但不限于均方根误差、相关系数。

　　j) 不确定度分析：按 GB/T 36296—2018 中 6.2 的不确定度评价指标定量计算待检反照率遥感产品的不确定度，不确定度指标应包括但不限于标准差。

　　5 . 3 间接检验法

　　5 . 3 . 1 基于地面测量和高分辨率反照率影像的多尺度逐级检验法

　　检验流程应符合 GB/T 36296—2018 中 8 . 1 和 8 . 2 . 1 的规定，主要操作流程见图 2 。

　　图 2 反照率遥感产品多尺度逐级检验方法流程

　　操作流程如下。

　　a) 高分辨率反照率影像准备：空间尺度应与地面测量的反照率相同或相近;时间应与待检反照率

　　遥感产品一致。

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　　b) 高分辨率反照率影像直接检验：按 5.2.2 的检验流程对高分辨率反照率影像进行直接检验，计算高分辨率反照率影像的准确度和不确定度。

　　c) 准确度满足需求判断：依据用户对准确度既定阈值要求(均方根误差 0.05 以内为可接受的准确度;也可依据用户具体需求进行阈值设定)，若高分辨率反照率影像满足阈值，可用于下一步检验;否则，重新准备高分辨率反照率影像并进行直接检验。

　　d) 波段一致性判断：判断高分辨率反照率影像与待检反照率遥感产品波段是否一致。若波段一致，直接进行下一步检验;否则，应进行波段转换。

　　e) 波段转换：按附录 D将高分辨率反照率转换为与待检反照率遥感产品波段一致的反照率。

　　f) 空间配准：将高分辨率反照率影像与待检反照率遥感产品进行空间配准。

　　g) 空间尺度转换：按 GB/T 39468—2020 中 4.4.1 的规定，将高分辨率反照率升尺度至待检反照率遥感产品相一致的空间尺度，作为待检反照率遥感产品的像元尺度相对真值。

　　h) 准确度评价：按 GB/T 36296—2018 中 6.1 的准确度评价指标定量计算反照率遥感产品的准确度，准确度评价指标应包括但不限于均方根误差、相关系数。

　　i) 不确定度分析：按 GB/T 36296—2018 中 6.2 的不确定度评价指标定量计算反照率遥感产品的不确定度，不确定度指标应包括但不限于标准差。

　　5 . 3 . 2 基于已检反照率遥感产品的交叉检验法

　　检验流程应符合 GB/T 36296—2018 中 8 . 2 . 1 的规定，主要操作流程见图 3 。

　　图 3 反照率遥感产品交叉检验操作流程

　　操作流程如下。

　　a) 已检反照率遥感产品选择：应选用与待检产品时间一致的已检反照率遥感产品。

　　5

　　GB/T 41279—2022

　　b) 空间配准：将已检反照率遥感产品与待检反照率遥感产品进行空间配准。

　　c) 波段一致性判断：判断已检反照率遥感产品与待检反照率遥感产品波段是否一致。若波段一致，直接进行下一步检验;否则，应进行波段转换。

　　d) 波段转换：按附录 D 将已检反照率遥感产品转换为与待检反照率遥感产品波段一致的反照率。

　　e) 空间一致性判断：根据待检反照率遥感产品像元大小，判断已检反照率遥感产品是否与其一致，若一致，可直接将已检反照率遥感产品作为相对真值;否则，应进行空间尺度转换。

　　f) 空间尺度转换：按 GB/T 39468—2020 中 4.4.1 的规定对已检反照率遥感产品进行空间尺度转换，获取与待检反照率遥感产品像元尺度相一致的反照率，作为待检反照率遥感产品的像元尺度相对真值。

　　g) 准确度评价：按 GB/T 36296—2018 中 6.1 的准确度评价指标定量计算待检反照率遥感产品的准确度，准确度评价指标应包括但不限于均方根误差、相关系数。

　　h) 不确定度分析：按 GB/T 36296—2018 中 6.2 的不确定度评价指标定量计算待检反照率遥感产品的不确定度，不确定度指标应包括但不限于标准差。

　　6 检验报告

　　6 . 1 封面信息

　　检验报告封面应包括但不限于以下信息：

　　a ) 检验报告编号;

　　b ) 检验报告名称;

　　c ) 检验负责人;

　　d ) 检验核对人;

　　e ) 检验签发人;

　　f) 检验单位;

　　g) 送检单位;

　　h ) 检验时间。

　　6 . 2 正文信息

　　6 . 2 . 1 待检反照率遥感产品概述

　　对待检验的反照率遥感产品进行描述，应包括但不限于以下信息：

　　a) 产品的数据源、待检时空覆盖范围、时空分辨率、地理参考;

　　b) 待检反照率遥感产品类型，如波段、观测几何等;

　　c) 产品主要算法以及算法的特点。

　　6 . 2 . 2 参考对象描述

　　对作为参考对象的验证数据集进行描述，宜包括：

　　a) 检验数据集的常规信息，如参考对象类型、基本信息[地面测量仪器，地面测量仪器空间覆盖范围和记录频率，高分辨率反照率影像空间分辨率和日期(或景数)，已检遥感产品时空分辨率]、检验场概况、样本分布等;

　　b) 检验数据集反照率类型，如波段、观测几何等。

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　　6 . 2 . 3 检验方法及流程

　　对采用的检验方法和检验过程进行描述，宜包括：

　　a ) 检验方法;

　　b ) 检验流程;

　　c ) 不确定性分析;

　　d ) 检验结果的评价指标;

　　e ) 检验结果。

　　6 . 2 . 4 真实性检验结论

　　对真实性检验的评价结果进行描述，宜包括：

　　a) 真实性检验结果评价：描述所检反照率遥感产品的准确度;

　　b) 分项指标评价：描述所检反照率遥感产品在不同检验方法中的结果;

　　c ) 分析检验过程中的不确定性。

　　6 . 2 . 5 附加信息

　　对反照率遥感产品真实性检验过程中的非常规问题进行说明与描述，可包括对产品准确度或不确定度时空特点评价，对产品算法改进建议，对产品应用过程注意事项描述等。

　　6 . 3 检验报告信息简表

　　反照率遥感产品真实性检验报告简表编制见 GB/T 36296—2018 的附录 D,样例见附录 G。

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　　附 录 A

　　(资料性)

　　空间代表性评价方法

　　可利用空间分辨率高于待检反照率遥感产品的反照率遥感数据，通过地统计学中的半变异函数确定地面辐射测量站点的反照率空间代表性。

　　提取待验证像元内的所有高分辨率反照率像元 Z(x1) , Z(x2) , … , Z(xi)，在满足二阶平稳条件

　　下，半变异函数由式(A. 1)计算：

　　r 2 …………………

　　式中：

　　h — 空间间隔距离，又称滞后距离，单位为米(m ) ;

　　r(h) — 距离相隔为 h 的半变异函数值;

　　N(h) — 距离相隔为 h 的用于计算半变异函数值的像元对数;

　　Z(xi) — 高分辨率像元位置 xi 的反照率;

　　Z(xi+h)— 高分辨率像元位置 xi+h的反照率。

　　拟合半变异函数最常用的模型是基台值模型，包括球型模型(Spherical)、指数模型(Exponential)和高斯模型(Gaussian)等。衡量变异程度的指标有基台值、变程和块金值三个参数。基台值反映地表

　　反照率的变异强度，基台值越小，说明地表反照率均一性越好，反之，空间异质性越强。 变程可反映像元内地表反照率分布的最小异质性单元。 块金值可反映地表反照率的不连续性。

　　比较地面辐射测量站点的有效测量半径与待检反照率遥感产品像元分辨率。 若地面的有效测量半径与像元分辨率相近，认为该站点的空间代表性较好，测量值可作为像元尺度相对真值。 若地面的有效测量半径小于像元分辨率，比较半变异函数的变程与有效测量半径，如果有效测量半径与变程相近，则认为该站点空间代表性较好，测量值可作为像元尺度相对真值。

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　　附 录 B

　　(规范性)

　　上行/下行辐射测量

　　B.1 测量设备

　　B.1 . 1 可用于测量辐射的仪器(如辐射表，或光谱仪加余弦积分器)，测量仪器光谱范围宜为 380 nm~ 2 500 nm。测量目标物(陆地地表或水体地表)的上行辐射和下行辐射，两者之比作为地面测量的反照率 。辐射表测量计算的反照率为宽波段反照率，光谱仪测量计算法的反照率为光谱反照率。

　　B.1 . 2 用于固定测量仪器的测量塔架。

　　B.2 测量要求

　　B.2. 1 测量时间应依据待检反照率遥感产品时间确定，数据采集频率应不低于 10 min 一次。

　　B.2 . 2 测量人员应身着深色服装。

　　B.2 . 3 测量上行地表辐射与下行辐射的仪器应固定在塔架一端，保持水平。

　　B.2 . 4 宜尽量避免测量设备和测量人员阴影对目标物测量的影响。

　　B.2.5 测量仪器的架设高度宜距离样本表面大于 1 m。

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　　附 录 C

　　(资料性)

　　地面测量辐射数据处理

　　C.1 辐射数据选择方法

　　C.1 . 1 下行辐射阈值选择法

　　绘制下行辐射值随时间的变化曲线，确定阈值，阈值以下的观测被认为是有云污染的观测，选择阈值以上的下行辐射观测值。

　　C.1 .2 云信息判断选择法

　　利用云产品，提取对应时刻对应位置的云覆盖比例，云覆盖超过 0 . 2 的认为是有云。

　　C.1 .3 直射光与散射光比选择法

　　适用于当云量信息不可用，且有地面测量的直射辐射和散射辐射数据。 计算地面测量的直射辐射与散射辐射的比值。 比值小于 3 认为是有云，选择比值大于 3 时的地面测量下行辐射通量。

　　C.1 .4 地表太阳入射辐射与理论晴空下行辐射比值选择法

　　利用辐射传输模型模拟对应时刻对应位置处的晴空下行辐射通量，计算测量的太阳下行辐射通量与理论晴空下行辐射通量的比值。 若比值大于 0 . 8,则选择该地面测量的下行辐射通量。

　　C.2 地面辐射数据与待检反照率遥感产品时间一致性处理

　　地面测量辐射通量计算的真实反照率与反照率遥感产品保持时间一致性。 若待检反照率遥感产品为瞬时反照率，两者时间一致，宜取待检反照率遥感产品中真实反照率或黑天空反照率太阳入射角度下对应测量时刻前后半小时的辐射均值再进行后续处理，代表该时刻地面测量的真实反照率。 若反照率遥感产品为合成反照率，两者时间不一致，对地面测量的上行/下行辐射通量按遥感反照率产品的合成方法进行辐射通量合成，再后续处理代表地面测量的该合成时间范围的反照率。

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　　附 录 D

　　(规范性)

　　波段转换计算

　　D.1 光谱反照率与窄波段反照率转换

　　当地面测量为光谱反照率时，按照公式(D. 1)计算窄波段反照率：

　　…………………………( D.1 )

　　式中：

　　α(Λi)— 目标传感器波段 i的反照率;

　　∞i(λ) — 目标传感器波段 i的光谱响应函数;

　　α(λ) — 地面测量的连续光谱反照率;

　　λ1 — 目标传感器波段 i的起始波长，单位为纳米(nm) ;

　　λ2 — 目标传感器波段 i的终止波长，单位为纳米(nm)。

　　D.2 光谱反照率与宽波段反照率转换

　　当地面测量为光谱反照率，按照公式(D. 2)计算宽波段反照率：

　　…………………………( D.2 )

　　式中：

　　α(Λ) — 宽波段反照率;

　　F(λ) — 光谱反照率对应波长太阳下行辐射通量，单位为瓦每平方米纳米[W/(m2 · nm)] ;

　　α(λ) — 地面测量的连续光谱反照率;

　　λ1 — 宽波段反照率起始波长，单位为纳米(nm) ;

　　λ2 — 宽波段反照率终止波长，单位为纳米(nm)。

　　D.3 传感器之间波段转换

　　具有各自波段响应特征的两个传感器波段之间转换，如将待转换传感器波段转换为 目标传感器波

　　段 i，可将待转传感器所有波段或相关波段通过经验系数加权，按照公式(D.3)计算：

　　cj × α + b …………………………

　　式中：

　　α(Λi)— 目标传感器波段 i的反照率;

　　α(Λj)— 待转换传感器波段 j的反照率;

　　cj — 待转换传感器波段 j的权重;

　　J — 待转换传感器参与转换的波段总数;

　　b — 常数。

　　注：本公式也适用于窄波段反照率转换为宽波段反照率，可将宽波段反照率范围涵盖的窄波段或相关窄波段通过

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　　GB/T 41279—2022

　　窄宽波段转换系数为权重加权窄波段反照率，其中，α(Λi)为宽波段反照率，cj 为窄宽波段转换系数。

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　　附 录 E

　　(规范性)

　　真实反照率计算

　　本文件中定义的地表反照率(3 . 1)是一个广义概念，针对入射辐射的不同情况，可分为黑天空反照率(3 . 2)、白天空反照率(3 . 3)和真实反照率(3 . 4) 。

　　黑天空反照率和白天空反照率可由遥感数据直接定量估算，反照率遥感产品一般仅提供黑天空反照率和白天空反照率，不反演真实反照率。 而真实反照率可由黑天空反照率和白天空反照率以天空散射光比例(3 . 5)加权按式(E. 1)计算。 地面测量计算得到反照率为真实反照率，反照率遥感产品进行直接检验时，应按照式(E. 1)由反照率遥感产品计算真实反照率进行检验。

　　αactual = αBSA × (1 -r)+ αWSA × r …………………………( E.1 )

　　式中：

　　αactual — 真实反照率;

　　αBSA — 黑天空反照率;

　　αWSA — 白天空反照率;

　　r — 天空散射光比例。

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　　附 录 F

　　(资料性)

　　天空散射光比例获取方法

　　F.1 直接测量方法