GB/T 41540-2022 陆地遥感产品真实性检验地面观测场的选址和布设

　　ICS 33 . 200 CCS A 77

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 41540—2022

　　陆地遥感产品真实性检验地面观测场的

　　选址和布设

　　Selectionandarrangementofthesurfaceobservationfieldforthevalidationof

　　terrestrialremotesensingproducts

　　2022-07-1 1 发布 2023-02-01 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 41540—2022

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　引言 Ⅳ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 观测场命名 2

　　5 选址通则 2

　　5 . 1 区域代表性 2

　　5 . 2 开放性 2

　　5 . 3 便利性 2

　　6 选址一般要求 2

　　6 . 1 大小 2

　　6 . 2 地势 2

　　6 . 3 地表覆盖 2

　　6 . 4 环境 2

　　7 常规观测布设 3

　　7 . 1 气象要素观测 3

　　7 . 2 土壤要素观测 3

　　7 . 3 控制点布设和位置测量 3

　　7 . 4 大气气溶胶光学厚度观测 3

　　7 . 5 通量观测 3

　　7 . 6 探空观测 3

　　8 待检遥感产品地面观测布设 3

　　8 . 1 基本采样单元布设 3

　　8 . 2 单点观测布设 4

　　8 . 3 多点观测布设 4

　　8 . 4 足迹观测布设 4

　　8 . 5 多尺度嵌套观测系统布设 4

　　9 地面观测场报告 4

　　附录 A(资料性) 地面观测场报告格式 5

　　参考文献 8

　　Ⅰ

　　GB/T 41540—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。

　　本文件由全国遥感技术标准化技术委员会(SAC/TC 327)提出并归口 。

　　本文件起草单位：西南大学、中国科学院西北生态环境资源研究院、中国科学院空天信息创新研究院、中国科学院东北地理与农业生态研究所、中国农业科学院农业资源与农业区划研究所、国家卫星气象中心、中国资源卫星应用中心、国家卫星海洋应用中心、生态环境部卫星环境应用中心、中国科学院国家空间科学中心、中国科学院大学。

　　本文件主要起草人：马明国、于文凭、李新、车涛、肖青、闻建光、马灵玲、刘照言、郑兴明、辛晓平、董立新、张勇、韩启金、马超飞、万华伟、徐曦煜、姜小光。

　　Ⅲ

　　GB/T 41540—2022

　　Ⅳ

　　引

　　

　　言

　　遥感产品真实性检验是基于参考数据独立地评价遥感产品准确度和不确定度的过程，陆地遥感产品真实性检验地面观测场是开展遥感产品真实性检验的基础条件之一，它为遥感数据从获取、反演到应用等一系列过程中提供重要的地面支撑。 陆地遥感产品真实性检验地面观测场具备必要的地理环境条件和空间代表性，获取的观测数据满足时间连续性。

　　国内外开展了有效的陆地遥感产品真实性检验地面观测场选址和布设的研究和实践，初步建设了用于陆地遥感产品真实性检验的地面观测台站和观测样地。 为了支持不同地面观测台站和观测样地所获取的数据在遥感产品真实性检验中的推广应用，制定了科学、规范的陆地遥感产品真实性检验地面观测场选址及观测系统布设标准。

　　GB/T 41540—2022

　　陆地遥感产品真实性检验地面观测场的

　　选址和布设

　　1 范围

　　本文件规定了陆地遥感产品真实性检验地面观测场的观测场命名、选址通则、选址一般要求、常规观测布设、待检遥感产品地面观测布设和地面观测场报告。

　　本文件适用于陆地定量遥感产品的真实性检验地面观测场的场址设计和建设及观测仪器布设。

　　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 35221—2017 地面气象观测规范 总则

　　GB/T 39468—2020 陆地定量遥感产品真实性检验通用方法

　　QX/T 69—2007 大气浑浊度观测—太阳光度计方法

　　3 术语和定义

　　GB/T 39468—2020 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　遥感产品真实性检验地面观测场 surfaceobservationfieldforthevalidationofremotesensingproducts

　　用于获取遥感产品真实性检验所需地面观测数据而安置观测仪器和设施，进行遥感同步观测和加密观测的专用场地。

　　3.2

　　基本采样单元 elementarysamplingunit

　　在地面观测场布设的对应待检遥感产品空间分辨率的地面测量单元。

　　3.3

　　观测点 observingpoint

　　在基本采样单元中布设的观测所处位置。

　　注：观测包括自动观测仪器、人工操作观测仪器或人工取样室内测量等。

　　3.4

　　足迹 footprint

　　描述近地面层表面源或汇的空间分布和仪器观测通量值之间关系的函数。

　　注：又称源权重函数。

　　3.5

　　观测源区 observingsourcearea

　　足迹观测对观测值有主要贡献的区域。

　　1

　　GB/T 41540—2022

　　4 观测场命名

　　陆地遥感产品真实性检验地面观测场( 以下简称“地面观测场”)命名采用“地名+遥感产品类型+遥感产品真实性检验地面观测场”，地名包括“省域名称+市或县或区的名称+流域、山 、湖 、乡镇等地

　　名”，遥感产品类型包括综合、植被、辐射、测绘、水体、大气、冻融等。 英文名称为“Address + Surface Observation Field for the Validation of+Production Type+Remote Sensing Products”。

　　示例 1 ：重庆北碚青木关生态水文遥感产品真实性检验地面观测场。

　　示例 2: Chongqing Beibei Qingmuguan Surface Observation Field for the Validation of Eco-hydrological Remote Sens- ing Products。

　　5 选址通则

　　5 . 1 区域代表性

　　选择能反映典型地区气候、地形、地貌且地表覆盖能够代表典型地物及自然带特征的下垫面。 在特定需求下还宜考虑极端地表类型，如冰川、山地、岛状冻土等。

　　5 . 2 开放性

　　选址宜避开国家未开放区，应避开军事设施保护区。

　　5 . 3 便利性

　　应位于交通便利、生活方便、后勤保障容易、通信条件好的区域。

　　6 选址一般要求

　　6 . 1 大小

　　应不小于所有待检验遥感产品最低空间分辨率 3 倍 × 3 倍的区域，除非在条件受限的区域可考虑2 倍 × 2 倍的区域。

　　6 . 2 地势

　　除非所需真实性检验的产品对地形有特殊需求，宜选择地势平坦的区域。

　　6 . 3 地表覆盖

　　地表覆盖类型具有区域代表性，且空间异质性小，或者可以将地面观测场分区，各分区地表覆盖类型空间异质性小，避免破碎度过高的区域。

　　6 . 4 环境

　　地面观测场及周边环境需考虑的因素包括：

　　a) 宜避开河流、防护林、高压线等地物;

　　b ) 地面观测场及周边大气洁净、稳定、能见度好，气溶胶在较大范围内分布均一 。

　　2

　　GB/T 41540—2022

　　7 常规观测布设

　　7 . 1 气象要素观测

　　应在地面观测场内布设地面气象观测场，地面气象观测场的环境条件应符合 GB/T 35221—2017中 5 . 1 和 5 . 3 规定的要求。 在地面气象观测场架设自动气象站，连续获取近地表风速、风向、气温、相对湿度、气压、降水、四分量辐射等要素。 气象要素观测高度、角度、方位等符合 GB/T 35221—2017 中 5 . 4的相关要求。 气象塔的高度应在 10 m 以上(含)，且高出冠顶 4 m 以上。 观测频率应不少于每 10 min 1 次 。

　　7 . 2 土壤要素观测

　　应在气象站或通量站塔基附近进行土壤温度和土壤湿度的自动观测，土壤温、湿度探头安装深度宜

　　为 5 cm、10 cm、20 cm、40 cm、80 cm 和 160 cm, 根据需要可以增加 2 cm、60 cm、120 cm 等。地下水位

　　深度小于 160 cm 的地区，应测至土壤剖面深度土壤饱和持水状态为止;测定深度无法达到规定要求的地区，应测至土壤母质层为止。 观测频率应不少于每 30 min 1 次 。安装探头时同时采集各安装位置土壤样品，在实验室内测量土壤质地和土壤有机质含量等参数。

　　7 . 3 控制点布设和位置测量

　　应在地面观测场内或距离地面观测场 10 km 以内，布设至少 1 个的大地控制点。 有多个大地控制点时，每个点至少在 1 个方向上通视。 大地控制点布设见 CH/T 2009—2010 的第 5 章 。

　　宜在地面观测场内和周边布设明显的固定靶标，在地面观测场的角点、基本采样单元的角点及观测点和采样点的位置布设明显的标识，利用高精度定位系统对以上标识进行精确测量，定位精度达到厘米级或更高。

　　7 . 4 大气气溶胶光学厚度观测

　　应在地面观测场内或距离地面观测场 10 km 以内，采用太阳光度计方法开展连续观测，获取大气气溶胶光学厚度的观测结果。 观测频率应不少于每 30 min 1 次 。仪器的选择应符合 QX/T 69—2007中 4 . 2 的要求，仪器的安装和观测应符合 QX/T 69—2007 中第 5 章的要求。

　　7 . 5 通量观测

　　宜在地面观测场内架设至少 1 套涡动相关仪，涡动相关仪的场地选址和仪器安装见 GB/T 40033 — 2021 中附录 A。

　　7 . 6 探空观测

　　宜在地面观测场内或距离地面观测场 50 km 区域内，有探空气象站且可以获取常规探空观测数据 。如果没法获取常规探空观测数据，地面观测场宜具有自主探空观测能力。

　　8 待检遥感产品地面观测布设

　　8 . 1 基本采样单元布设

　　基本采样单元布设的基本步骤和要求如下：

　　a) 基本采样单元的大小应不小于待检遥感产品空间分辨率 3 倍 × 3 倍的区域;

　　3

　　GB/T 41540—2022

　　b) 针对每一个拟建设的地面观测场，基于多分辨率待验证遥感产品和地面调查数据，初步确定地面观测场内基本采样单元的数量和初步的位置;

　　c) 选择植被指数或叶面积指数等目标变量的高分辨率基础数据，按照 GB/T 39468—2020 中 4 . 2的空间异质性分析方法评价目标变量在地面观测场内的空间异质性。 通过空间尺度转换将高分辨率基础数据上推到基本采样单元大小，在初步确定的位置基础上选择高、中、低的像元作为基本采样单元，像元选择同时兼顾像元内空间异质性小和空间分布分散的要求。

　　8 . 2 单点观测布设

　　根据地面观测场的高分辨率基础数据，按照 GB/T 39468—2020 中 4 . 2 的空间异质性分析方法评价不同 目标变量在地面观测场内的空间异质性。 当基本采样单元的平均尺度大于或等于遥感产品的空间分辨率，且观测仪器的观测源区小于遥感产品的空间分辨率时，宜在地面采样单元内随机布设单个观测点。

　　8 . 3 多点观测布设

　　当基本采样单元的平均尺度小于遥感产品的空间分辨率，且观测仪器的观测源区小于遥感产品的空间分辨率时，应在基本采样单元内布设多个观测点。 按照 GB/T 39468—2020 中 4 . 3 . 1 基于样点观测的抽样方法开展多个测量点位置的布设。

　　8 . 4 足迹观测布设

　　针对仪器观测源区大于或等于遥感产品的空间分辨率时，应根据目标变量在地面观测场的要素的空间异质性和观测仪器观测源区的特点，按照 GB/T 39468—2020 中的 4 . 3 . 2 基于足迹观测的抽样方法选择合适仪器架设位置。

　　8 . 5 多尺度嵌套观测系统布设

　　针对同一个目标变量，将源区大小不同的足迹观测仪器和单点、多点观测仪器布设在同一地面观测场，观测的源区相互重叠，就形成了多尺度嵌套观测系统。 单点、多点和足迹观测仪器布设分别遵循以上 8 . 2、8 . 3 和 8 . 4 的布设要求。

　　9 地面观测场报告

　　地面观测场建设完成后，应提供地面观测场报告，对地面观测场进行阶段性改造后应更新地面观测场报告，地面观测场报告格式见附录 A。

　　4

　　GB/T 41540—2022

　　附 录 A

　　(资料性)

　　地面观测场报告格式

　　A.1 封面信息

　　地面观测场报告封面包括以下信息：

　　a) 地面观测场名称;

　　b ) 地面观测场建设单位;

　　c) 地面观测场主管单位;

　　d) 地面观测场负责人;

　　e) 报告提交时间。

　　A.2 正文信息

　　A.2 . 1 基本情况

　　详细描述所选择地面观测场的基本情况，包括自然概况和社会经济情况。

　　其中 自然概况宜包括：

　　a) 地理位置;

　　b ) 气候，包括气象要素(气温、降水、空气湿度、日照时数、风速等)多年平均或者典型年份月变化曲线;

　　c) 水文 ;

　　d) 土壤 ;

　　e) 植被 ;

　　f) 电磁环境;

　　g) 地质环境等。

　　社会经济情况宜包括：

　　a) 人 口 ;

　　b ) 土地利用;

　　c) 农田水利。

　　A.2 . 2 交通情况

　　介绍地面观测场周边的交通连接情况，包括：

　　a) 距离地面观测场最近的城市及航空、高铁、铁路、高速公路、国道、省道等主要交通方式;

　　b ) 从最近城市到达地面观测场的道路情况和可通行车辆情况;

　　c) 地面观测场内道路分布情况和可通行车辆情况。

　　A.2 . 3 通信情况

　　介绍地面观测场整体通信情况，包括：

　　a) 商业运营商基站情况，传输速率情况;

　　b ) 台站自建通信设备情况;

　　c) 卫星定位数据接收情况。

　　5

　　GB/T 41540—2022

　　A.2 . 4 后勤保障情况

　　地面观测场后勤基地情况，宜包括：

　　a) 住宿接待能力;

　　b ) 用餐接待能力;

　　c) 电力支撑能力;

　　e) 通信能力;

　　d) 网络支撑能力;

　　e) 车辆支撑能力。

　　如果没有后勤基地，可包括离地面观测场最近城镇的距离、交通、住宿、餐饮、网络等情况。

　　A.2 . 5 人员情况

　　地面观测场人员、分工和联系方式等信息。

　　A.2 . 6 野外观测布设情况

　　介绍地面观测场固定观测设备的数量和参数信息以及布设位置情况，数据获取的方式和数据无线传输的情况，数据获取的频率和数据连续性等情况，数据积累情况。 包括：

　　a) 基础观测布设情况;

　　b ) 遥感产品真实性检验观测布设情况。

　　A.2 . 7 室内测试设备配置情况

　　针对有野外后勤基地的地面观测场，介绍基地室内测试分析设备类型和参数信息、测试能力和测试负荷等信息，包括：

　　a) 仪器标定设备;

　　b ) 样品预处理设备;

　　c) 测试分析设备。

　　A.3 附图

　　A.3 . 1 附图制作

　　附图的制作基本过程和要素如下。

　　a) 制图范围：在设计的(n×n)个像元地面观测场基础上四面各外延 1 个像元，即[(n+2) ×(n+2)]个像元。

　　b ) 坐标系统：选择公里网坐标，高斯投影坐标系统。

　　c) 影像选择：选择最近的夏季 10 m(或更高)空间分辨率、无云覆盖的遥感影像，完成影像几何精纠正和真/假彩色合成，几何纠正精度控制在 1 个像元以内。

　　d) 基础和专题信息制备：收集或者数字化制图范围背景信息，包括居民点、道路、河流、湖泊等;根据高分辨率影像进行土地利用/土地覆盖类型判读，并进行野外校验，获取制图范围内的土地利用/土地覆盖现状信息;收集制图范围内 30 m(或更高)格网间距的数字高程数据，并计算坡度和坡向。 获取制图范围 30 m(或更高)空间分辨率关键生物物理参数和陆表参数数据。

　　e) 制作参考附图：在以上收集数据的基础上，制作地面观测场的参考附图。 制图比例尺根据地面观测场大小确定，一般优于(含)1 ∶ 10 000 比例尺。

　　6

　　GB/T 41540—2022

　　A.3 . 2 附图内容

　　附图宜包括以下信息：

　　a) 行政区划;

　　b ) 地面观测场位置图;

　　c) 高空间分辨率遥感影像图;

　　d) 数字高程图;

　　e) 土地利用/土地覆盖图;

　　f) 植被类型图;

　　g) 土壤类型图。

　　h) 年际变化遥感影像图;

　　i ) 不同年份遥感影像图;

　　j) 不同年份土地利用/土地覆盖图;

　　k) 坡度图;

　　l ) 坡向图 ;

　　m ) 关键陆表参数图。

　　7

　　GB/T 41540—2022

　　参 考 文 献

　　[1] GB/T 14950—2009 摄影测量与遥感术语

　　[2] GB/T 28418—2012 土壤水分(墒情)监测仪器基本技术条件

　　[3] GB/Z 33451—2016 地理信息 空间抽样与统计推断

　　[4] GB/T 36296—2018 遥感产品真实性检验导则

　　[5] GB/T 40033—2021 地表蒸散发遥感产品真实性检验

　　[6] CH/T 2009—2010 全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范

　　[7] 晋锐，李新，马明国等.陆地定量遥感产品的真实性检验关键技术与试验验证[J] . 地球科学进展，2017,32(6) : 630-642 .

　　[8] Ma MG, Che T, Li X, et al.A Prototype Network for Remote Sensing Validation in China. Remote Sensing,2015,7(5) : 5187-5202.

　　8