GB/T 41536-2022 土地覆被遥感产品真实性检验

　　ICS 07 . 040 CCS A 77

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 41536—2022

　　土地覆被遥感产品真实性检验

　　validationoflandcoverremotesensingproducts

　　2022-07-01 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 41536—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 基本要求 2

　　5 检验方法 2

　　5 . 1 检验方法选择 2

　　5 . 2 直接检验法 2

　　5 . 2 . 1 操作步骤 2

　　5 . 2 . 2 确定检验级别 3

　　5 . 2 . 3 抽样设计 3

　　5 . 2 . 4 参考对象数据获取 4

　　5 . 2 . 5 空间尺度转换 4

　　5 . 2 . 6 准确度评价 4

　　5 . 2 . 7 不确定度分析 4

　　5 . 3 间接检验法 4

　　5 . 3 . 1 操作步骤 4

　　5 . 3 . 2 参考对象数据获取 5

　　5 . 3 . 3 参考对象数据处理 5

　　5 . 3 . 4 准确度评价 6

　　5 . 3 . 5 不确定度分析 6

　　6 检验报告 6

　　6 . 1 封面信息 6

　　6 . 2 正文信息 6

　　6 . 2 . 1 待检土地覆被遥感产品概述 6

　　6 . 2 . 2 参考对象描述 6

　　6 . 2 . 3 检验方法及流程 6

　　6 . 2 . 4 真实性检验结论 7

　　6 . 2 . 5 附加信息 7

　　6 . 3 检验报告信息简表 7

　　附录 A(资料性) 基于误差矩阵的准确度和不确定度指标计算方法 8

　　附录 B(资料性) 基于模糊误差矩阵的准确度和不确定度指标计算方法 11

　　附录 C(资料性) 土地覆被遥感产品真实性检验报告信息简表样例 14

　　参考文献 16

　　Ⅰ

　　GB/T 41536—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、中国科学院地理科学与资源研究所、中国农业科学院农业资源与农业区划研究所、同济大学、中国科学院青藏高原研究所、中国国土勘测规划院。

　　本文件主要起草人：冉有华、仲波、王冰泉、匡文慧、刘照言、吴骅、吴文斌、谢欢、李新、葛咏、刘顺喜、童小华。

　　Ⅲ

　　GB/T 41536—2022

　　Ⅳ

　　引

　　

　　言

　　土地覆被是能直接或通过遥感手段观测到的自然和人工植被及建/构筑物等地表覆盖物，反映了气候变化与人类活动对地球表面的影响，是自然资产核算、陆面过程模型、大气模型、生态水文模型等的基础参数，在国土资源管理、天气预报及全球变化研究中具有重要应用价值。

　　目前，通过发展和利用分类方法对遥感影像进行系列处理，从局地到全球，各种土地覆被遥感产品源源不断的产生。 由于土地覆被分类的复杂性，这些产品存在着较多不确定性，将影响土地覆被遥感产品的应用。 制定科学、规范的土地覆被遥感产品真实性检验标准，规范土地覆被遥感产品真实性检验，有利于全面客观地评价其准确度和不确定度，从而促进土地覆被遥感产品质量的提升，推进其定量应用。

　　GB/T 41536—2022

　　土地覆被遥感产品真实性检验

　　1 范围

　　本文件规定了土地覆被遥感产品真实性检验的基本要求、检验方法和检验报告。

　　本文件适用于土地覆被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、GB/T 39468—2020 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　土地覆被 landcover

　　能直接或通过遥感手段观测到的自然和人工植被及建/构筑物等地表覆盖物。

　　[来源：GB/T 19231—2003,3 . 1 . 5,有修改]

　　3.2

　　分类系统 classificationsystem

　　根据一定应用目标划分土地覆被(3 . 1) 为互不重叠和矛盾的类型所构成的体系，是类型名称、类型编码、类型定义等信息的集合。

　　3.3

　　检验级别 validationlevel

　　根据检验的详尽程度对直接检验方式做出的等级划分。

　　3.4

　　硬分类产品 hardclassificationproduct

　　每个像元只表示为某一种类型的土地覆被分类数据或数据集。

　　3.5

　　软分类产品 softclassificationproduct

　　每个像元表示多个类型占比的土地覆被分类数据或数据集。

　　注：像元值在 0~1 之间。

　　3.6

　　批量土地覆被遥感产品 lotlandcoverclassificationproduct

　　同一技术设计要求下生产的同一区域不同时间的土地覆被遥感产品集合。

　　[来源：GB/T 18316—2008,2 . 2,有修改]

　　1

　　GB/T 41536—2022

　　3.7

　　全样本检验 fullsamplevalidation

　　对批量待检土地覆被遥感产品进行空间全覆盖的检验。

　　4 基本要求

　　土地覆被遥感产品真实性检验应符合 GB/T 36296—2018 中第 7 章的规定，并满足下列要求：

　　a) 参考对象的时相应在相对于待检土地覆被遥感产品不发生地类变化的时间范围内;

　　b) 参考对象的分类系统应与待检土地覆被遥感产品的分类系统定义一致或可转换;

　　c) 参考对象的空间位置应与待检土地覆被遥感产品相匹配，配准误差应不大于 1 个像元。

　　5 检验方法

　　5 . 1 检验方法选择

　　土地覆被遥感产品的真实性检验方法包括直接检验法和间接检验法。 根据可获取的参考对象情况选择相应的检验方法：

　　a) 当可以获取土地覆被类型相对真值调查数据作为参考对象时，应采用直接检验法;

　　b) 当没有土地覆被类型相对真值调查数据，但有已检且空间分辨率不低于待检土地覆被遥感产品的其他土地覆被产品时，可采用间接检验法中的交叉检验法。

　　5 . 2 直接检验法

　　5 . 2 . 1 操作步骤

　　直接检验的主要操作步骤见图 1 。

　　2

　　GB/T 41536—2022

　　图 1 直接检验的主要操作步骤

　　5 . 2 . 2 确定检验级别

　　根据真实性检验的目的和对检验结果的要求，确定检验级别：

　　a) 一级检验：对待检土地覆被遥感产品进行全样本检验，是最严格的检验，适用于对检验结果置信度要求高、产品范围小或对批量土地覆被遥感产品的抽检;

　　b) 二级检验：对待检土地覆被遥感产品的每个土地覆被类型或亚区域进行抽样检验，是次严格的检验，适用于需要获取每个土地覆被类型或亚区域一定置信水平检验结果的检验;

　　c) 三级检验：对待检土地覆被遥感产品的整体进行抽样检验，是最低水平的直接检验，适用于只需要获取待检土地覆被遥感产品一定置信水平总体检验结果的检验。

　　5 . 2 . 3 抽样设计

　　应根据待检土地覆被遥感产品范围内的地表条件，综合考虑检验级别和效率，确定不同的抽样设计方案，具体要求如下：

　　a) 确定样本数量：当采样单元为 3 × 3 像元的点样本时，对于三级检验，按 GB/T 39468—2020 附录 B 中样本量计算方法确定;对于二级检验，每种土地覆被类型或亚区域的样本数量分别根据三级检验的要求确定，总的样本数量是每种土地覆被类型或每个亚区样本数量之和;当采样单元为大于 10 × 10 像元的群样本时，三级检验和二级检验的群样本数量应不少于相应检验级别点样本数量的十分之一;

　　3

　　GB/T 41536—2022

　　b) 分配样本数量：当采样单元为 3 × 3 像元的点样本时，对于三级检验，宜根据待检土地覆被遥感产品中各类型的面积比例分配，以保证每种土地覆被类型都有一定数量的样本;对于二级检验，各土地覆被类型的样本数量直接采用相应的计算结果;当采样单元为大于 10 × 10 像元的群样本时，三级检验和二级检验每种土地覆被类型的群样本数量应不少于相应检验级别点样本数量的十分之一;

　　c) 空间 抽 样 方 法：按 照 GB/T 39468—2020 中 4 . 3 的 规 定，选 择 合 适 的 抽 样 方 法，宜 按 照GB/T 39468—2020 中 4 . 2 的规定分析待检土地覆被遥感产品的空间相关性特征，选取空间相关性相对较低的样本。

　　5 . 2 . 4 参考对象数据获取

　　直接检验的参考对象数据获取有两种方式，具体要求如下：

　　a) 外业调查：针对检验方案中选取的样本范围，实地确定样本范围内的土地覆被类型，适用于待检土地覆被遥感产品更新、难以通过更高空间分辨率遥感获取参考对象数据的检验;

　　b) 高分辨率遥感调查：使用米级或亚米级的高分辨率遥感影像，获取土地覆被分类数据作为参考对象，适用于产品覆盖范围大、检验工作量大或历史时期难以通过外业调查或通过外业调查获取参考对象数据成本更高时的情况;高分辨率遥感影像土地覆被分类过程中，对于难以确定的类型属性需结合外业调查确定，具体调查规程见 TD/T 1055—2019 。

　　5 . 2 . 5 空间尺度转换

　　根据待检土地覆被遥感产品的空间分辨率，对获取的相对真值数据进行空间尺度转换，将获取的相对真值数据转换为与待检土地覆被遥感产品像元分辨率和空间一致的相对真值。 对于硬分类产品的检验宜使用面积最大法;对于软分类产品，通过计算待检土地覆被遥感产品像元范围内相应类型的比例，实现尺度转换。

　　5 . 2 . 6 准确度评价

　　土地覆被遥感产品的准确度评价指标根据产品的类型确定，具体要求如下：

　　a) 硬分类产品：采用总体精度、使用者精度和生产者精度作为准确度评价指标，具体计算方法见附录 A ;

　　b) 软分类产品：采用基于模糊误差矩阵的总体精度、使用者精度和生产者精度作为优先的准确度评价指标，计算方法见附录 B;均方根误差和平均绝对误差作为辅助的准确度评价指标，计算方法见 GB/T 36296—2018 附录 A。

　　5 . 2 . 7 不确定度分析

　　土地覆被遥感产品的不确定度分析评价指标根据产品的类型确定，具体要求如下：

　　a) 硬分类产品：采用与准确度评价指标相对应的方差、标准差或置信区间作为不确定度分析评价指标，计算方法见附录 A ;

　　b) 软分类产品：采用与准确度评价指标相对应的方差和标准差作为不确定度分析评价指标，计算方法见附录 B 和 GB/T 36296—2018 附录 B。

　　5 . 3 间接检验法

　　5 . 3 . 1 操作步骤

　　土地覆被遥感产品的间接检验主要采用交叉检验法，其主要操作步骤见图 2 。

　　4

　　GB/T 41536—2022

　　图 2 交叉检验的主要操作步骤

　　5 . 3 . 2 参考对象数据获取

　　用于交叉检验的参考对象数据除了满足第 4 章基本要求，还应满足以下具体要求：

　　a) 参考对象的空间分辨率不低于待检土地覆被遥感产品;

　　b) 参考对象已经过真实性检验，其总体精度不低于预估的待检土地覆被遥感产品精度;

　　c) 样本数量根据参考对象的空间分辨率确定：如果参考对象的空间分辨率高于待检土地覆被遥感产品，其样本数量不小于直接检验中二级检验级别要求的最小样本总量;如果参考对象的空间分辨率与待检土地覆被遥感产品一致，为全样本检验。

　　5 . 3 . 3 参考对象数据处理

　　参考对象数据处理的具体步骤如下：

　　a) 空间分辨率一致性判断：判断参考对象与待检土地覆被遥感产品的空间分辨率是否一致，若 一致，则进行产品形式一致性判断;若不一致，应进行空间尺度转换;

　　b) 空间尺度转换：方法见 5 . 2 . 5 ;

　　c) 产品形式一致性判断：判断参考对象与待检土地覆被遥感产品的产品形式是否一致，若一致，

　　5

　　GB/T 41536—2022

　　则进行分类系统一致性判断;若不一致，应进行产品形式转换;

　　d) 产品形式转换：宜将参考对象数据根据占比最大法转换为硬分类;

　　e) 分类系统一致性判断：判断参考对象与待检土地覆被遥感产品的分类系统是否一致，若一致，则进行准确度评价;若不一致，应进行分类系统转换;

　　f) 分类系统转换：宜结合土地覆被类型的定义和专家知识进行转换;如果不可转换，应将其归并到一致的更大的类型中进行检验。

　　5 . 3 . 4 准确度评价

　　交叉检验的准确度评价指标按照 5 . 2 . 6 中的要求执行。

　　5 . 3 . 5 不确定度分析

　　交叉检验的不确定度分析评价指标按照 5 . 2 . 7 中的要求执行。

　　6 检验报告

　　6 . 1 封面信息

　　检验报告封面应包括以下信息：

　　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 待检土地覆被遥感产品概述

　　对待检土地覆被遥感产品进行描述，至少应包括但不限于以下内容：待检土地覆被遥感产品的来源、分类方法、分辨率、时相、覆盖范围、产品类型、分类系统定义及产品可能的应用领域等。

　　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。 对于直接检验，应包括但不限于以下内容：

　　a) 样本数量的计算过程;

　　b) 空间抽样模型;

　　c) 参考对象的获取方法;

　　d) 时间及数据处理。

　　对于间接检验，应包括但不限于以下内容：

　　a) 参考对象数据的来源;

　　b) 准确度。

　　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，应包括但不限于以下内容：

　　6

　　GB/T 41536—2022

　　a) 检验方法概述;

　　b) 检验流程;

　　c) 检验结果的评价指标;

　　d) 检验过程的记录要求;

　　e) 检验结果的存档。

　　6 . 2 . 4 真实性检验结论

　　对真实性检验结果进行描述，应包括但不限于以下内容：

　　a) 真实性检验结果总体评价：描述所检验土地覆被遥感产品的总体精度;

　　b) 分项指标评价：描述所检验土地覆被遥感产品在不同区域的精度;描述所检验土地覆被遥感产品在不同土地覆被类型的精度;

　　c) 分析检验过程中的不确定度。

　　6 . 2 . 5 附加信息

　　对土地覆被遥感产品真实性检验过程中遇到的问题和其他相关信息进行说明和描述，在可能的情况下给出待检土地覆被遥感产品应用中的注意事项及改进建议。

　　6 . 3 检验报告信息简表

　　土地覆被遥感产品真实性检验报告信息简表样例见附录 C。

　　7

　　GB/T 41536—2022

　　附 录 A

　　(资料性)

　　基于误差矩阵的准确度和不确定度指标计算方法

　　A.1 误差矩阵

　　误差矩阵是分类精度评价的一种标准形式，用于表示待检土地覆被遥感产品某一土地覆被类型与参考对象相应类型的比较阵列，误差矩阵见表 A. 1 。

　　表 A.1 误差矩阵表

　　待检产品类型

　　参考对象类型

　　分类总和

　　类型 1

　　类型 2

　　…

　　类型 j

　　…

　　类型 q

　　类型 1

　　P11

　　P12

　　…

　　P1j

　　…

　　P1q

　　P1 +

　　类型 2

　　P12

　　P22

　　…

　　P2j

　　…

　　P2q

　　P2+

　　…

　　…

　　…

　　…

　　…

　　…

　　…

　　…

　　类型 i

　　Pil

　　Pi2

　　…

　　Pij

　　…

　　Piq

　　Pi+

　　…

　　…

　　…

　　…

　　…

　　…

　　…

　　…

　　类型 q

　　q1

　　P

　　q2

　　P

　　…

　　qj

　　P

　　…

　　qq

　　P

　　q+

　　P

　　实测总和

　　P+ 1

　　P+ 2

　　…

　　P+j

　　…

　　P+q

　　1

　　注：q为类型的数量，Pij为待检产品属于i类而参考对象属于j类像元的加权比例，按公式(A. 1)进行计算。 Pi+为待检产品中第 i类像元加权比例的总和，Pi Pij 。P+j为参考对象中第j类像元加权比例的总和，P+j Pij 。

　　表 A. 1 中 Pij按照公式(A. 1)进行计算。

　　Pij=wi …………………………( A.1 )

　　式中：

　　wi —待检产品类型为 i 的像元比例;

　　nij —为待检产品中属于 i类而参考对象中属于j类的样本像元数量;

　　ni+—待检产品类型为 i 的样本像元总数。

　　A.2 准确度评价指标

　　A.2. 1 总体精度 O(^)按照公式(A. 2)进行计算。

　　Pjj …………………………( A.2 )

　　式中：

　　Pjj—参考对象和待检产品同为 j 类像元的加权比例，即表 A. 1 的对角线值。

　　A.2.2 某一类型 i的使用者精度U(^)i 按照公式(A. 3)进行计算。

　　…………………………( A.3 )

　　式中：

　　Pi—待检产品和参考对象同为 i类像元的加权比例，即表 A. 1 的对角线值。

　　8

　　GB/T 41536—2022

　　A.2.3 某一类型 j的生产者精度 P(^)j 按照公式(A. 4)进行计算。

　　…………………………( A.4 )

　　A.3 不确定度评价指标计算

　　A.3 . 1 方差

　　A.3. 1 . 1 总体精度的方差V(^)(O(^))按照公式(A. 5)进行计算。

　　…………………………

　　A.3. 1 .2 使用者精度的方差V(^)(U(^)i)按照公式( A. 6 ) 进行计算。

　　V(^)(U(^)i)=U(^)i(1 - U(^)i)/(ni+ - 1) …………………………( A.6 )

　　A.3. 1 .3 生产者精度的方差V(^)( P(^)j)按照公式(A. 7)进行计算。

　　式中：

　　N(^)+j—参考对象类型为 j的像元总数估计值，计算方法见公式(A. 8) ;

　　Nj+—待检产品类型为 j 的像元总数;

　　nj+ —待检产品类型为 j 的样本像元总数;

　　Ni+—待检产品类型为 i 的像元总数。

　　nij …………………………( A.8 )

　　A.3 . 2 标准差

　　A.3.2. 1 总体精度的标准差 S(O(^))按照公式(A. 9)进行计算。

　　S …………………………( A.9 )

　　A.3.2.2 使用者精度的标准差 S(U(^)i)按照公式( A. 10) 进行计算。

　　S=槡 …………………………( A.10 )

　　A.3.2.3 生产者精度的标准差 S(P(^)j)按照公式(A. 11)进行计算。

　　S=槡 …………………………( A.11 )

　　A.3 . 3 置信区间

　　A.3.3. 1 总体精度的置信区间 CI(O(^))按照公式(A. 12)进行计算。

　　CI …………………………( A.12 )

　　式中：

　　≈—标准正态分布分位数，按照 GB/T 4086 . 1—1983 正态分布分位数表查询。 一般置信度为95%时，≈=1.96, 置信度为 90%时，≈= 1.645。

　　A.3.3.2 使用者精度的置信区间 CI(U(^)i)按照公式( A. 13) 进行计算。

　　9

　　GB/T 41536—2022

　　CI = ±≈槡 …………………………( A.13 )

　　A.3.3.3 生产者精度的置信区间 CI(P(^)j)按照公式(A. 14)进行计算。

　　CI = ±≈槡 …………………………( A.14 )