CN106022790A - 一种定量遥感产品真实性检验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定量遥感产品真实性检验系统，包括真实性检验数据库子系统、真实性检验精度分析子系统和内外部接口；真实性检验数据库子系统包括数据获取模块、数据转换模块、尺度转换模块、数据管理模块；真实性检验精度分析子系统包括数据匹配整合模块、精度指标计算模块、报表生成模块。本发明收集得到的真实性检验多尺度验证数据，并基于不同遥感产品的尺度转换方法，尺度上推到像元尺度，得到“相对真值”，运用不同的真实性检验方法来对不同空间分辨率和时间分辨率的陆表定量遥感产品的精度给出合理的评价，并对产品的不确定性进行分析，为陆表遥感产品的广泛应用提供定量化依据，实现对定量遥感产品进行流程化、自动化的真实性检验。

Description

一种定量遥感产品真实性检验系统

技术领域

本发明涉及遥感技术领域，尤其涉及一种定量遥感产品真实性检验系统。

背景技术

陆表定量遥感产品具有长时间连续性观测的优点，在区域地表能量平衡、气候变化等方面起着不可或缺的作用。然而，在其广泛应用之前，需要对产品的精度进行严格评价。定量遥感产品真实性检验是指通过和参考数据(相对真值)的比较，独立地评价定量遥感产品的精度和不确定性的过程。定量遥感产品的真实性检验是评价定量遥感产品的精度和稳定性的重要手段，对于提高遥感产品定量化的水平，推动遥感产品的应用广度，具有十分重要的意义。

目前，很多学者对遥感产品的真实性检验进行研究，总结归纳出了直接检验、间接检验、交叉检验三种主要的真实性检验方法。然而，不同的学者在同一类地表类型下对同一种产品进行真实性检验，却存在数据处理步骤不同、精度评价指标的选择不一等问题，其精度检验结果也不尽相同。而且，不同的真实性检验小组，其验证数据库的存储是异步的，数据的共享和传输存在困难。因此，独立的准确的评价遥感反演产品和遥感应用产品的方法就显得十分重要。根据国际卫星观测委员会(CEOS)定标与真实性检验组(WGCV)的定义，遥感真实性检验，是运用独立的方法对从系统中衍生出来的产品的质量进行评价的方法。只有在真实性检验的基础上对各种遥感产品的精度给出定量的评估，才能进一步提高遥感定量化水平。因此，如何能够完成遥感产品的真实性检验是亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种定量遥感产品真实性检验系统，是基于计算机网络技术以定量遥感产品精度检验为目的地验证系统，该系统对收集得到的真实性检验多尺度验证数据(地面站点，中高分辨率遥感数据，中低分辨率遥感产品)，并基于不同遥感产品的尺度转换方法，尺度上推到像元尺度，得到“相对真值”，运用不同的真实性检验方法来对不同空间分辨率和时间分辨率的陆表定量遥感产品的精度给出合理的评价，并对产品的不确定性进行分析，为陆表遥感产品的广泛应用提供定量化依据，实现对定量遥感产品进行流程化、自动化的真实性检验。

为实现上述目的，本发明提供了一种定量遥感产品真实性检验系统，包括真实性检验数据库子系统、真实性检验精度分析子系统和内外部接口：

真实性检验数据库子系统，用于对地面验证数据和参考遥感影像数据进行标准化入库，获取像元尺度验证数据库的全流程；

真实性检验精度分析子系统，用于对像元尺度验证数据库数据搜寻，并按照搜寻结果，生成产品订单，向其他定量遥感产品生产系统订购待检验的定量遥感产品，然后根据相同的经数据纬度信息，提取该两部分数据，形成匹配表；

内外部接口，完成整个系统与外部的产品生产系统之间的数据信息交换，以及真实性检验数据库子系统和真实性检验精度分析子系统的信息交互功能操作；

其中，真实性检验数据库子系统包括数据获取模块、数据转换模块、尺度转换模块、数据管理模块；

真实性检验精度分析子系统包括数据匹配整合模块、精度指标计算模块、报表生成模块。

进一步地，所述数据获取模块完成各类遥感数据的获取，遥感数据包括地面台站测量值、实地测量值、交叉检验影像数据，以上数据以原始数据文件形式、原始数据表格和影像格式存在于原始尺度的数据库内。

进一步地，所述数据转换模块对原始尺度数据库内的测量数据进行处理，包括对原始尺度数据库内的数据进行存储转换、对中间数据进行计算得到待检验参数、对数据质量进行评价，获取指定格式的符合入库标准的中间数据文件，通过查询提取，获取原始尺度1级数据。

进一步地，所述数据转换模块还包括对参考的影像进行处理，包括对参考影像进行读取，然后进行数值转换和精度信息提取操作，实现像元提取。

进一步地，所述尺度转换模块对原始尺度1级数据进行空间尺度转换判断，如果需要进行空间尺度转换，就对原始尺度1级数据，利用系统内上传的尺度转换模型进行尺度转换，并得到具备一定的空间尺度的2级数据，而后，再进行时间尺度转换，得到具备指定时空尺度的3级数据。

进一步地，所述数据管理模块对具备时空尺度的3级数据进行分类入库，对具备时空尺度的3级数据，入像元尺度检验数据库中，并通过界面交互获取得到的用户检验信息，对数据库内的数据进行检索，获取需要检验的定量遥感产品的检验参数。

进一步地，所述数据匹配整合模块根据用户输入的待检验区域的经纬度信息、空间分辨率信息，通过数据管理模块获取特定时空分辨率产品和实测数据后，逐像元进行匹配，生成像元尺度匹配数据表。

进一步地，所述精度指标计算模块对经过数据匹配生成的像元匹配数据表数据进行提取后，对具有相同时空尺度的像元尺度真值和待检验产品像元进行对比，计算出偏差(Bais)、绝对误差(AE)、均方根误差(RMSE)、平均绝对百分比误差(MAPE)、相关系数(Corr)参数。

进一步地，所述报表生成模块实现对计算生成的各种指标的结果成图和保存生成PDF格式报告，包括基于地面单点和多点的真实性检验报告，引入高分辨率影像的真实性检验报告，交叉检验或间接检验真实性报告。

本发明的有益效果是：

基于计算机网络技术以定量遥感产品精度检验为目的的验证系统，该系统对收集得到的真实性检验多尺度验证数据(地面站点，中高分辨率遥感数据，中低分辨率遥感产品)，并基于不同遥感产品的尺度转换方法，尺度上推到像元尺度，得到“相对真值”，运用不同的真实性检验方法来对不同空间分辨率和时间分辨率的陆表定量遥感产品的精度给出合理的评价，并对产品的不确定性进行分析，为陆表遥感产品的广泛应用了提供定量化依据，实现了对定量遥感产品进行流程化、自动化的真实性检验。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的真实性检验数据库子系统工作流程图。

图2是本发明的真实性检验精度分析子系统工作流程图。

图3是本发明的数据获取模块工作流程图。

图4是本发明的数据转换模块对测量的数据进行处理的工作流程图。

图5是本发明的数据转换模块对参考的影像进行处理的工作流程图。

图6是本发明的尺度转换模块工作流程图。

图7是本发明的数据管理模块工作流程图。

图8是本发明的数据匹配整合模块工作流程图。

具体实施方式

如图1、2所示，一种定量遥感产品真实性检验系统，包括真实性检验数据库子系统、真实性检验精度分析子系统和内外部接口：

真实性检验数据库子系统，完成对地面验证数据和参考遥感影像数据进行标准化入库，获取像元尺度验证数据库的全流程；

真实性检验精度分析子系统，实现对像元尺度验证数据库数据搜寻，并按照搜寻结果，生成产品订单，向其他定量遥感产品生产系统订购待检验的定量遥感产品，然后根据相同的经数据纬度信息，提取该两部分数据，形成匹配表；

内外部接口，完成整个系统与外部的产品生产系统之间的数据信息交换，以及真实性检验数据库子系统和真实性检验精度分析子系统的信息交互功能操作；

其中，真实性检验数据库子系统包括数据获取模块、数据转换模块、尺度转换模块、数据管理模块；

真实性检验精度分析子系统包括数据匹配整合模块、精度指标计算模块、报表生成模块。

本发明的真实性检验数据库子系统部分采用MySQL数据库作为底层数据库。考虑到系统的可扩展性、功能服务的可重用性，本发明的遥感产品真实性检验系统采用SOA作为基本框架，将三部分：真实性检验数据库、真实性检验精度分析系统内外部接口，完美地结合成为一个整体。SOA框架体系结构是一种粗粒度、松耦合、面向服务的软件架构模式，服务之间通过简单、精确定义接口进行通讯，不涉及底层编程接口和通讯模式，因而使得IT更有弹性，以更快的响应业务单位的需求。SOA描述了一套完善的开发模式来帮助客户端应用连接到服务上，这些模式定制了系列机制用于描述服务、通知及发现服务、与服务进行通信。

在SOA框架中，采用Webservice技术对每一个功能模块进行封装，形成服务，进而在ESB进行注册，经过模型管理后，被服务消费者调用,这一过程在系统被称为模型库。模型库将系统所有通过web service服务封装的功能进行管理，用户通过定制的模型编排过程调用相关功能模块，进而实现真实性检验过程。

本实施例中，所述数据获取模块完成各类遥感数据的获取，包括地面台站测量值、实地测量值、交叉检验影像数据，以上数据以原始数据文件形式、原始数据表格和影像格式存在于原始尺度的数据库内。

数据获取模块主要完成各类遥感数据的获取。这些数据主要包括以文件形式存在的数据、以Zip格式存在的数据、已有数据库中按照数据库表存在的数据。完成这些功能需要不同的函数协作实现，处理流程如图3所示。为了实现web service对该服务功能的封装，需要对该函数进行统一的输入和输出定义。考虑到这一因素，模块的输入应该为获取文件的路径和格式，输出应该为文件的地址和格式。

在定量遥感产品真实性检验系统(LAPVAS)的数据获取模块中收集的数据来源可以分为以下几种：

(1)长期站点观测数据，主要是通过自动观测仪器获取的连续观测数据集，主要获取的要素包括：气溶胶、下行短波辐射、下行长波辐射、反照率、地表温度、净辐射、土壤水分、感热通量、潜热通量、蒸散等。

(2)地面试验观测数据，主要是收集整理地面观测试验获取的数据，除了以上自动观测数据要素在试验期间可以获得以外，重点获取部分人工观测为主的数据。例如叶面积指数、覆盖度等。

(3)遥感产品数据，包括用于交叉验证的第三方遥感产品和用于尺度转换和尺度效应分析的中间尺度遥感产品。

这几种定量遥感数据经过数据库模块处理，得到像元尺度数据。为了方便表述真实性检验过程中产生的各类数据，在进行数据库设计的过程中，根据地表数据处理的过程，地面观测数据可以分为4个级别：

(1)Level 0数据，为原始数据，该数据是从各种来源获取的数据直接的存储和备份，并对其进行编目和整理。

(2)Level 1数据，在level 0级数据的基础上，对数据将原始数据处理计算生成格式统一的数据。

(3)Level 2数据，对Level 1数据经过逻辑性错误数据订正、仪器性数据错误删除等完整的数据质量控制，最终生成的规范化目标产品。

(4)Level 3数据，通过空间插值等尺度上推方案形成的像元尺度的地面观测数据。

第三方遥感产品数据可以分为2个级别：

(1)Level 0数据，为原始数据，该数据是从各种来源获取的数据直接的存储和备份，并对其进行编目和整理。

(2)Level 1数据，在level 0级数据的基础上，完成数据格式转换、投影转换和质量控制的规范化目标产品。

真实性检验中间尺度遥感产品数据可以分为3个级别：

(1)Level 0数据，为原始数据，该数据是从各种来源获取的数据直接的存储和备份，并对其进行编目和整理。

(2)Level 1数据，在level 0级数据的基础上，完成数据辐射校正、大气校正和几何校正后的预处理数据。

(3)Level 2数据，在level 1级数据的基础上，根据地面数据进行遥感产品估算，形成中间尺度遥感产品数据。

本实施例中，数据转换模块主要实现对不同来源的数据进行规范化处理，包括对数据格式进行转换，形成符合入库标准的库文件；对中间数据进行计算得到待检验参数；对数据质量进行评价；对原始数据进行质量分级，建立符合入库标准的中间数据。其中，对数据格式进行转换，建立符合入库标准的中间数据均是对文件进行直接操作。而对中间数据进行计算是因为在实际中，待检验产品的检验参数可能实地测量时候，不能直接测量得到，或者测量得到的参数需要进行某种转换才能够参与到产品的真实性检验中，因此，需要对该测量的参数进行计算，并根据计算中的各个指标对数据的质量进行分等定级，计算过程共包括两个部分，第一是对测量的数据进行处理，第二就是对参考的影像进行处理，流程如图4、5所示，同样该模块的接口也需要严格的定义，数据转换模块的输入为文件的地址，输出的是中间数据库表。

本实施例中，所述尺度转换模块对原始尺度1级数据进行空间尺度转换判断，如果需要进行空间尺度转换，就对原始尺度1级数据，利用系统内上传的尺度转换模型进行尺度转换，并得到具备一定的空间尺度的2级数据，而后，再进行时间尺度转换，得到具备指定时空尺度的3级数据。如图6所示，尺度转换包括空间尺度转换和时间尺度转换。针对不同分辨率，不同类别的待检验产品，可能使用不同的尺度转换方法，用户可以根据需要选择合适的尺度转换模型，而在LAPVAS中仅考虑加权平均的方法。尺度转换模块的输入是中间处理的数据库表，输出像元尺度的数据文件。

本实施例中，所述数据管理模块对具备时空尺度的3级数据进行分类入库，对具备时空尺度的3级数据，入像元尺度检验数据库中，并通过界面交互获取得到的用户检验信息，对数据库内的数据进行检索，获取需要检验的定量遥感产品的检验参数。数据管理模块是本发明比较重要的模块，如图7所示，用户通过人机交互接口输入必要的参数，并通过系统内外部接口生成用户XML文件投递给数据管理模块，然后通过数据解析函数解析出用户需要进行验证数据产品的相关信息。然后，通过数据库相关操作，检索数据库中是否存在对应区域的数据，如果存在，则查询该区域，该产品是否检验过，如果检验过，直接返回检验成果。否则，生产产品订单，并投送其他产品生产系统，获取检验待产品信息。

本实施例中，所述数据匹配整合模块根据用户输入的待检验区域的经纬度信息、空间分辨率信息，通过数据管理模块获取特定时空分辨率产品和实测数据后，逐像元进行匹配，生成像元尺度匹配数据表。该模块的输入是指定区域内待检验遥感产品的地址和像元尺度数据库表，输出的是像元尺度匹配数据表，数据处理流程如图8所示。

本实施例中，所述精度指标计算模块对经过数据匹配生成的像元匹配数据表数据进行提取后，对具有相同时空尺度的像元尺度真值和待检验产品像元进行对比，计算出Bais、AE、RMSE、MAPE、Corr参数。

本实施例中，所述报表生成模块实现对计算生成的各种指标的结果成图和保存生成PDF格式报告，包括基于地面单点和多点的真实性检验报告，引入高分辨率影像的真实性检验报告，交叉检验或间接检验真实性报告。

综上所述，本发明的定量遥感产品真实性检验系统可以分为7个一级模块，包括数据获取模块，数据转换模块，尺度转换模块，数据管理模块，数据匹配整合模块，精度指标计算模块，报表生成模块。

其中，真实性检验数据库子系统包含数据获取模块、数据转换模块、尺度转换模块、数据管理模块，主要功能包括：数据采集入库、数据校验评价、数据管理、数据标准化和数据转换。真实性检验的数据包括三部分：地面台站测量值、实地测量值、交叉检验影像。这三部分检验原始数据通过数据获取模块内部函数的处理，获取以不同格式存在的原始影像(文件形式存在、数据库表形式存在，以及影像格式存在)，这部分数据通过数据库相关操作，进入原始尺度的数据库内。原始尺度数据库内的数据通过数据转换模块的存储转换、中间数据计算功能，获取指定格式的符合入库标准的文件，通过查询提取，获取原始尺度1级数据。然后，通过尺度转换功能模块，对原始尺度1级数据进行空间尺度转换判断，如果需要进行空间尺度转换，就对原始尺度1级数据，利用系统内上传的尺度转换模型进行尺度转换，并得到具备一定的空间尺度的2级数据，而后，再进行时间尺度转换，得到具备指定时空尺度的3级数据。数据管理模块对具备时空尺度的3级数据进行分类入库，对具备时空尺度的3级数据，入像元尺度检验数据库中，并通过界面交互获取得到的用户检验信息，对数据库内的数据进行检索，获取需要检验的定量遥感产品的检验参数。

真实性检验精度分析子系统包括数据匹配整合模块、精度指标计算模块、报表生成模块，主要功能为：数据获取、数据匹配、数据关联整合、真实性检验与质量分析评价等。真实性检验数据库子系统像元尺度真实性检验数据库建立后，针对数据库已有数据选择真实性检验方法来对待检验的影像进行真实性检验精度分析工作。数据匹配整合模块是检索获取像元尺度真实性检验数据，根据这些数据的时空尺度等信息生成真实性检验数据申请单，从共性产品生产系统获取数据，进行逐像元匹配得出真实性检验指标，生成真实性检验报告。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种定量遥感产品真实性检验系统，其特征在于，包括:

真实性检验数据库子系统，用于对地面验证数据和参考遥感影像数据进行标准化入库，获取像元尺度验证数据库的全流程；

真实性检验精度分析子系统，用于对像元尺度验证数据库数据搜寻，并按照搜寻结果，生成产品订单，向其他定量遥感产品生产系统订购待检验的定量遥感产品，然后根据相同的经数据纬度信息，提取该两部分数据，形成匹配表；以及

内外部接口，用于整个系统与外部的产品生产系统之间的数据信息交换，以及真实性检验数据库子系统和真实性检验精度分析子系统的信息交互功能操作；

其中，所述真实性检验数据库子系统包括数据获取模块、数据转换模块、尺度转换模块、数据管理模块；所述真实性检验精度分析子系统包括数据匹配整合模块、精度指标计算模块、报表生成模块。

2.如权利要求1所述的一种定量遥感产品真实性检验系统，其特征在于，所述数据获取模块用于各类遥感数据的获取，遥感数据包括地面台站测量值、实地测量值、交叉检验影像数据，以上数据以原始数据文件形式、原始数据表格和影像格式存在于原始尺度数据库内。

3.如权利要求2所述的一种定量遥感产品真实性检验系统，其特征在于：所述数据转换模块对原始尺度数据库内的测量数据进行处理，包括对原始尺度数据库内的数据进行存储转换、对中间数据进行计算得到待检验参数、对数据质量进行评价，获取指定格式的符合入库标准的中间数据文件，通过查询提取，获取原始尺度1级数据。

4.如权利要求2所述的一种定量遥感产品真实性检验系统，其特征在于：所述数据转换模块还包括对参考的影像进行处理，包括对参考影像进行读取，然后进行数值转换和精度信息提取操作，实现像元提取。

5.如权利要求3所述的一种定量遥感产品真实性检验系统，其特征在于：所述尺度转换模块对原始尺度1级数据进行空间尺度转换判断，如果需要进行空间尺度转换，就对原始尺度1级数据，利用系统内上传的尺度转换模型进行尺度转换，并得到具备一定的空间尺度的2级数据，而后，再进行时间尺度转换，得到具备指定时空尺度的3级数据。

6.如权利要求5所述的一种定量遥感产品真实性检验系统，其特征在于：所述数据管理模块对具备时空尺度的3级数据进行分类入库，对具备时空尺度的3级数据，入像元尺度检验数据库中，并通过界面交互获取得到的用户检验信息，对数据库内的数据进行检索，获取需要检验的定量遥感产品的检验参数。

7.如权利要求6所述的一种定量遥感产品真实性检验系统，其特征在于：所述数据匹配整合模块根据用户输入的待检验区域的经纬度信息、空间分辨率信息，通过数据管理模块获取特定时空分辨率产品和实测数据后，逐像元进行匹配，生成像元尺度匹配数据表。

8.如权利要求7所述的一种定量遥感产品真实性检验系统，其特征在于：所述精度指标计算模块对经过数据匹配生成的像元匹配数据表数据进行提取后，对具有相同时空尺度的像元尺度真值和待检验产品像元进行对比，计算出偏差、绝对误差、均方根误差、平均绝对百分比误差、相关系数参数。

9.如权利要求8所述的一种定量遥感产品真实性检验系统，其特征在于：所述报表生成模块实现对计算生成的各种指标的结果成图和保存生成PDF格式报告，包括基于地面单点和多点的真实性检验报告，引入高分辨率影像的真实性检验报告，交叉检验或间接检验真实性报告。