202032013《IMU／GNSS辅助低空高光谱数据获取技术规范》征求意见稿.docx

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1、ICS07.040CCSA77CH中华人民共和国测绘行业标准CHTXXXXX-XXXXIMU/GNSS辅助低空高光谱数据获取技术规范SpecificationsforIMU/GNSSsupporteddataacquisitionoflow-altitudehyperspectralaerialphotography（征求意见稿）（本草案完成时间：2023年7月）在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施中华人民共和国自然资源部发布目次前言III引言IV1范围12规范性引用文件13术语和定义14技术流程25工作准备24I航摄平

2、台和系统准备249航摄规划3K2空域使用申请4、4飞行前准备46数据获取5fi1基本要求5K）地面GNSS基站数据获取6RR地面定标场光谱测量6fi4地物光谱测量6fiG原始数据质量检查67数据预处理77I光谱校正77夕几何校正774条带拼接处理874预处理质量检查88数据产品分级与质量检查8R1预处理产品分级8fti）预处理产品检查89成果整理与移交9Q1成果整理9D0资料移交9附录A（资料性）航摄常用计算公式10附录B（资料性）飞行测量记录表12附录C（资料性）地面作业记录表15附录D（资料性）航带原始数据信噪比16附录E（资料性）反射率计算方法17附录F（资料性）航线示意图18附录G（资

3、料性）航摄资料移交书19参考文献20本文件按照GB/T1.1-2020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。本文件由中华人民共和国自然资源部提出。本文件由全国地理信息标准化技术委员会测绘分技术委员会(SACTC230/SC2)归口。本文件起草单位：广东省国土资源测绘院、核工业北京地质研究院、江苏省地质勘查技术院、华南师范大学、南京工业大学、广州星博科仪有限公司。本文件主要起草人：付振华、刘洪成、刘金沧、王斌、黄岩、黄小川、罗文斐、李琴、张广运、张洋、赵国凤、叶发旺、夏进亮、戴诗涛、梁森、鲁纳川、刘

4、文建、白航、陆迪雄。本文件根据国内低空高光谱航摄系统的技术水平、应用情况及相关软硬件生产现状，参照有关高光谱数据获取标准制定，对IMU/GNSS辅助低空高光谱数据获取工作进行规范。本文件中的“低空高光谱数据获取非严密概念，仅作为代名词以区别于机载成像高光谱遥感数据获取、传统数字航空摄影，其特点如下：1.相对航高较低，一般在100OIn以下；2 .采用高光谱成像仪作为传感器进行数据获取工作；3 .国内低空高光谱数据获取传感器系统以推扫式为主,本文件主要针对推扫式低空高光谱数据获取方式，框幅式低空高光谱数据获取方式可根据本文件参考执行。IMU/GNSS辅助低空高光谱数据获取技术规范1范围本文件规定

5、了IMU/GNSS辅助低空高光谱数据获取的工作准备、数据获取、数据预处理、预处理产品分级及质量、成果整理与移交的基本要求。本文件适用于自然资源领域的低空高光谱数据获取工作，生态环境、应急管理、精准农业等领域的低空高光谱数据获取可参考执行。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/T27919-2011DIU/GPS辅助航空摄影技术规范GB/T27920.1数字航空摄影规范第1部分：框幅式数字航空摄影GB/T27920.2数字航空摄影

6、规范第2部分：推扫式数字航空摄影3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。31IMUinertialmeasurementunit惯性测量单元，用于测量高光谱数据获取瞬间影像的姿态参数。a，GNSSglobalnavigationsateIlitesystem全球导航卫星系统，用于测量高光谱数据获取瞬间摄影中心的位置参数。高光谱数据Hyperspectraldata从成像光谱仪获取的，光谱通道狭窄、光谱分辨率一般优于10nm、光谱范围可覆盖从可见光到近红外，甚至到中远红外、并且光谱连续的数据。峰值信噪比peaksigna-to-noiseratio信号与噪声的最大可能功率谱之比。辐射定标radi

7、ometriccaIibration将高光谱图像的数字量化值转化为辐射亮度值的处理过程。1AGNSS偏心分量GNSSIeverarms在以摄影中心为原点、摄影主光轴方向为Z轴（天顶方向为正）、航线方向为X轴（飞行方向为正）、垂直于XOZ方向为Y轴的右手坐标系中，GNSS天线相位中心的三维坐标。来源:GB/T27920.2-2012,3.3光谱漂移spectraIshift高光谱遥感器的通道中心因位置变化导致的波长漂移。光谱重建spectraIreconstruction将高光谱图像辐射亮度值转为地表反射率数据的处理过程。4技术流程IMU/GNSS辅助低空高光谱数据获取技术流程包括工作准备、数据

8、获取、数据预处理、数据产品分级与质量检查以及成果整理与移交，技术流程图见图1。工作准备成果整理，移交图IIMU/GNSS辅助低空高光谱数据获取技术流程图5工作准备4 1航摄平台和系统准备4.1.1 低空飞行平台低空飞行平台应符合以下要求：a）应有足够的载荷能力，满足安装成像光谱仪及相关配套设备的要求；b）保证卫星导航定位信号接收正常；c）应配有充足的电池或电源供电系统；d）满足工作环境温度要求。4.1.2 高光谱成像仪根据任务目标，选择符合要求、性能稳定的高光谱成像仪，其性能应满足以下要求：a）推扫式高光谱成像仪谱段范围宜包含400nm2500nm,框幅式高光谱成像仪谱段范围宜包含400nmI

9、oOOnm；b）谱段范围（VNlR）400nmIoOOnm,光谱分辨率应优于10nm；谱段范围（SwIR）IOoonm2500nm,光谱分辨率应优于15nm；c）可见光近红外（VNIR）峰值信噪比优于200:1,短波红外（SWIR）峰值信噪比优于100:1；d）性能稳定，工作前应经过辐射定标。5 .1.3IMU/GNSS装置IMU/GNSS系统应符合以下要求：a） GNSS接收机应为动态多频GNSS接收机，采样间隔不应大于0.2s；b） GNSS天线应采用航空型产品，具有动态多频接收能力，并有精确定义和稳定的相位中心，能在低空、低速飞行状态下正常工作；c）推扫式高光谱成像仪IMU数据记录频率以

10、不小于200Hz,框幅式高光谱成像仪IMU数据记录频率以不小于64HZ为宜；d）IMU/GNSS联合解算测角中误差：横滚角和俯仰角不应大于0.3,航偏角不应大于0.3。5.1.4地面GNSS基站地面GNSS基站应符合以下要求：a）基站GNSS接收机应为测量型多频GNSS接收机，最小采样间隔不大于0.5s；b）GNSS天线应带有抑径板或抑径圈，具有多频接收能力；c）应配有足量的电池或电源系统，能保证高光谱数据获取过程中供电不间断；d）应配有能适应满架次作业所需地面观测数据存储要求的存储器。5.1.5地物波谱仪地物波谱仪的性能应满足以下要求：a）谱段范围为可见光一短波红外，波长为400nm2500

11、nm；b）可见光范围光谱分辨率优于3nm：短波红外范围光谱分辨率优于7nm；c）光谱采集视场角为125；d）地物波谱仪性能稳定，配带标准定标板。“航摄规划5.2.1资料收集5.2.1.1测区资料航摄前进行测区地理、地形和气象等资料的收集，作为航摄规划的依据。5.2.1.2底图资料飞行设计底图应选择满足任务需要的相应比例尺地形图、数字正射影像图（DOM）或数字高程模型（DEM）O对于低空高光谱数据获取，底图比例尺宜优于1：5000o5.2.2地面分辨率地面分辨率应根据测区的地物目标大小和地形特点，在确保满足影像用途和数据精度的前提下，本着有利于缩短作业周期、降低成本、提高测量综合效益的原则，在表

12、1的范围内选择。也可根据待识别地物目标的尺寸而定，分辨率不宜低于待识别目标地物尺寸大小的50%。表1地面分辨率测图比例尺地面分辨率/cm1:50051:1000WIO1:2000201：5000501：100001005.2.3测区分区5.2.3.1分区原则a）应根据测区大小、形状、地形条件等因素，结合实际应用需求进行合理分区；b）当测区过长时，按照地面卫星导航定位基站有效控制范围、高光谱成像仪性能限制和气象条件等因素进行合理分区；c）当地形起伏较大时，按照测区高差不大于五分之一相对航高（以分区的平均高程为基准）进行分区设计。5.2.3.2分区编号根据分区原则,在设计底图上将测区划分为若干个分

13、区，并按从左到右、自上而下的顺序进行编号。5.2.3.3分区基准面高度依据分区地形起伏和飞行安全条件等确定分区基准面高度，具体计算公式参见附录A中的A.1。5.2.4航线设计5.2.4.1设计原则a）航线一般沿测区长轴方向，或综合考虑地貌条件、工作效率、气象条件和具体工作需要等因素而定，或者沿地理南北、东西方向飞行；b）旁向重叠度一般不低于30%,在陡靖山区、高大建筑物密集的城镇地区、海岛、道路、管线、河流等摄区航摄时，旁向重叠度设计宜适当加大：框幅式高光谱成像仪航向重叠度般不低于65%。具体应根据测区地形情况和飞行条件选择；c）位于测区边缘的首末航线应设计在测区边界线上或边界线外；cl）每条

14、航线首尾应超出数据采集区域至少一个航线间距的长度。5.2.4.2飞行速度计算飞行速度（地速）根据高光谱成像仪扫描周期和地面分辨率确定,具体计算公式参见附录A中的A.2。5.2.4.3飞行高度计算飞行富度（相对航高、绝对航高）根据5.2.2所确定的空间分辨率和高光谱成像仪的瞬时视场确定，具体计算公式参见附录A中的A.3。5.2.4.4设计内容航线设计内容包括：a）测区代号；b）分区编号；c）航线及编号；d）测区角点坐标；e）重要城镇、河流、湖泊；f）国界及禁飞区；g）航线长度。5.2.4.5飞行方案编写、审批根据数据采集任务需要和本方案要求，编写飞行方案，并经委托方审批同意后，方可执行。K4空域

15、使用申请查询空域管制区范围，根据工作任务和航线参数计算的结果，依法向空域管理部门申请空域使用。B4飞行前准备5.4.1野外踏勘野外踏勘应开展以下工作：a）应选定基站架设地和飞行器起降场地，初步确定同步观测点。航空飞行器起降场地应远离高压线，周围视野开阔且无高塔、高楼、大树等阻挡物，应远离住宅楼；b）查实研究区是否在禁飞区范围内。5.4.2定标场选择5.4.2.1选择标准在飞行实施前，应根据以下要求选择定标场：a）应选择合格的定标板/布作为定标场；b）定标板/布应具有光谱均匀性；c）定标板/布要均匀、平整，具有良好的朗伯体特性；d）定标场应分别选择反射特性均匀、面积宜不小于当前地面分辨率下5X5个像元的黑板/布、白板/布或灰板/布；白板反射率大于07,白布反射率大于0.5,黑板/布反