DB37_T 4219-2020 海洋监视监测无人机应用技术规范.pdf

ICS 07.060 CCS A 45 山东省地方标准 DB37/T 42192020 37 海洋监视监测无人机应用技术规范 Technical code for application of unmanned aerial vehicle in marine monitoring 2020-12-30 发布 2021-01-30 实施 山东省市场监督管理局 发 布 目次 前言.II 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 监视监测内容.2 5 监视监测方法.2 5.1 海域监视监测.2 5.2 海岛监视监测.2 5.3 海洋灾害监视监测.2 5.4 海洋开发活动监视监测.2 6 监视监测要求.3 6.1 无人机飞行作业通用要求.3 6.2 低空数字航空摄影测量技术要求.3 6.3 倾斜数字航空摄影技术要求.3 6.4 红外监测技术要求.4 6.5 高光谱监测技术要求.5 6.6 航空拍摄技术要求.6 7 成果要求.6 7.1 数学基础.6 7.2 数字正射影像图.6 7.3 倾斜摄影数据和三维立体模型.6 7.4 红外拼接影像图.7 7.5 高光谱数据.7 7.6 红外和可见光视频数据.7 7.7 信息提取.7 7.8 成果制作.8 8 资料归档.8 参考文献.9 前言 本文件按照GB/T 1.12020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。本文件由山东省海洋局提出并组织实施。本文件由山东省海洋标准化技术委员会归口。本文件起草单位：山东省水产设计院、山东省海洋工程咨询协会、国家海洋技术中心、天津航天中为数据系统科技有限公司。本文件主要起草人：贺志鹏、刘麒、王厚军、王平、岳英洁、安玉栓、李劼、杨怡红、高鹰、王钧俊、毕永坤、李阳、毕晓珂、刘浩、王腾、于冬、路明、李明、刘瑾一。海洋监视监测无人机应用技术规范 1 范围 本文件规定了海洋监视监测中无人机应用技术的内容、方法、要求和成果。本文件适用于无人机在海域海岛空间资源状况及使用现状、海洋灾害、海洋开发活动等监视监测。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。CH/Z 30012010 无人机航摄安全作业基本要求 CH/Z 3004 低空数字航空摄影测量外业规范 CH/Z 30052010 低空数字航空摄影规范 CH/T 3021 倾斜数字航空摄影技术规程 CH/T 9008.3 基础地理信息数字成果1:500、1:1 000、1:2 000数字正射影像图 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。3.1 海洋监视监测 marine surveillance and monitoring 利用各类技术手段，获取海域海岛空间资源状况及使用现状、海洋灾害、海洋开发活动等各类数据信息，辅助了解海洋资源、环境与灾害状况的活动。3.2 低空数字航空摄影测量 low altitude aerial photogrammetry 使用无人机航摄系统在相对高度1 000米以下进行垂直向下的影像采集，用于生成大于等于1:2 000比例尺数字正射影像图（DOM）的航空摄影活动。3.3 倾斜数字航空摄影测量 oblique aerial photogrammetry 从一个垂直、四个倾斜共五个不同视角同步采集影像，获取到地物顶面及侧视的高分辨率纹理用于生成三维立体模型的航空摄影活动。3.4 高光谱监测 hyperspectral monitoring 利用窄而连续的光谱通道对地物进行持续成像，基于表征地物成分的光谱数据对地物种类进行分类的遥感监测活动。3.5 航空拍摄 aerial photography 航空器搭载可见光相机从多个角度对特定的地面或空中目标进行拍照或摄像的活动。3.6 定位定姿系统 POS position and orientation system 惯性测量单元（IMU）/差分全球定位系统（DGPS）组合的高精度位置与姿态测量系统。4 监视监测内容 监视监测内容应包括：a)海域：海岸线、滩涂、入海河口、海湾等海域空间资源状况和项目用海、海域海岸带整治修复等海域使用现状；b)海岛：海岛的形态、地形、岸线、开发利用活动、植被覆盖等情况；c)海洋灾害：近岸海域溢油、赤潮、浒苔、海冰、水温异常等情况；d)海洋开发活动：围围填海建设工程、油气开采、运输、养殖、捕捞等活动。5 监视监测方法 5.1 海域监视监测 海域监视监测方法如下：a)低空数字航空摄影测量：获取能反映海域空间资源状况和海域使用现状的正射影像，生成正射影像图；b)航空拍摄：获取能反映海域空间资源状况和海域使用现状的可见光像片或视频。5.2 海岛监视监测 海岛监视监测方法如下：a)低空数字航空摄影测量：获取能反映海岛的形态、岸线、开发利用活动、植被覆盖等情况的正射影像，生成正射影像图；b)倾斜数字航空摄影测量：获取能反映海岛地形的倾斜摄影数据，生成海岛三维立体模型；c)高光谱监测：获取能反映海岛植被类型及覆盖情况的光谱影像数据，生成植被分类图。5.3 海洋灾害监视监测 海洋灾害监视监测方法如下：a)低空数字航空摄影测量：获取能反映近岸海域溢油、赤潮、浒苔、海冰等情况的正射影像，生成正射影像图；b)红外监测：获取能反映近岸海域水温异常的像片或视频，可生成水温分布图；c)高光谱监测：获取能反映近岸海域溢油、赤潮、浒苔等情况的光谱影像数据，生成地物分类图。5.4 海洋开发活动监视监测 海洋开发活动监视监测方法如下：a)低空数字航空摄影测量：获取能反映围填海建设工程、油气开采和养殖区情况的正射影像，生成正射影像图；b)倾斜数字航空摄影测量：获取能反映围填海建设工程高度的倾斜摄影数据，生成工程现场三维立体模型；c)航空拍摄：获取船舶运输、捕捞等活动像片或视频。6 监视监测要求 6.1 无人机飞行作业通用要求 无人机飞行作业通用要求如下：a)作业单位应将起飞重量 250 克以上（含 250 克）的民用无人机在中国民航局无人机实名登记系统中进行登记；b)作业单位应取得由中国民航局颁发的民用无人驾驶航空器经营许可证；c)作业单位应取得由相关航空管制部门出具的空域使用批复文件，并于作业前报备飞行计划；d)无人机操作人员应取得中国民航局颁发的“民用无人机驾驶员执照”；e)无人机安全作业基本要求应参照 CH/Z 30012010 相关规定执行。6.2 低空数字航空摄影测量技术要求 6.2.1 航摄系统要求 6.2.1.1 无人机平台要求：a)无人机飞行的相对高度一般不超过 600 m，最高不超过 1 000 m；b)无人机应具备 5 级风力气象条件下安全飞行的能力；c)无人机宜具备差分定位系统；d)无人机的其他要求应按照 CH/Z 30052010 中 4.1 的相关规定执行。6.2.1.2 数码相机要求：a)数码相机存储器容量应不小于 32GB；b)数码相机的其他要求应按照 CH/Z 30052010 中 4.2 的相关规定执行。6.2.2 航摄计划与航摄设计要求 应按照CH/Z 30052010中第5章相关规定执行。6.2.3 航摄实施要求 应按照CH/Z 30052010第6章相关规定执行。6.2.4 飞行质量与影像质量要求 飞行质量与影像质量要求如下：a)航向重叠度一般为 65%75%，最小不应小于 60%；b)旁向重叠度一般为 35%45%，最小不应小于 30%；c)飞行质量和影像质量的其他要求应按照 CH/Z 30052010 第 7 章相关规定执行。6.2.5 像片控制点的布设和测量 应按照CH/Z 3004相关规定执行。6.3 倾斜数字航空摄影技术要求 6.3.1 航摄系统要求 6.3.1.1 无人机平台要求：a)无人机飞行的相对高度一般不超过 600 m，最高不超过 1 000 m；b)无人机应具备 5 级风力气象条件下安全飞行的能力；c)无人机宜具备差分定位系统；d)无人机的其他要求应参照 CH/T 3021 执行。6.3.1.2 倾斜数码相机要求：a)单相机存储器容量应不小于 32GB；b)倾斜数码相机的其他要求应参照 CH/T 3021 相关规定执行。6.3.2 航摄计划与航摄设计要求 应按照CH/T 3021相关规定执行。6.3.3 航摄实施要求 应按照CH/T 3021相关规定执行。6.3.4 飞行质量与影像质量要求 飞行质量与影像质量要求如下：a)航向重叠度最小不应小于 80%；b)旁向重叠度最小不应小于 60%；c)飞行质量和影像质量的其他要求应按照 CH/T 3021 相关规定执行。6.3.5 相片控制点布设和测量要求 应按照CH/T 3021相关要求执行。6.4 红外监测技术要求 6.4.1 红外监测系统要求 6.4.1.1 无人机平台要求：a)宜选用旋翼无人机；b)无人机飞行的相对高度一般不超过 120 m；c)无人机巡航速度一般不超过 36 km/h；d)无人机的其他要求应按照本文件 6.2.1.1 相关规定执行。6.4.1.2 红外成像系统要求：a)热红外传感器分辨率应不低于 640480 像素；b)温度测量范围应不小于-10 100；c)热红外传感器灵敏度(温度分辨率)应不大于 0.2；d)测温精度应在2 范围之内。6.4.2 监测计划与监测设计要求 6.4.2.1 地面分辨率的选择 依据监测任务对监测目标成图精度和测温精度的要求，本着有利于缩短成图周期、降低成本、提高综合效益的原则自行确定。6.4.2.2 监测季节和时间的选择 宜选择水温异常情况频发的季节和时间进行。6.4.3 航摄计划与设计要求 应按本文件6.2.2执行。6.4.4 航摄实施要求 应按本文件6.2.3执行。6.4.5 飞行质量与影像质量要求 应按本文件6.2.4执行。6.5 高光谱监测技术要求 6.5.1 高光谱监测系统要求 6.5.1.1 无人机平台要求：a)宜选用旋翼无人机；b)无人机飞行的相对高度一般不超过 120 m；c)无人机巡航速度一般不超过 36 km/h；d)无人机的其他要求按本文件 6.2.1.1 相关规定执行。6.5.1.2 高光谱成像设备要求：a)至少应包括可见光到近红外谱段范围；b)光谱分辨率应优于 5 nm；c)应定期检校标定。6.5.2 监测计划与监测设计 6.5.2.1 地面分辨率的选择 依据监测任务对监测目标成图精度的要求，本着有利于缩短成图周期、降低成本、提高综合效益的原则自行确定。6.5.2.2 监测季节和时间的选择 监测季节和时间的选择要求如下：a)海岛植被监视监测宜选择 5 月10 月进行；b)海洋灾害监视监测宜选择预警期或灾害发生后进行。6.5.2.3 航摄计划与设计 其他要求应参照本文件6.2.2相关规定执行。6.5.3 航摄实施要求 航摄实施要求如下：a)航向重叠度不应小于 60%；b)旁向重叠度不应小于 30%；c)航飞前后均需对标定板拍照，拍照时避免标定板灰色区域受阴影干扰；d)航飞前后均需采集标准反射率数据；e)宜选择晴朗少云天气进行航飞作业，同一架次的外界天气状况（光照、气温）不应发生剧烈变化；f)其他要求应参照本文件 6.2.3 相关规定执行。6.5.4 飞行质量与影像质量要求 飞行质量与影像质量要求如下：a)原始航摄数据应至少包含 POS 数据、影像数据和地面标定板数据；b)飞行质量和影像质量要求应参照 CH/Z 30052010 第 7 章相关规定执行。6.6 航空拍摄技术要求 6.6.1 航空拍摄系统要求 6.6.1.1 无人机平台要求：a)宜选用旋翼无人机；b)无人机飞行的相对航高一般不超过 120 m；c)其他要求应按照本文件 6.2.1.1 相关规定执行。6.6.1.2 可见光载荷要求：a)应至少具备俯仰、横滚两轴云台；b)应具备等效焦距不少于 24 mm50 mm 变焦范围的镜头；c)可见光视频分辨率应不低于 19201080 像素，帧频不低于 24FPS。6.6.1.3 红外载荷要求：a)应至少具备俯仰、横滚两轴云台；b)红外视频分辨率应不低于 640480 像素，帧频不低于 30FPS；c)其他要求应按照本文件 6.4.1.2 相关规定执行。6.6.2 飞行与拍摄要求 飞行和拍摄要求如下：a)常规巡查应依据监测任务具体需求，本着有利于降低成本、提高综合效益、不漏拍的原则自行规划和执行；b)特定目标巡查应在保证安全的前提下，尽量采取低空、近距离、变焦等方式，对目标进行全方位拍摄取证。7 成果要求 7.1 数学基础 数学基础要求如下：a)坐标系：应采用 CGCS2000 国家大地坐标系；b)地图投影：应采用高斯-克吕格投影，宜按 3分带；c)深度基准：应采用当地理论深度基准面，远海区根据实际情况可以采用当地平均海平面；d)高程基准：应采用 1985 国家高程基准；e)面积单位：公顷，小数点后应保留 4 位；f)长度单位：米，小数点后应保留 1 位。7.2 数字正射影像图 应按照CH/T 9008.3相关规定执行。7.3 倾斜摄影数据和三维立体模型 三维立体模型数据格式应使用OSGB、OBG、3DML等常用格式。三维立体模型数据质量要求如下：a)色彩模式：真彩色模型；b)颜色特征：反差适中、色调均匀、纹理清楚、层次丰富，无明显失真；c)模型完整性：避免出现模型缺损（如严重建筑变形、漏洞、错位、漂浮物等），造成模型几何失真和精度损失。7.4 红外拼接影像图 应按照CH/T 9008.3适用的相关规定执行。7.5 高光谱数据 7.5.1 数据处理 高光谱数据应经过辐射校正和辐射定标，消除传感器和镜头在成像过程中的辐射畸变，将影像灰度值转换为对应的波普辐射亮度，形成地物反射率数据。7.5.2 产品生成 在高光谱图像上选择特定区域，绘制光谱曲线，选定特征光谱波段进行图像输出，得到光谱产品，生成可视化伪彩色数据。7.6 红外和可见光视频数据 应无明显抖动和水波纹，清晰度良好，格式为通用可解码的视频格式。7.7 信息提取 7.7.1 正射影像信息提取 正射影像信息提取要求如下：a)海岸线：类型、位置、长度等；b)河口海湾：形态、面积、开发利用现状等；c)滩涂：形态、面积、开发利用现状等；d)用海项目：位置、面积、用海方式等；e)海域海岸带整治修复：位置、面积、用海方式等；f)海岛：面积、开发利用状况、植被覆盖、岸线等；g)溢油、赤潮、浒苔、海冰等海洋灾害：位置、范围、面积等；h)围填海建设工程：位置、范围、面积、用海方式等。7.7.2 三维立体模型信息提取 提取海岛地形数据，生成数字高程模型（DEM）等。7.7.3 红外拼接影像图信息提取 提取水温，生成水温等温线等。7.7.4 高光谱影像信息提取 高光谱影像信息提取要求如下：a)海岛植被：类型、位置、范围、面积等；b)溢油、赤潮、浒苔等海洋灾害：类型、位置、范围、面积等。7.7.5 可见光和红外视频信息提取 可见光和红外视频信息提取要求如下：a)船舶违法捕捞：船只的位置、数量、轨迹等；b)临海或海上活动：人类、车辆、船只等的位置、数量等。7.8 成果制作 7.8.1 专题图 根据信息提取成果，编制海域、海岛、海洋灾害、海洋开发活动等方面的专题图等。7.8.2 三维模型 制作具有纹理的、可量测的海岛、围填海建设工程的三维模型。7.8.3 水温分布图 根据信息提取成果，编制水温分布图。7.8.4 可见光和红外视频 根据信息提取成果，编辑成果视频，编制船舶违法捕捞、海洋开发活动等情况报告。7.8.5 成果报告 对海洋监视监测数据进行分析统计，编制各类监视监测成果报告。8 资料归档 资料归档内容包括：a)空域使用批复文件；b)航摄仪检校参数；c)航摄原始数据；d)航片 POS 文件；e)飞行记录表复印件或扫描件；f)像控点测量数据和点之记文件；g)专题成果；h)成果报告和工作总结报告。参考文献 1 GB/T 127632007 海洋调查规范 2 GB 173782007 海洋监测规范 3 中国民用航空局运输司.民用无人驾驶航空器经营性飞行活动管理办法（暂行）Z.2018-3-21.4 中国民用航空局器适审定司.民用无人驾驶航空器实名制登记管理规定Z.2017-5-16.5 中国民用航空局空管行业管理办公室.民用无人驾驶航空器系统空中交通管理办法Z.2016-9-21.6 中国民用航空局飞行标准司.轻小无人机运行规定Z.2019.