《基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验-第2部分：总则》编制说明

（征求意见稿）一、工作简况（一）任务来源2021年遥感应用协会标准化分会批准了《基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验第2部分：装备配置要求》团体标准制定项目（中遥发[2021]05号），由中国科学院地理科学与资源研究所牵头组织标准编制工作。（二）工作过程起草阶段：（1）2020年4月，在高分辨率对地观测系统重大专项（民用部分）支持下，启动《基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验第2部分：装备配置要求》研究工作，成立了编制小组，明确相关研究内容及任务分工。（2）2020年4月—2020年5月，资料收集，主要包括：收集涉及无人机装备配置要求等相关的国内外标准与规范、相关的书籍与文献等资料，以及高分遥感共性产品制作的数据源及对应传感器性能等相关资料。（3）2020年6月—2020年9月，初稿编写，主要包括在整理、归纳相关资料的基础上，梳理基于无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验技术流程、对设备及性能的要求，编制《基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验第2部分：装备配置要求》标准草案；征求相关专家意见和建议，完善编制的标准草案的相关内容。（4）2020年10月，形成《基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验第2部分：装备配置要求》工作组讨论稿及建议书，并向遥感应用协会标准化分会（以下简称标准化分会）提出立项申请。标准化分会召开了标准预审会，经过认真审查和质询，形成了可立项的意见。其中，修改意见及回复，见附件1（5）2020年11月，起草组根据标准预审会专家意见，多次反复修改完善《基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验第2部分：装备配置要求》工作组讨论稿及建议书，再次向标准化分会提出正式立项申请。（6）2020年12月，标准化分会召开了标准正式立项审查会，经标准化分会全体委员审议，给出了确认后建议立项的意见。其中，修改意见及回复，见附件1（7）2021年1月，起草组进一步根据标准立项审查会专家意见，修改完善《基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验第2部分：装备配置要求》工作组讨论稿及建议书，提交至标准化分会秘书处，并再次发给标准化分会全体委员确认。（8）2021年2月，经标准化分会全体委员确认后，由标准化分会上报遥感应用协会申报立项。（9）2021年3月，遥感应用协会发布团体标准立项的公告。（10）2021年4月—2021年5月，起草组进一步开展资料调研和内部交流，反复征求专家意见，同时采取走访各有关高校、科研院所和有关使用单位及生产厂家的形式，征求了对本标准的意见和建议。在此基础上，起草组进行了标准草案的相应修改，完善了标准草案的内容，撰写了相应的编制说明，形成标准征求意见稿。（三）主要参加单位和工作组成员本标准由中国科学院地理科学与资源研究所、中国科学院空天信息创新研究院、中国林业科学研究院资源信息研究所、中国资源卫星应用中心共同起草。主要起草人有：陈鹏飞、廖小罕、吴骅、闻建光、肖晨超、钱永刚、唐洪钊、肖青、王东亮、田昕、叶虎平、刘见礼。其中，陈鹏飞、廖小罕、吴骅负责方案制定及技术参数的确定；陈鹏飞、吴骅负责资料收集、标准条款编写；闻建光、钱永刚、肖青、王东亮负责标准撰写的讨论和修改；肖晨超、唐洪钊、田昕、叶虎平、刘见礼负责验证和使用情况的调研等工作。二、团体标准编制原则和确定团体标准主要内容（一）标准编制原则目前我国已制定了一些有人机和无人机遥感影像获取相关标准，这些标准中有关于装备配置的相关内容。其中，涉及有人机遥感影像获取中装备配置的规范包括：《CH/Z3002—2010无人机航摄系统技术要求》、《DD2014-14机载成像高光谱遥感数据获取技术规程》等；涉及无人机遥感影像获取中装备配置的规范包括：《T/ZJCH0001-2019智能航空摄影测量无人机》、《CH/Z3005-2010低空数字航空摄影测量规范》。但这些标准主要针对测绘、地质调查等领域需求制定，单一的应用场景使得相应装备配置比较单一。不同高分卫星遥感共性产品的生产对时空谱角信息的需求不同，需要针对每种产品生产的特定需求选择不同类型的无人机遥感观测装备，已有的标准在装备配置的某些方面可以提供参考，但无法满足高分遥感共性产品真实性检验这一应用需求。本标准的制定主要遵循了一下原则：充分参考已有标准在无人机装备配置方面的要求，同时考虑基于无人机遥感开展每类高分遥感共性产品真实性检验的特殊需求，进行标准中相关内容的制定；根据遥感卫星共性产品真实性检验实际和应用需求，使本标准在基本参数、技术要求等方面更加完善、全面，易于实施和应用。与相关法规协调一致；对标准的结构、格式和表达方法等按GB/T1.1等标准的规定进行编写，使标准规范化。（二）标准主要内容本标准规定了基于低空无人机对高分卫星遥感共性产品真实性检验中的装备配置流程、传感器配置要求、云台配置要求和无人机配置要求等技术要求。本标准适用于基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验中无人机装备配置。其它卫星数据产品的真实性检验可参照执行。（1）术语和定义为了便于使用，本标准查阅了国内外相关的学术论文和标准，保证标准中术语和定义简明精确，共列出了18个术语，其中8个术语属于直接引用，包含：合成孔径雷达、激光雷达、光谱定标、峰值旁瓣比、积分旁瓣比、方位模糊比、距离模糊比和速高比，引用自《GB/T14950－2009摄影测量与遥感术语》、《CH/T3015－20151:50001:10000地形图合成孔径雷达航空摄影测量技术规定》和《GB/T31010－2014色散型高光谱遥感器实验室光谱定标》；2个术语属于间接引用（有修改），指飞行控制系统、高光谱成像仪，引自《GB/T14950－2009摄影测量与遥感术语》、《CH/Z3002—2010无人机航摄系统技术要求》；有8个术语直接给出。间接引用的术语3.2飞行控制系统flightcontrolsystem由飞控板、惯性导航系统、GPS接收机、气压传感器、空速传感器、转速传感器等硬件及配套的控制导航系统组成，用于无人机导航、定位和自动飞行控制的系统。[修改自CH/Z3002－2010,6.1飞控系统组成、6.2飞控系统功能]3.5高光谱成像仪hyperspectralimager可获取光谱分辨率高于百分之一波长达到纳米（nm）数量级，光谱通道数多达数十甚至数百的光学成像传感器。[修改自CH/T14950－2009,3.14高光谱遥感]直接给出的术语3.1最大商载maximumpayload飞行器在正常飞行时可以承受所搭载设备的最大重量。3.3云台pantiltplatform安装、固定传感器等任务载荷的支撑设备。3.4多光谱相机multibandcamera可获取光谱分辨率为波长十分之一数量级，光谱通道数在20个以内的光学成像传感器。3.8红外热成像仪Thermalinfraredimager可获取波长范围在热红外谱区的成像传感器。3.9量化位数Quantizationbit存储每个像素所用的数字量化位数。3.11绝对辐射定标absoluteradiationcalibration将传感器记录的电压或数字值转换成绝对辐射亮度的过程。3.12相对辐射定标relativeradiationcalibration确定各探测器单元或探测器通道之间的输出响应不一致的过程。3.17信噪比signal-noiseratio信号平均功率与噪声平均功率的比值。（2）装备配置流程标准的该章节主要对基于无人机遥感验证高分卫星共性产品装备配置的流程进行相关规定。在充分调研高校、科研院所在实际工作过程中选配无人机装备的组成及相关流程的基础上，对基于无人机遥感的高分卫星共性产品真实性检验中装备配置流程规定如下：装备包含无人机、云台、传感器等主要部分。依据待检验高分遥感共性产品的时空谱角特征、飞行任务规划或特殊处置需求，按传感器、云台、无人机的先后顺序依次选择相应装备。其配置流程如图1所示。图1无人机装备配置流程（3）传感器配置要求需要根据每种高分遥感共性产品生产时对光谱信息、空间信息、角度信息和时间信息的要求选择适宜的传感器类型，且传感器的性能、控制及待机时间需要满足一定的要求。传感器类型在选择传感器类型时，主要考虑所选传感器类型采集数据支撑的参数反演精度应该不低于对应高分卫星遥感共性产品的精度。这里考虑到基于无人机遥感的反演算法可能与卫星产品生产时算法一致也可能不一致，只要结果精度比卫星产品精度更高，就能对卫星产品进行验证。因此，传感器类型建议与对应生产高分共性产品时卫星传感器类型一致，但也允许在精度满足要求的情况下有所偏差。在标准规范中，对该部分的约束如下，并给出了建议的不同高分遥感卫星共性产品生产时适宜采用的传感器类型（附录2）：针对不同高分遥感共性产品生产所需光谱信息、空间信息、角度信息和时间信息，选择对应适宜传感器类型。基本要求如下，具体参见附录A。参考各种反演算法精度和高分卫星遥感共性产品生产依托的传感器类型，所选无人机传感器类型应满足其获取数据支撑的反演算法的精度不低于相应高分卫星遥感共性产品生产所用反演算法精度，且传感器成像方式宜与高分卫星传感器类型一致。无法一致时，可选择其他类型或其他成像方式的传感器，但获得的无人机遥感产品精度应不低于卫星遥感产品。单个传感器不能覆盖高分卫星传感器的所有波段，可组合多传感器以覆盖高分卫星传感器的所有波段。传感器性能对于传感器的性能指标，考虑到定量和定性遥感卫星共性产品在生产时对光谱、空间信息精度的需求差异，区分来对待。无人机遥感与卫星遥感相比优势在于以下两方面：i)光谱传输链路中大气干扰因素少；ii)空间分辨率高，混合像元少。因此，对于定量产品的真实性检验来说，光谱精度是关键，只要无人机遥感数据的光谱精度高于卫星，在空间分辨率优势支撑下基于其生产的数据产品精度一定大于相应卫星遥感产品的精度，即可对卫星产品进行验证；对于定性产品的真实性检验来说，光谱精度不一定其决定性作用，空间分辨率占据的作用可能会更大一些，只要最终基于无人机遥感数据生产的定性产品精度大于对应卫星遥感产品的精度即可对其进行真实性检验。其中，不同高分卫星传感器的性能参数见附录3所示。参考附录3，针对每种高分遥感共性产品给出的适宜指标见附录4，对高分卫星遥感共性产品真实性检验中传感器性能的一般规定如下：针对所选DOM、DSM、地表反射率、归一化离水辐射率、雷达后向散射系数、地表发射率、地表温度、海洋温度、土壤热通量、光合有效辐射、下行短波辐射、下行长波辐射、地表净辐射、植被指数、叶面积指数、植被覆盖度、光合有效辐射吸收比例、植被净初级生产力、植被叶绿素含量、叶绿素荧光、森林地上生物量、森林树高、土壤水分、蒸散发、干旱指数、雪被指数、水体悬浮物浓度、水体叶绿素浓度、水体透明度等定量产品真实性检验的无人机传感器类型，其信噪比等性能指标应不低于相应高分卫星传感器在轨定标参数，以保证遥感数据获取的精度。针对所选土地覆盖、土地利用、水体面积、冰川覆盖、积雪覆盖等定性产品真实性检验的无人机传感器类型，其信噪比等性能指标宜不低于相应高分卫星传感器在轨定标参数，至少保证相同算法下反演产品精度要优于对应卫星遥感共性产品精度。c）对于需要无人机组网观测的高分卫星遥感共性产品，不同无人机搭载的传感器必需保证性能指标的一致性，宜选同款传感器进行组网观测。传感器控制传感器控制系统是传感器的核心部件，应由软硬件组成，根据无人机数据便捷获取的需要和后期数据拼接处理等的需要，其应至少满足如下功能需求：1）传感器具有触发、等时间间隔、等距离间隔控制功能；2）能实时记录硬性获取时的经度、纬度、高度、横滚角、俯仰角、航向角等数据。4）传感器待机电动旋翼无人机的待机时间通常在30min，为保证一个架次飞行获取数据的需要，因此本标准对传感器的待机时间规定为不宜小于30min。（4）云台配置要求云台的配置参考了市面已有大部分云台的性能（表1），同时结合不同高分卫星遥感共性产品真实性检验任务需求进行规定。主要内容如下：根据不同高分卫星遥感共性产品真实性检验任务需求，基于传感器选择适配云台。若需多传感器或多角度无人机数据时，宜选配能同时搭载多传感器或可调节成像角度的云台。云台应具有三轴（俯仰，横滚，偏航）增稳特征，无人机飞行过程中，角度抖动量宜小于±0.02°；云台转动范围宜至少满足-90°~+30°之间（俯仰）、0~360°（水平）；云台转动速度宜满足不低于130°/s；云台体积不易过大，以恰能固定传感器为宜。表1市面常见云台性能指标云台名称如影RONIN2禅思ZENMUSE角度抖动误差±0.02°±0.01°云台转动范围-135°~+135°之间（俯仰）；0~360°（水平）-130°~+130°之间（俯仰）；0~360°（水平）云台转动速度360°/s130°/s（5）无人机配置要求针对高分卫星共性产品真实性检验，对于无人机的配置来说，需要从机型、商载、飞行速度、高度、续航时间、抗风能力、工作环境温度、飞行控制等角度进行约束。对于无人机机型选择来说，除激光雷达外，很多传感器都能被不同类型的无人机所携带，很难进行统一规定，只能从飞行任务对地形、速高比、商载和续航能力等角度进行约束。因此在标准中，采用如下方式来对无人机机型进行约束：针对不同高分卫星遥感共性产品真实性检验，所选适用无人机机型需与传感器重量及数据获取能力相匹配。激光雷达优选旋翼无人机；多光谱相机、高光谱成像仪、红外热像仪和合成孔径雷达应根据不同的飞行任务对地形、速高比、商载和续航能力的要求来选择固定翼无人机或旋翼无人机。对于最大商载来说，应针对不同高分卫星遥感共性产品真实性检验，综合考虑所选适用传感器、云台的类型和重量，所选无人机的最大商载需大于传感器重量与云台重量之和。对于飞行高度、速度来说，需要根据不同高分遥感共性产品真实性检验对高度、速高比的需求来定，基本研究如下：i)对于搭载多光谱相机、高光谱成像仪、红外热像仪和合成孔径雷达的无人机，旋翼无人机的速度宜在28~55km/h；固定翼无人机的速度宜在60~160km/h；ii)对于搭载激光雷达的无人机，其最小飞行速度应确保激光雷达扫描仪产生的点云密度要求。对于无人机抗风能力和工作环境温度，参考航空摄影测量的行业标准规定如下：i)抗风能力不低于4级；无人机的抗寒和耐高温能力应与待检验区的环境温度相匹配，一般要求可在-10℃至40℃之间安全飞行。对于无人机的续航时间，参考大多电动旋翼无人机的续航时间规定为不少于30min。飞行控制系统主要参考《CH/Z3002—2010无人机航摄系统技术要求》、《T/ZJCH0001－2019智能航空摄影测量无人机》进行修改形成。三、主要试验（或验证）情况分析本文件的起草是在中国科学院地理科学与资源研究所、中国科学院空天信息创新研究院、中国林业科学研究院资源信息研究所、中国资源卫星应用中心等相关单位长期开展无人机遥感数据获取与参数反演、遥感产品真实性检验方面等工作基础上凝练提出的，在编制过程中，充分考虑低空无人机的性能特点、高分卫星遥感共性遥感产品真实性检验需求、以及技术可行性。四、标准中涉及专利的情况本标不及专利问题。五、预期达到的社会效益等情况本文件的预期作用主要是指导基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品的真实性检验中无人机装备配置，确保检验过程的可靠性此外，考虑到当前已有很多科研机构、高校和公司从事高分卫星遥感产品的应用，该标准将具有较大的应用潜力。六、采用国际标准和国外先进标准的情况遥感产品真实性检验方面的研究在遥感技术发展的初期就受到国际上相关机构的密切关注和重视，目前已积累了几十年的相关经验。近几年，国际相关机构重视对遥感反演产品和应用产品进行真实性检验。但缺乏基于无人机数据的遥感产品检验规范，更是未见针对高分卫星遥感产品的真实性检验，无人机装备应该怎么配置的标准。本标准没有采用国际标准，本标准水平为国内先进水平。七、与现行相关法律、法规、规章及相关标准，特别是强制性标准的协调性目前我国已制定了一些有人机和无人机遥感影像获取相关标准，这些标准中有关于装备配置的相关内容。其中，涉及有人机遥感影像获取中装备配置的规范包括：《CH/Z3002—2010无人机航摄系统技术要求》、《DD2014-14机载成像高光谱遥感数据获取技术规程》等；涉及无人机遥感影像获取中装备配置的规范包括：《T/ZJCH0001-2019智能航空摄影测量无人机》、《CH/Z3005-2010低空数字航空摄影测量规范》。但这些标准主要针对测绘、地质调查等领域需求制定，单一的应用场景使得相应装备配置比较单一。不同高分卫星遥感共性产品的生产对时空谱角信息的需求不同，需要针对每种产品生产的特定需求选择不同类型的无人机遥感观测装备，已有的标准在装备配置的某些方面可以提供参考，但无法满足高分遥感共性产品真实性检验这一应用需求。本文件的编制参考了现有的行业标准的部分内容，与现行国家法律、法规和国家及行业标准协调一致。八、重大分岐意见的处理经过和依据无。九、标准性质的建议说明作为补充支撑遥感产品真实性检验的基础性标准，建议作为推荐性团体标准。十、贯彻标准的要求和措施建议首先应在实施前保证标准文本的充足供应，使涉及相关应用的科研机构、高校和公司能及时获得本标准文本，保证新标准贯彻实施的基础。可以针对标准使用的不同对象，有侧重点地进行标准的宣传和培训，推动标准的应用，以保证标准的贯彻实施。建议本标准通过审定后尽快发布。十一、废止现行相关标准的建议无。十二、其他应予说明的事项无。附录1标准工作组讨论稿意见汇总表标准项目名称：基于低空无人机的高分卫星遥感共性产品真实性检验第2部分：装备配置要求标准项目负责起草单位：中国科学院地理科学与资源研究所承办人：陈鹏飞电话 2021年6月12日填写

1231、 不少术语的英文翻译需要精细修改；456789101112131415161231、 装备配置的要求应有理论基础；45678910111213附录2不同高分遥感共性产品真实性检验适用的无人机传感器类型产品类别与级别共性产品产品生产所用高分卫星及载荷无人机适用传感器类型几何产品DOM高分1/2/4/6(全色/多光谱相机)/高分5(全谱段光谱成像仪)/高分7（双线阵多光谱相机）多光谱相机DSM高分7（激光雷达和双线阵多光谱相机）激光雷达和多光谱相机辐射基础产品地表反射率高分5（可见短波红外高光谱成像仪）高光谱成像仪归一化离水辐射率高分1/2/4/6(全色/多光谱相机)/高分5(全谱段光谱成像仪)/高分7（双线阵多光谱相机）多光谱相机/高光谱成像仪雷达后向散射系数高分3（合成孔径雷达）合成孔径雷达地表发射率高分5（可见短波红外高光谱成像仪）高光谱成像仪土地覆被/土地利用产品土地覆盖高分1/2/4/6(全色/多光谱相机)/高分5(全谱段光谱成像仪)/高分7（双线阵多光谱相机）多光谱相机/高光谱成像仪土地利用能量平衡参量产品地表反照率高分5（可见短波红外高光谱成像仪）高光谱成像仪地表温度高分5（全谱段光谱成像仪）红外热成像仪和多光谱相机/高光谱成像仪海洋温度土壤热通量高分5（全谱段光谱成像仪）光合有效辐射高分1/2/4/6(全色/多光谱相机)/高分5(全谱段光谱成像仪)/高分7（双线阵多光谱相机）多光谱相机/高光谱成像仪下行短波辐射下行长波辐射高分5（全谱段光谱成像仪）红外热成像仪和多光谱相机/高光谱成像仪地表净辐射植被参量产品植被指数高分1/2/4/6(全色/多光谱相机)/高分5(全谱段光谱成像仪)/高分7（双线阵多光谱相机）多光谱相机/高光谱成像仪叶面积指数植被覆盖度光合有效辐射吸收比例高分5（全谱段光谱成像仪）多光谱相机/高光谱成像仪植被净初级生产力高分1/2/4/6(全色/多光谱相机)/高分5(全谱段光谱成像仪)/高分7（双线阵多光谱相机）多光谱相机/高光谱成像仪植被叶绿素含量高分5（可见短波红外高光谱成像仪）高光谱成像仪叶绿素荧光森林地上生物量高分7（激光雷达和双线阵多光谱相机）激光雷达和多光谱相机森林树高水分参量产品土壤水分高分3（合成孔径雷达）合成孔径雷达蒸散发高分5（全谱段光谱成像仪）多光谱相机/高光谱成像仪附录3不同高分卫星传感器在轨定标参数 卫星传感器性能参数高分一号多光谱相机相对辐射定标精度：≤3%绝对辐射定标精度：≤7%信噪比：太阳高度角30°、地面反射率0.03条件下，≥20dB；太阳高度角70°、地面反射率0.65条件下，≥46dB；高分二号多光谱相机相对辐射定标精度：≤3%绝对辐射定标精度：≤7%信噪比：≥20dB（太阳高度角30°、地面反射率0.03条件下）；≥46dB（太阳高度角70°、地面反射率0.65条件下）；峰值旁瓣比：1-10m：<-22dB；25-500m:<-20dB积分旁瓣比：1-10m:<-15dB；25-500m:<-13dB方位模糊比：1-10m:<-20dB；25-500m:<-18dB距离模糊比：1-10m:<-20dB；25-500m:<-20dB高分四号多光谱相机相对辐射定标精度：≤3%绝对辐射定标精度：≤7%信噪比:≥46dB（太阳高度角80度，反射率0.8）；≥40dB(太阳高度角30度，地面反射率0.3）；≥23dB（太阳高度角10度，反射率0.05）高分五号全谱段光谱成像仪相对辐射定标精度：≤3%；绝对辐射定标精度：≤7%；中长波红外通道优于1K信噪比:VIS:≥200；SWIR:≥150；光谱定标精度:无可见短波红外高光