ISO 237312021 海洋技术.海洋环境影响评估（MEIA）.深海底环境中基于图像的现场测量的性能规范标准立项发展报告

海洋技术海洋环境影响评估（MEIA）深海底环境中基于图像的现场测量的性能规范（ISO23731:2021）标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:MarineTechnology—MarineEnvironmentImpactAssessment(MEIA)—PerformanceSpecificationforInSituImage-BasedSurveysinDeepSeafloorEnvironments摘要随着深海矿产资源勘探与商业开采活动的加速推进，深海海底生态系统面临着前所未有的环境压力。科学、规范、可比较的环境影响评估方法已成为国际海洋治理与深海可持续发展的关键基础。ISO23731:2021《海洋技术海洋环境影响评估（MEIA）深海底环境中基于图像的现场测量的性能规范》由国际标准化组织（ISO）正式发布，是全球首个专门针对深海底环境中基于图像技术开展现场测量的性能规范类国际标准。该标准系统定义了深海底图像采集系统的性能要求、测量规程、质量评估方法以及数据报告规范，有效填补了深海环境基线调查与影响监测领域在图像测量技术标准方面的国际空白。本报告从标准立项背景、国内外技术发展现状、标准的主要内容框架、主要起草单位简介以及标准推广应用前景等维度进行了系统论述，旨在为相关科研机构、深海采矿企业及海洋环境管理部门提供权威、全面的标准解读，推动我国在该领域实现从技术跟随向标准引领的跨越。关键词：海洋技术；海洋环境影响评估；深海底环境；图像测量；性能规范；国际标准；深海采矿Keywords:MarineTechnology;MarineEnvironmentImpactAssessment(MEIA);DeepSeafloorEnvironment;Image-BasedSurvey;PerformanceSpecification;InternationalStandard;Deep-SeaMining一、引言1.1研究背景深海蕴藏着丰富的多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物等矿产资源，被视为21世纪最具战略价值的资源接续基地。近年来，随着国际海底管理局（ISA）关于深海采矿规章的持续推进，以及各国对深海矿产资源勘探活动的加速部署，深海采矿正在从科学勘探阶段逐步迈向商业开采的临界点。然而，深海生态系统具有物种独特、生长缓慢、恢复能力极弱等特点，一旦遭受扰动，其生态功能的恢复往往需要数十年甚至更长时间。因此，在深海采矿活动实施之前、期间及之后，开展系统、科学、可定量比较的海洋环境影响评估（MarineEnvironmentImpactAssessment,MEIA）已成为国际社会的广泛共识。在深海环境影响评估的技术手段中，基于图像的原位测量技术（包括海底照片、视频影像、3D光学成像等）因其非侵入性强、空间覆盖范围大、可永久记录存档等优势，已发展为深海底栖生物群落结构分析、底质类型识别、人为扰动痕迹监测和深海垃圾分布评估等工作的核心技术手段。然而，长期以来，由于缺乏统一的国际标准，各调查主体在图像采集设备参数设置、测量作业规程、数据质量控制、结果表达格式等方面各行其是，导致不同航次、不同平台、不同机构获取的深海图像数据在可比性和互换性方面存在重大障碍，严重制约了深海环境影响评估的科学性和有效性。ISO23731:2021正是在这一迫切需求背景下应运而生。1.2标准基本信息ISO23731:2021由国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization,ISO）下属的海洋技术标准化技术委员会（ISO/TC8/SC13）负责制定，于2021年7月27日正式发布，标准状态为现行有效。该标准归属于造船和海上构筑物通用标准分类体系，为深海环境调查与影响评估领域的技术人员、科研管理者及政策制定者提供了统一的技术规范和操作指南。二、标准立项背景与意义2.1国际深海治理的标准化需求2011年，国际海底管理局发布了《关于深海海底勘探环境影响的建议》等系列指导性文件，要求各承包方在勘探工作规程中必须包含环境影响评估基准数据采集的内容。2020年，ISA进一步发布了《“环境管理规程”草案》，明确要求深海采矿活动必须建立在完整、可靠的环境基线数据基础上。与此同时，联合国《国家管辖范围以外区域海洋生物多样性养护与可持续利用协定》（BBNJ协定）的谈判与通过，也对深海环境的科学调查与影响评估提出了更高层次的要求。这些国际法律文书的推进，从制度层面呼唤统一的深海环境影响评估技术标准，而图像测量技术作为重要的调查手段之一，率先成为标准化工作的突破口。2.2深海底图像测量技术的现状与痛点当前，深海海底图像测量技术已经历了从胶片相机到数字高清单帧摄像、从单帧静态摄影到连续视频拖曳、从二维影像到三维光学重建的技术演进过程。深潜器（HOV）、无人遥控潜水器（ROV）、自主式水下航行器（AUV）、深海着陆器（Lander）和拖体等多样化运载平台均搭载了不同类型的光学成像系统。然而，在实际应用过程中，各系统在光源配置、拍摄高度与角度、图像分辨率与覆盖面积的关系、生物密度估算方法、图像注释标准等方面差异巨大。这种不一致性导致：-同一种底栖生物在不同航次调查中获得的密度估算结果可能相差数倍；-不同调查单位的图像数据难以进行相互验证和融合分析；-环境基线数据与后续影响监测数据之间缺乏严格的定量可比性；-图像数据和派生数据的元数据信息不完整，影响数据的长期存档与再利用价值。国际社会迫切需要制定一份专门针对深海底环境图像测量技术的性能规范，从设备性能、操作规程、数据质量、报告格式等方面建立共同基准。ISO23731:2021的制定与发布，正是对这一全球性技术治理需求的正面回应。2.3标准的科学价值与实践意义ISO23731:2021的科学价值在于首次以国际标准的形式，对深海底图像采集系统的性能指标（如光学分辨率、照明均匀性、定位精度等）提出了可量化、可验证的技术要求，为深海环境影响评估中的图像数据获取建立了一个可靠、可比的技术框架。其实践意义则体现在：为深海采矿承包方履行环境影响评估义务提供了具有公信力的操作依据；为各国海洋科研机构跨区域、跨航次的合作研究创造了数据兼容条件；为国际海底管理局及各国监管机构评估环境影响报告的质量提供了技术参考基准。三、标准主要内容ISO23731:2021的核心内容围绕深海底环境中基于图像的原位测量技术展开，全标准涵盖了从测量设计、系统配置、现场作业、质量评估到数据报告等全流程的技术要求。该标准主要包括以下关键技术板块：3.1图像采集系统的性能规范标准对深海图像采集系统的关键性能参数做了明确规定，包括但不限于：-光学分辨率：规定了在特定拍摄距离下，成像系统能够分辨的最小目标尺寸，要求调查人员根据研究目标（如大型底栖生物个体识别、小型生物种群密度估算或底质类型判别）选择相应的分辨率等级；-照明系统性能：要求光源系统提供均匀、无斑、色温稳定的照明条件，避免因光照不均导致的图像质量劣化；-定位与导航精度：规定了图像采集位置的水平及垂直定位精度要求，确保每帧图像能可靠地对应到海底实际坐标；-采集频率与覆盖范围：根据调查目的（如带状断面调查、格网覆盖调查或定点时序观测），对图像采集频率、航速、航线间距等提出了指导性约束。3.2图像测量作业规程标准给出了深海底图像测量的标准化操作规程，覆盖了作业前准备、现场测量及作业后检查的全过程。具体包括：设备校准与状态验证程序、测线/站位布设原则、拍摄高度与角度控制要求、环境参数记录要求以及作业过程中异常情况的处理规范。该部分强调，所有图像采集作业必须辅以完整的环境参数（如水深、温度、盐度、浊度等）同步记录，以便后续的图像校正与生态解释。3.3图像质量评估与数据质量指标为保证测量数据的科学有效性，标准专门设立了图像质量评估板块，提出了图像清晰度、曝光均匀性、色彩还原准确度、覆盖完整性等定量化的质量评价指标。标准要求调查方在图像数据交付前须完成系统性的质量检验，并将检验结果编入质量评估报告。质量不合格的图像数据应予以标记，或按照规定的流程进行补采。3.4数据记录与报告规范标准明确规定了深海底图像测量数据的记录格式与报告内容框架，提出了最小元数据集的建议，内容涵盖：调查船舶与平台信息、测量设备型号与编号、设备校准记录、测量日期与时间、地理位置与深度数据、图像分辨率与存储格式、图像注释方法及分类体系等。这一板块旨在推动深海图像数据的规范化管理，增强数据的可追溯性、可复现性与长期可利用性。3.5生物注释与定量分析建议作为资料性附录，标准还给出了深海底栖生物图像注释的推荐方法和定量估算的原则性建议，包括常用的生物密度估算方法（如带状定量法、点接触法等）的适用条件和技术限制，为不同研究目标的图像数据开发提供了方法学参考。四、主要起草单位介绍ISO23731:2021的制定汇集了国际海洋技术领域众多权威机构和专家的智慧。该标准由ISO/TC8/SC13海洋技术分技术委员会主导制定，来自中国、英国、美国、日本、德国、挪威、法国、韩国等国家的技术专家深度参与了标准草案的研讨与编制工作。中国作为该标准制定的重要参与方之一，多位来自中国自然资源部第二海洋研究所、中国科学院海洋研究所、中国大洋矿产资源研究开发协会等单位的专家深入参与了该标准的技术研讨和意见反馈工作。其中，中国自然资源部第二海洋研究所在深海环境影响评估领域具有长期的研究积累，依托“大洋一号”科学考察船和“潜龙”系列AUV等装备平台，在深海多金属结核区、热液硫化物区环境基线调查方面积累了丰富的图像测量实践经验，为ISO23731:2021中关于图像采集作业规程及质量控制等核心条款的制定提供了重要的中国方案和技术支撑。自然资源部第二海洋研究所（以下简称“海洋二所”）成立于1958年，是自然资源部直属的综合性海洋科学研究机构，主攻海底科学、海洋动力过程与生态环境、海洋遥感与地理信息等方向。海洋二所长期承担我国国际海底区域资源勘探与环境评价的国家专项任务，是我国最早开展深海环境影响评估研究的单位之一。近年来，海洋二所在深海底栖生物分类学、深海底栖生态系统空间分布格局、人类扰动对深海生态的影响评估等方面取得了一系列具有国际影响力的研究成果，培养了一支具有国际视野和丰富实战经验的深海环境调查技术团队。在ISO23731:2021的制定过程中，海洋二所专家团队基于自身在大洋航次中积累的海量实测图像数据和丰富的深海作业经验，重点围绕图像分辨率与生物个体可识别性的关系、光源配置对底栖生物色调还原的影响、不同运载平台图像测量结果的可比性等关键科学问题，向标准编制组提供了翔实的实测数据和建设性的技术建议，彰显了中国在深海标准化领域日益提升的技术话语权。五、标准发展趋势与展望5.1技术演进对标准迭代的推动随着水下光学成像技术的快速发展，高光谱成像、激光线扫描、光场成像、水下全息成像等新型感知技术正在逐步应用于深海环境调查领域。这些新技术在成像方式、数据格式、信息维度等方面与传统的RGB光学图像存在显著差异，对现有标准框架提出了迭代升级的需求。未来，ISO23731标准体系可能需要增设针对新型成像传感器的补充性技术规范，以满足技术革新的标准化需求。5.2人工智能与机器学习带来的标准化新挑战近年来，基于深度学习的底栖生物自动识别与图像注释技术发展迅速。然而，不同算法模型在训练数据集、标注规范、模型评估指标等方面各自为政，导致自动识别结果的科学可比性存在较大不确定性。ISO23731:2021未来的修订方向之一，很可能是在图像注释和定量分析板块中补充与人工智能辅助注释相关的技术要求，包括训练数据集的规范、模型验证方法的标准以及自动注释结果的人工校验标准等。5.3中国在该标准领域的参与和贡献作为国际海底资源勘探活动的重要参与国，中国已拥有多块国际海底矿区专属勘探合同，在大洋航次组织、深海环境基线数据积累、深海生态调查技术研发方面积累了丰富经验。未来，中国应进一步深度参与ISO/TC8/SC13的相关标准制修订工作，以实测数据和工程经验为依托，增强中国在深海标准化领域的话语权。同时，建议国内相关标准化技术机构加快推动ISO23731:2021向我国国家标准或行业标准的转化工作，为我国深海采矿活动的环境管理提供更具可操作性的技术支撑。六、结论ISO23731:2021《海洋技术海洋环境影响评估（MEIA）深海底环境中基于图像的现场测量的性能规范》作为国际标准化组织发布的首份针对深海底图像测量技术的性能规范类标准，填补了深海环境影响评估技术标准体系的重要空白。该标准为深海图像数据的规范化采集、科学化处理和可比性分析提供了权威的技术依据，对推动全球深海环境的科学认知与有效保护具有重要的基础性支撑作用。展望未来，随着深海采矿由勘探走向商业开发、由区域探索走向全球治理，ISO23731系列标准的持续完善和广泛应用将不断深化。中国有关科研机构和企业应以此为契机，一方面加强深海图像测量核心技术的自