CHT 3037-2025 IMUGNSS辅助低空高光谱遥感数据获取技术规范标准立项发展报告

IMU/GNSS辅助低空高光谱遥感数据获取技术规范标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:TechnicalSpecificationsforIMU/GNSS-AssistedLow-AltitudeHyperspectralRemoteSensingDataAcquisition摘要关键词：IMU/GNSS；低空遥感；高光谱数据获取；技术规范；行业标准；测绘AbstractWiththewidespreadapplicationoflow-altituderemotesensingtechnologyinnaturalresourceinvestigation,ecologicalenvironmentmonitoring,precisionagriculture,andemergencydisasterresponse,theaccuracyandefficiencyofhyperspectralremotesensingdataacquisitionhavebecomecriticalfactorsconstrainingindustrydevelopment.TheintegrationofInertialMeasurementUnits(IMU)andGlobalNavigationSatelliteSystems(GNSS)provideshigh-precisionpositionandattitudeinformationforlow-altitudehyperspectralremotesensingplatforms,significantlyimprovinggeometriccorrectionanddatafusionquality.However,thelong-termabsenceofunifiedtechnicalspecificationsfordataacquisitionhasledtounevendataqualityandinsufficientcomparabilityofresults.Thisreportsystematicallyreviewstheprojectinitiationbackground,compilationprinciples,maintechnicalcontents,andapplicationprospectsofCH/T3037-2025,*TechnicalSpecificationsforIMU/GNSS-AssistedLow-AltitudeHyperspectralRemoteSensingDataAcquisition*.Thestandardismanagedbythesurveyingandmappingindustryauthority,integratingadvanceddomesticachievementsinlow-altituderemotesensingplatformintegration,sensorcalibration,flightroutedesign,anddataprocessing.Itstipulatesexplicitrequirementsforcoreprocessesincludingsystemcomposition,equipmentinstallationandcalibration,flightroutedesign,dataacquisition,qualityinspection,anddeliverablesubmission.Thepublicationandimplementationofthisstandardwilleffectivelyfillthestandardizationgapinlow-altitudehyperspectralremotesensingdataacquisitioninChina,providingsignificanttechnicalsupportforenhancingsurveyingandmappinggeographicinformationservicecapabilitiesandpromotinghigh-qualitydevelopmentofthelow-altitudeeconomy.Keywords:IMU/GNSS;Low-AltitudeRemoteSensing;HyperspectralDataAcquisition;TechnicalSpecifications;IndustryStandard;SurveyingandMapping1.引言1.1研究背景高光谱遥感技术通过获取地物在数十至数百个连续光谱波段上的反射信息，能够精细识别地物成分与状态，被誉为“图谱合一”的遥感技术。近年来，随着无人机平台的快速普及，低空高光谱遥感已成为对地观测体系中的重要技术手段，在矿产资源勘查、水体污染监测、农业长势评估、林业病虫害预警、文物保护等多个专业领域展现出不可替代的应用价值。然而，低空高光谱遥感数据获取面临一系列技术挑战。首先，低空平台受气流影响显著，飞行姿态不稳定，直接影响影像的几何质量；其次，高光谱影像波段数多、数据量大，对位置姿态信息的精度要求远高于常规框幅式影像；再次，IMU/GNSS系统的集成安装、偏心分量测量、时间同步等技术环节缺乏统一规范，不同作业单位获取的数据质量差异悬殊。上述问题的存在，严重制约了低空高光谱遥感数据的规模化应用和成果共享。1.2标准立项的必要性目前，我国已发布多项涉及低空遥感数据获取的技术标准，但专门针对IMU/GNSS辅助低空高光谱遥感数据获取的行业标准尚属空白。《中华人民共和国标准化法》明确要求推动标准化与科技创新互动发展，促进科技进步和成果转化。与此同时，国务院《关于促进地理信息产业发展的意见》和《国家标准化发展纲要》均提出要加强测绘地理信息领域标准体系建设，提升标准对产业发展的引领和支撑作用。在此背景下，制定CH/T3037-2025《IMU/GNSS辅助低空高光谱遥感数据获取技术规范》行业标准，对于统一技术要求、规范作业流程、保障数据质量、促进成果共享具有迫切的现实需求，也是完善测绘地理信息标准化体系的重要举措。2.标准编制概况2.1标准基本信息本标准编号为CH/T3037-2025，标准名称为《IMU/GNSS辅助低空高光谱遥感数据获取技术规范》，英文名称为“IMU/GNSS辅助低空高光谱遥感数据获取技术规范”（TechnicalSpecificationsforIMU/GNSS-AssistedLow-AltitudeHyperspectralRemoteSensingDataAcquisition）。本标准由行业标准-测绘归口管理，发布机构为测绘行业主管部门，于2025年发布，实施日期为2025年12月1日，国别为中国，语言为中文（简体）。标准状态为未生效（截至本报告撰写时），正处于发布后实施前的过渡期。2.2编制原则本标准的编制遵循以下基本原则：（1）科学性。充分吸纳国内外低空高光谱遥感领域的最新研究成果和技术进展，确保标准内容的先进性和科学性。（2）适用性。紧密结合我国低空遥感作业的实际条件和工程实践，兼顾不同平台类型和作业场景的需求差异，确保标准的可操作性。（3）协调性。与现行有效的相关国家标准和行业标准保持衔接和协调，避免技术要求的冲突和重复。（4）规范性。严格按照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》的要求进行编写，确保标准文本的规范性。2.3编制过程本标准的编制过程主要包括预研论证、立项申请、草案编制、征求意见、技术审查、报批发布等阶段。在预研阶段，编制组广泛调研了国内外相关标准文献和技术资料，梳理了低空高光谱遥感数据获取的关键技术环节和质量控制要点。在草案编制阶段，编制组邀请了行业内具有丰富实践经验的专家和工程技术人员参与研讨，对标准框架和核心技术指标进行了反复论证。在征求意见阶段，标准草案面向全国相关企事业单位、科研院所和高等院校广泛征求意见，共收到反馈意见若干条，编制组逐条进行了处理和完善。3.标准主要技术内容3.1范围与规范性引用文件本标准规定了IMU/GNSS辅助低空高光谱遥感数据获取的系统构成、设备安装校核、航线设计、数据采集、质量检查与成果提交等要求。适用于采用IMU/GNSS辅助定位定姿的低空高光谱遥感数据获取作业，其他类型的低空遥感数据获取作业可参照执行。标准规范性引用文件包括但不限于：GB/T14950《测绘基本术语》、GB/T18316《数字测绘成果质量检查与验收》、GB/T24356《测绘成果质量检查与验收》、CH/T8023《机载激光雷达数据获取技术规范》、CH/T9025《机载GNSS动态测量技术规范》等。3.2术语与定义标准对以下核心术语进行了定义：（1）IMU（InertialMeasurementUnit）：惯性测量单元，由加速度计和陀螺仪组成，用于测量载体加速度和角速度的装置。（2）GNSS（GlobalNavigationSatelliteSystem）：全球导航卫星系统，包括GPS、BDS、GLONASS、Galileo等卫星导航系统及其增强系统。（3）低空遥感：在低空（通常指距地面1000m以下）利用无人机或其他低空平台搭载遥感传感器获取地物信息的对地观测技术。（4）高光谱遥感：利用成像光谱仪在可见光至短波红外波段范围内获取数十至数百个连续窄波段光谱图像的遥感技术。（5）偏心分量：指GNSS天线相位中心与IMU测量中心之间的空间位置偏移向量。（6）时间同步：通过硬件或软件手段实现GNSS、IMU和高光谱传感器之间采样时刻的一致性或精确时间标记。3.3系统构成标准规定，IMU/GNSS辅助低空高光谱遥感数据获取系统主要由以下分系统构成：（1）低空飞行平台：包括多旋翼无人机、固定翼无人机或无人直升机等，应具备足够的载荷能力、续航能力和飞行稳定性，满足高光谱传感器和IMU/GNSS系统的安装要求。（2）高光谱遥感传感器：应具备稳定可靠的光谱采集能力，光谱范围、波段数、光谱分辨率等技术指标应满足应用需求，并已在有效期内完成实验室定标。（3）IMU/GNSS定位定姿系统：应具备高精度的位置和姿态测量能力，能够提供稳定、连续的定位定姿数据流，并支持与其他传感器的时间同步。（4）数据采集与控制系统：负责高光谱传感器和IMU/GNSS系统的协同控制和数据记录，应具备可靠的时间同步机制和足够的存储能力。（5）地面基准站（如需要）：用于提供差分GNSS修正数据，应按照相关标准要求进行布设和观测。3.4设备安装与校核标准对设备安装与校核提出了如下要求：（1）安装要求：高光谱传感器与IMU/GNSS系统应刚性固定于飞行平台上，安装结构应具备足够的机械强度，避免飞行过程中产生相对位移和振动变形。传感器镜头应保持清洁，遮光罩安装到位。（2）偏心分量测量：应采用全站仪或其他高精度测量手段测定GNSS天线相位中心、IMU测量中心和高光谱传感器投影中心之间的偏心分量，测量精度应满足数据处理要求。（3）时间同步校核：应通过硬件同步信号或精确时间戳方式实现GNSS、IMU和高光谱传感器之间的时间同步，时间同步误差应不大于1毫秒（具体阈值以标准最终文本为准）。（4）系统标校：在首次作业前以及传感器或平台发生变更后，应进行系统集成标校，包括IMU与传感器之间的安置角标校（视准轴偏差）、偏心分量复核等。3.5航线设计航线设计是保证数据覆盖完整性和重叠度要求的关键环节。标准对航线设计提出了以下要求：（1）飞行高度与地面分辨率：应根据应用需求和高光谱传感器的瞬时视场角确定飞行高度，满足地面分辨率和光谱信噪比要求。（2）航线重叠度：相邻航线间的旁向重叠度应根据地形条件和精度要求确定，常规情况下应不小于30%。对于地形起伏较大的区域，应适当提高重叠度。（3）航线方向：航线方向应充分考虑太阳高度角和主光轴方向的关系，尽量减小地物BRDF效应影响，避免阴影区域过大。（4）GNSS信号条件：航线设计应关注GNSS卫星几何分布和信号遮挡情况，尽量避免在峡谷、城市高楼密集区等GNSS信号条件较差的区域作业。（5）飞行速度：飞行速度应综合考虑高光谱传感器积分时间、IMU采样频率和曝光时间等因素，避免影像模糊和光谱畸变。3.6数据采集标准对数据采集过程提出了系统性要求：（1）飞行前检查：起飞前应对飞行平台、高光谱传感器、IMU/GNSS系统、数据存储设备等进行全面检查，确认各系统工作正常。应完成IMU/GNSS系统的初始化对准和导航模式设置。（2）基准站同步观测：当采用差分GNSS模式作业时，地面基准站应在飞行作业期间同步连续观测，采样率应不低于IMU/GNSS系统的数据采样率。（3）飞行作业：飞行过程中应实时监控飞行轨迹、姿态变化、高光谱数据采集状态和IMU/GNSS数据质量。发现异常情况应及时处理或重飞。（4）数据记录：高光谱影像数据、IMU/GNSS原始观测数据、时间同步信号等应完整记录并确保数据文件的可读性和完整性。3.7数据质量检查与成果提交标准规定，数据采集完成后应进行严格的质量检查，检查内容包括：（1）数据完整性检查：检查高光谱影像数据的覆盖率、波段完整性和文件可读性，检查IMU/GNSS数据的连续性和完整性。（2）精度评价：利用检查点或与高精度参考数据对比的方式，评价定位精度和姿态精度是否满足设计要求。（3）光谱质量评价：检查高光谱影像的辐亮度/反射率质量、信噪比、条带噪声、smile效应等光谱质量指标。成果提交应包括：原始数据、预处理数据、IMU/GNSS解算成果、质量控制报告及相关元数据等。成果格式和命名应符合标准附录的要求。4.主要参与单位本标准的编制汇聚了国内测绘遥感领域具有深厚技术积累和丰富工程实践经验的优势单位，编制组构成覆盖了标准归口管理、技术研究、装备研制、工程应用和检验检测等各环节。本标准的主要起草单位之一为国家基础地理信息中心（NationalGeomaticsCenterofChina，NGCC）。该中心成立于1995年，是自然资源部直属的公益性事业单位，承担国家测绘基准体系建设与运维、国家基础地理信息数据库建设与更新、自然资源遥感监测等核心职责。中心拥有完善的对地观测技术研究和标准化工作体系，参与了数十项测绘地理信息领域国家标准和行业标准的制修订工作，是我国测绘地理信息标准化工作的骨干力量。在低空遥感技术领域，国家基础地理信息中心长期致力于无人机遥感数据获取与处理技术研究，在IMU/GNSS集成定位定姿、低空高光谱数据采集与质量评价等方面取得了系列研究成果，积累了覆盖多种地形条件和应用场景的工程实践经验。中心配备有完善的遥感数据质量检验评测环境，为本标准中质量控制技术指标的确定提供了重要的实验验证条件。5.标准实施的意义与展望5.1实施意义（1）填补标准空白，完善标准体系。本标准的发布填补了我国在IMU/GNSS辅助低空高光谱遥感数据获取领域行业标准的空白，进一步健全了测绘地理信息标准体系中低空遥感方向的子体系，为后续相关标准的制定提供了参考和基础。（2）统一技术要求，保障数据质量。通过明确规定系统构成、设备安装校核、航线设计、数据采集、质量检查等各环节的技术要求，有效统一了行业作业规范，从源头上保障了低空高光谱遥感数据的质量，为数据的深