1、HJ中华人民共和国国家生态环境标准HJ20无人机环境遥感监测基本作业规范BasicoperatingspecificationsforenvironmentmonitoringbyUAVremotesensing（征求意见稿）202发布20实施生态环境部发布目次.Aa-刖三111 适用范围12 规范性引用文件13 术语和定义14 总体要求25 系统配置36 方案设计57 飞行实施88 数据处理99 质量控制1110 数据整理11附录A（规范性附录）无人机飞行记录表14附录B（规范性附录）红外/光谱仪地面同步测量表15刖百为贯彻中华人民共和国环境保护法，保护生态环境，提升生态环境智慧监测能力，指
2、导和规范各地开展无人机环境遥感监测工作，制定本标准。本标准规定了无人机环境遥感监测的系统配置、方案设计、飞行实施、数据处理、质量控制、数据整理等相关要求。本标准为首次发布。本标准附录A和附录B为规范性附录。本标准由生态环境部生态环境监测司、法规与标准司组织制订。本标准主要起草单位：生态环境部卫星环境应用中心、江苏省生态环境监测中心、辽宁省生态环境保护科技中心、贵州省环境工程评估中心、西藏自治区生态环境遥感监测中心。本标准生态环境部202年月日批准。本标准自202口年月日起实施。本标准由生态环境部解释。无人机环境遥感监测基本作业规范1适用范围本标准规定了无人机环境遥感监测的系统配置、方案设计、飞
3、行实施、数据处理、质量控制、数据整理等相关要求。本标准适用于我国利用固定翼无人机、复合翼无人机、旋翼无人机飞行平台开展生态环境无人机遥感监测。三角翼、飞艇等飞行平台的生态环境遥感监测可参照执行。2规范性引用文件本标准引用了下列文件或其中的条款。凡是标注日期的引用文件，仅标注日期的版本适用于本作业规范；凡是不标注日期的引用文件，其最新版本适用于本作业规范。GB/T24356测绘成果质量检查与验收GB/T27919-2011IMU/GPS辅助航空摄影技术规范GB/T36301航天高光谱成像数据预处理产品分级CH/Z3003低空数字航空摄影测量内业规范CH/Z3004低空数字航空摄影测量外业规范CH
4、/Z3005-2010低空数字航空摄影规范CH/T30151:50001:10000地形图合成孔径雷达航空摄影技术规定CH/T30161:50001:10000地形图合成孔径雷达航空摄影测量技术规定CH/T8023机载激光雷达数据处理技术规范CH/T9008.3基础地理信息数字成果1:5001:10001:2000数字正射影像图3术语和定义下列术语和定义适用于本标准。3.1无人机unmannedaeriaIvehicIe(UAV)由遥控设备或自备程序控制装置操纵，机上无人驾驶的航空器。3.2无人机环境遥感监测environmentaImonitoringbyUAVremotesensing指利
5、用无人机搭载彩色相机、红外相机、成像光谱仪、机载雷达等任务载荷，对生态环境进行低空遥感监测，获取无人机遥感影像并进行处理、专题信息提取和分析应用。3. 3定位定向系统positionandorientationsystem（POS）利用全球卫星导航系统和惯性测量装置直接确定传感器空间位置和姿态的集成系统。3.4无人机航摄aeriaIphotographybyUAV是指利用无人机搭载航摄传感器（如数码相机、多光谱相机、激光雷达等），通过自主飞行或人工遥控的方式，从空中对地表进行遥感影像采集的技术。3. 5航摄设计aerialphotographydesign是指根据无人机环境遥感监测任务需求，系
6、统规划航空摄影的整体技术方案的过程。其核心目标是确保影像数据满足精度、覆盖度和应用要求，同时优化飞行效率与成本。4. 6航线敷设flightroutepIanning是指在无人机航摄或航空测绘任务中，根据任务需求、地形条件和传感器参数，科学规划无人机飞行路径的过程。其核心目标是确保影像数据的全覆盖、高精度和高效采集，同时满足安全飞行要求。5. 7无人机数字正射影像图UAVdigitaIorthophotomap是指对无人机像片进行数字微分纠正和镶嵌，按一定图幅范围裁剪生成的数字正射影像集，同时具有地图几何精度和影像特征的图像。4总体要求5.1 工作流程无人机环境遥感监测工作流程包括方案设计、飞
7、行实施、数据处理、质量控制及数据整理，具体如图1所示。5.2 时空基准无人机环境遥感监测时空基准如下：a）大地基准应采用2000国家大地坐标系（CGCS2000）；b）高程基准应采用1985国家高程基准；c）时间基准应采用公历纪元和北京时间。图1无人机环境遥感监测工作流程6. 3监测模式无人机环境遥感监测模式宜分为基础调查、日常巡查、线索取证、应急监测四类，在开展生态环境监测工作中，可根据实际情况进行调整。各类监测模式内容如下：a）基础调查主要包括地理空间数据制作与更新、生态环境基础数据调查等；b）日常巡查主要包括河湖岸线水生态环境巡查、工业园区巡查、自然保护地巡查等；c）线索取证主要是在生态
8、环境督察、执法前期开展水、气、生态、土壤、固体废物等无人机监测，旨在掌握生态环境违法问题线索；d）应急监测主要是在突发环境事件中针对污染溯源、污染峰团跟踪、应急处置等进行的无人机监测。5系统配置7. 1飞行平台8. 1.1固定翼无人机/复合翼无人机固定翼无人机平台的主要性能指标应满足以下要求：a）任务载重一般不小于2kg；b）巡航速度一般在60160km/h范围内；c）相对航高一般不超过1500m,最高不超过2000m；d）最大飞行海拔高度一般不小于6000m；e）续航时间一般不小于1.5h；f）测控距离一般不小于15km；g）抗风能力应大于4级；h）其他指标参照CH/Z3005-2010中4
9、1的要求。9. 1.2多旋翼无人机微型、轻型多旋翼无人机一般任务载荷与飞行平台高度集成，本标准不做具体要求，小型及以上多旋翼无人机平台的主要性能指标应满足以下要求：a）任务载重一般不小于2kg；b）巡航速度一般在5080km/h范围内；c）相对航高一般不超过1000m,最大飞行海拔高度一般不小于5000m；b）续航时间一般不小于30min；e）测控距离一般不小于5km；f）抗风能力应大于4级。5.2任务载荷5. 2.1彩色相机彩色相机要求如下：a）有效像素不低于2000万；b）感光度不低于IS0100；c）影像获取速率优于1幅/S；d）相机镜头应为定焦镜头，且对焦无限远；e）最高快门速度应不
10、低于1/1000s；f）镜头与相机机身，以及相机与成像探测器稳固连接。6. 2.2红外相机红外相机要求如下：a）传感器有效像素应不低于640480;b）热灵敏度小于100mK;c）测量误差小于3K。5. 2.3成像光谱仪成像光谱仪要求如下：a）光谱通道数一般不小于150个;b）光谱分辨率应优于IOnm;c）光谱响应范围至少覆盖400nm-900nmo5.2.4机载雷达（SAR）机载雷达要求如下：a）作用距离不小于3km；b）成像幅宽不小于2km；c）分辨率优于0.3m；d）频率一般包括C、X、P三种频率。5.2.5激光雷达激光雷达要求如下：a）测距精度优于5cm；b）最大测距不小于300m；c
11、点频率不小于240000Point/s（单回波）；d）可同时搭配彩色相机。5.2.6POS系统POS系统与彩色相机、红外相机、成像光谱仪等任务设备配合使用，为影像数据提供精确的位置信息，其主要性能指标需满足以下要求：a）能输出位置和姿态测量参数；b）最小采样间隔不应大于1s；c）俯仰角、侧滚角测量精度优于0.5。，偏航角测量精度优于1。；d）其他指标参照GB/T27919-2011中4.1的要求。5.2.7其他任务载荷根据不同生态环境监测任务需求，可相应选择其他合适类型的任务载荷，如倾斜相机、气体检测仪、温室气体检测仪、多光谱相机等。5.3地面保障设备地面保障设备是无人机环境遥感监测的基本保
12、障，包括包装运输箱、保障安全工作所需要的灭火器、风速风向仪、户外电源等设备。6方案设计6.1任务明确无人机环境遥感监测实施之前应根据生态环境业务数据需求明确监测任务，包括监测目的、监测时间、监测地点、监测频次、数据类型、技术指标等。6.2资料收集无人机环境遥感监测作业前应收集以下资料：a）测区范围、基础底图影像、地形图、行政区划、禁飞区范围、气象条件、土地分类/覆盖图、周边机场、国界线、重要设施、保护区等资料；b）已有控制点、CoRS站等控制资料；c）测区范围内污染源普查、三线一单、生态保护红线、自然保护地、生态环境质量等生态环境业务应用相关数据资料。6.3设备选型6.3. 1设备选型包括飞行
13、平台和任务载荷设备选型。6.3.2 应该根据监测对象空间分布特点、任务载重、续航时间等确定飞行平台。作业面积大于5km2的，优先选用固定翼/复合翼无人机；作业面积在l-5km2之间的，根据飞行范围、设备配备情况宜选择固定翼/复合翼无人机或小型及以上旋翼无人机；作业面积小于Ikm2的，优先小型及以上旋翼无人机；视距范围内且无需测绘成图，优先选用轻型、微型旋翼无人机。飞行频率高且飞行范围固定的监测任务，宜选择无人机自动机场系统执行监测任务。6.3.3 应根据生态环境监测业务所需数据类型确定任务载荷类型，具体可参照表Io表1无人机飞行平台和任务载荷配置表监测模式监测对象监测信息参考任务载荷基础调查基
14、础底图制作/彩色相机生态调查植被指数、植被类型、生物量等多光谱相机、成像光谱仪、激光雷达土壤调查土壤水分、重金属等物质含量成像光谱仪日常巡查河湖海岸线巡查岸线破坏位置、长度等彩色相机重点湖库水华巡查水华位置、面积多光谱相机、成像光谱仪城乡黑臭水体巡查黑臭水体位置、面积多光谱相机、成像光谱仪入河入海排污口巡查排污口异常排放情况热红外相机、彩色相机工业园区大气环境巡查园区大气污染物高值区气体检测仪、彩色相机生态红线、自然保护地巡查人为活动干扰位置、面积彩色相机温室气体日常监测典型区域温室气体浓度、通量温室气体检测仪线索取证固废堆场固废堆存体积、占地面积等彩色相机、倾斜相机、激光雷达生态破坏生态破坏
15、图斑位置、面积彩色相机大气、水等污染源大气排放口污染物浓度、水排放口污染物浓度气体检测仪、成像光谱仪应急监测海上溢油溢油位置、面积雷达、彩色相机污染溯源、污染峰团跟踪污染源位置、污染峰团位置热红外相机、彩色相机、成像光谱仪尾矿库泄漏尾矿库泄漏量测算激光雷达6.4航摄计划6.4.1 无人机环境遥感监测前应制作航摄计划，包括时间选择、航摄分区、航线敷设、像控点布设要求等。6.4.2 航摄时间的选择航摄时间的选择应遵循以下原则：a）基础调查、日常巡查应根据具体业务需求确定时间段和频次；b）线索取证应选择对象易发生变化或已发生变化的时间段；c）拍摄时，光学相关载荷要保证具有充足的光照度，且尽量避免大片
16、云层的干扰；d）成像光谱仪载荷的飞行时间宜选择在当地正午前后各1.5h内；e）执行应急监测任务时，根据现场任务需求灵活选择飞行时间。6.4.3航摄分区应根据监测范围的几何特点和监测需求确定航摄分区，应急监测或区域范围较小的监测可不考虑航摄分区。航摄分区的制定应遵循以下原则：a）分区界线应与图廓线相一致；b）分区内的地形高差一般不大于1/6摄影航高；c）在地形高差符合b）条规定，且能够确保航线的直线性情况下，分区的跨度应能完整覆盖整个摄区；d）当地形高差突变，地形特征差别显著或有特殊要求时，可以破图廓划分航摄分区。6.4.4航线敷设应根据设计分辨率、航拍高度、任务载荷性能等敷设航线，视距范围飞行
17、可不考虑航线敷设。航线敷设的制定应遵循以下原则：a）航线一般按东西向平行于图廓线直线敷设，特定条件下亦可做南北向敷设；b）河流、海岸线、境界等按其自然方向敷设；c）航向重叠度为60%80%,最小应不小于53%；d）旁向重叠度为15%60%,最小应不小于8%；e）航向覆盖超出作业边界线不少于两条基线；f）旁向覆盖超出作业边界线不少于相幅的50%；g）进行水域、海区摄影时，应避免像主点落水。6.4.5像控点布设像控点布设及测量按照CH/Z3004中的要求执行。6. 5飞行申报利用无人机开展生态环境监测活动前应按照国家及地方无人机飞行空域管理、监督管理和应急处置的有关规定执行。7飞行实施7. 1设备
18、检验及校正飞行实施之前应对所有设备进行检验和校正，满足下列要求后方可使用：a）所有设备外观、结构完整；b）相机与POS系统稳定、牢固固定于飞行平台上；c）所有连接线正常、稳固连接；d）相机镜头无遮挡并擦拭干净；e）油箱（电池）容量满足至少一个飞行架次；f）所有设备通电测试后工作正常；g）红外相机、成像光谱仪在使用前进行过定标。7. 2实地踏勘7.2 .1飞行作业前需对测区进行实地踏勘，了解测区内的基本情况，如地形地貌、地表植被以及周边的机场、重要设施、道路交通、工业布局、人口密度等信息，并选择合适的起降点。7.3 .2对于特殊地形或航空管制等原因无法开展飞行作业的区域，可用最新的高分辨率卫星影
19、像作为替代。7.4 .3根据实地踏勘情况，必要时可以对航摄计划进行优化调整。7.5 3飞行作业飞行作业需满足以下条件方可开展：a）每次飞行作业前，需仔细检查设备的状态是否正常；b）飞行作业应避免大雾、霾等能见度低的气象条件，以及各种覆盖物（如积雪、洪水、扬尘等）的不利影响；c）不同地形太阳高度角要求，平地20。，丘陵30。，山地45。；d）飞行区域和水域相关时，应选择在低潮位时期和枯水期等窗口时间开展作业；e）航迹控制精度的偏航距10米，航高差VlO米；f）搭载红外相机飞行时，宜开展地面同步测量工作，记录多种典型地物的表面温度数据，同一测区内典型地物数量一般不少于3种；g）搭载成像光谱仪飞行时
20、宜开展地面同步测量工作，记录多种典型地物的地表反射率数据，同一测区内典型地物数量一般不少于3种；h）按7.6的要求做好飞行记录。7.6 数据检查每个架次的飞行结束后，应立即检查影像及PoS数据的数量和质量，对于不符合要求的数据，需及时补飞。检查的内容包括：a）影像数量和预估的数量基本一致；b）影像数据和POS数据一一对应；c）影像目视清晰、纹理结构正常、反差适中，色调柔和，能够辨认出与地面分辨率相适应的细小地物；d）影像上不应有大面积的云、云影、烟、大面积反光、污点等缺陷；e）POS数据值在正常范围内。7.7 补摄7.5.1航摄影像出现相对漏洞或绝对漏洞应进行补摄。7.5.2补摄原则补摄时应
21、遵循以下原则：a）应采用前一次航摄飞行的同型号载荷；b）补摄时间、气象条件应和前一次航摄时尽量接近；c）补摄飞行应按原设计要求进行；d）补摄航线的两端至少超出漏洞之外一条基线；f）POS数据的补摄按照GB/T27919-2011中6.4.16.4.5中情况进行确定。7. 6飞行记录每个飞行架次结束后应填写飞行记录，飞行记录表见附录A。搭载红外相机或成像光谱仪飞行时，如开展地面同步测量工作，需填写红外/光谱仪地面同步测量表，见附录B。8数据处理7.1 数据预处理7.1.1 彩色相机数据彩色相机数据预处理的过程及要求如下：a）数据前期处理，包括：格式转换、畸变差改正及图像增强，具体要求按照CH/Z
22、3003规定的相关要求执行；b）空中三角测量，具体要求按照CH/Z3003规定的相关要求执行；c）定向建模，具体要求按照CH/Z3003规定的相关要求执行；d）数字高程模型制作，具体要求按照CH/Z3003规定的相关要求执行；e）数字正射影像图（DoM）制作，包括纠正、匀色、镶嵌、图幅裁切等，具体要求按照CH/T9008.3规定的相关要求执行。7.1.2 红外相机数据红外相机数据预处理的过程及要求如下：a）数据前期处理，包括：格式转换、畸变差改正及图像增强，具体要求按照CH/Z3003规定的相关要求执行；b）数字正射影像图（DoM）制作，包括辐射校正、几何校正、镶嵌、图幅裁切等。考虑到目前红外
23、相机硬件指标的限制，其处理过程按照CH/T9008.3规定的相关要求执行，但数据产品精度可适当放低；c）大气校正，利用大气辐射传输模型或地面实况同步观测数据，生成地表温度数据产品。7.1.3 成像光谱仪数据成像光谱仪数据预处理过程宜参考GB/T36301规定的预处理产品级别划分，进行下列处理：a）辐射校正，包括相对辐射校正和绝对辐射校正，基于实验室定标结果，生成辐亮度数据产品；b）几何校正，利用飞行作业时同步获取的PoS数据进行几何校正，生成光谱影像数据产品；c）大气校正、地表反射率计算，利用大气辐射传输模型或地面实况同步观测数据，生成地表反射率数据产品。8. 1.4雷达（SAR）数据雷达数据
24、预处理的过程及要求如下：a）数据前期处理，包括原始回波数据生成、InSAR影像产品生成及多极化SAR影像产品生成，具体要求按照CH/T3015的相关要求执行；b）空中三角测量，具体要求按照CH/T3016规定的相关要求执行；c）SAR正射影像图，具体要求按照CH/T3016规定的相关要求执行。8.1.5激光雷达数据激光雷达数据的预处理过程应符合现行行业标准CH/T8023的规定，在原始数据的基础上，经过坐标系统转换、点云滤波分类、数字高程模型制作、匀光匀色、拼接、裁剪等处理后，最终生成数字正射影像图。8. 2专题信息提取专题信息提取是在预处理数据产品的基础上，经过图像融合、参数反演、图像分类、
25、图像解译等处理过程，生成符合要求的满足水、气、生态、土壤、固体废物等生态环境监测领域需求的专题信息产品。专题信息产品的制作要求，在有相关国家或行业标准的时候按照标准执行，在没有相关国家或行业标准的时候根据实际需求执行。9质量控制8.1 原始数据质量检查以目视方式检查，要求影像完整，纹理清晰，反差、色调适中。8.2 预处理产品质量检查预处理产品质量检查主要内容：a）区域范围是否符合方案设计的要求；b）镶嵌是否合理，接边差是否符合技术要求；c）各类参数（坐标系统、投影参数、分辨率、起止点坐标等）是否符合要求；d）影像是否存在模糊、错位、扭曲、重影、变形等问题；e）影像是否清晰，色调色彩是否均匀；f
26、其他要求按照GB/T24356相关内容执行。9. 3专题产品质量检查专题信息产品应根据成果类型及处理方式对样本数据分别进行识别精度、分类精度、变化监测精度、反演精度等检验。9.4质量检查结果处理在质量检查中发现质量问题时，应及时提出处理意见，交产品生产部门进行修正。当问题较多或性质问题较严重时，可要求补飞或将部分或全部产品退回数据处理部门重新处理，再次进行最终检查并填写检查记录。10数据整理10. 1数据组织及命名10.1.1 数据组织飞行成果数据按照以下结构进行组织：a）以飞行架次为单位组织，即一个飞行架次目录由原始影像目录、PoS数据目录、像控点目录、预处理产品目录及专题产品目录组成，各
27、目录下存储其对应的数据体文件（其结构形式见图2）；b）数据体文件为原始影像、POS数据、像控点数据、预处理数据产品及专题数据产品。POvB目录像按点目录IMt瞪产品目录过产品口JK教榭体文件电察体文件H檄体文件假榭体文性图2成果数据文件组织结构10.1.2命名规则各目录及数据体文件命名规则如下:a）飞行架次目录按照XXX-AAAABBCC-DD的编号规则编制目录名称，各部分意义见图3。XXXzKAXABBCCDb飞行柴次爆号I，飞行时同（年月日）飞行区域幺软图3成果数据文件夹命名规则b）原始影像目录按照数据体类型命名，即原始影像，其数据体文件按照顺序命名，起始为OOOLc）POS数据目录按照数
28、据体类型命名，即PoS数据，其数据体文件按照飞行架次目录命名；d）像控点目录按照数据体类型命名，即像控点，其数据体文件按照飞行架次目录命名；e）预处理产品目录按照数据体类型命名，即预处理结果数据，其数据体文件按照飞行架次目录及产品名称命名；f）专题产品目录按照数据体类型命名，即专题信息提取结果数据，其数据体文件按照飞行架次目录及产品名称命名。10.2数据移交移交的数据应清楚、齐全，包括：a）成果移交清单；b）航摄飞行设计书；c）飞行范围文件；d）摄区航线图或航线规划文件；e）飞行记录表，为原版复印件及电子扫描件；f）飞行区域信息统计表；g）载荷检校参数报告，为原版复印件及电子扫描件；h）原始影
29、像及对应的POS数据，存储于移动硬盘内；i）预处理影像产品，存储于移动硬盘内；j）专题信息产品，存储于移动硬盘内；k）数字正射影像产品精度报告；1）在结合实际情况的基础上，采用其他载荷技术获取满足质量要求的影像并提交其相应的标准格式数据；m）其他相关资料。附录A（规范性附录）无人机飞行记录表表A.1无人机飞行记录表日期：年月日起飞：时分降落：时分摄区摄区名称摄区代号航摄分区地面分辨率绝对航高摄影方向航线条数地形地貌飞行器飞行器型号编号导航仪载荷载荷型号载荷编号镜头号码焦距滤光镜光圈曝光时间感光度影像盘号摄影时间摄影前试片摄影后试片天气天气状况水平能见度垂直能见度机组操控手地面站人员摄影测量员机械师航线飞行示意图a备注,填表人：a航线飞行示意图主要是包含航测范围地形图、航线、起始点、终止点的手绘草图。b备注主要包括任务执行过程中突发事件、生态环境要素现场初步判断等信息。附录B（规范性附录）红外/光谱仪地面同步测量表表B.1红外/光谱仪面同步测量记录表日期：年月曰测区测区名称地形地貌测量设备设备型号天气天气状况测量数据点号照片地物类型经度纬度实测值/文件名点号照片地物类型经度纬度实测值/文件名点号照片地物类型经度纬度实测值/文件名点号照片地物类型经度纬度实测值/文件名点号照片地物类型经度纬度实测值/文件名填表人：
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