無人機低空遙感監(jiān)測的多傳感器一致性檢測技術(shù)規(guī)范2022-04-15發(fā)布2022-04-15實施國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會GB/T41450—2022前言 I 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4縮略語 35基本要求 5.1檢測流程 35.2檢測內(nèi)容 5.3檢測儀器 5.4時空基準(zhǔn) 45.5數(shù)據(jù)采集 6檢測條件 46.1一般規(guī)定 46.2室外檢測條件 6.3室內(nèi)檢測條件 57檢測飛行 7.1飛行計劃書 7.2飛行環(huán)境 7.3飛行速度 67.4飛行航高 8輻射一致性檢測 8.1激光雷達輻射性能檢測 8.2光學(xué)遙感傳感器輻射性能檢測 88.3多傳感器輻射一致性檢測 9幾何一致性檢測 9.1激光雷達幾何性能檢測 9.2光學(xué)遙感傳感器幾何性能檢測 9.3多傳感器幾何一致性檢測 10檢測結(jié)果評價與整理 10.1檢測結(jié)果評價 10.2檢測結(jié)果整理 10.3檢測材料歸檔 附錄A(資料性)觀測手簿示例 附錄B(資料性)計算手簿示例 附錄C(資料性)檢測報告示例 參考文獻 IGB/T41450—2022本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由中華人民共和國自然資源部提出。本文件由全國地理信息標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC230)歸口。本文件起草單位：同濟大學(xué)、上海同繁勘測工程科技有限公司、中測新圖(北京)遙感技術(shù)有限責(zé)任公司、北京四維空間數(shù)碼科技有限公司、北京同創(chuàng)達勘測有限公司、南寧市勘察測繪地理信息院有限公司、中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司、湖北華中電力科技開發(fā)有限責(zé)任公司。1無人機低空遙感監(jiān)測的多傳感器一致性檢測技術(shù)規(guī)范1范圍本文件規(guī)定了無人機低空遙感監(jiān)測的多傳感器一致性檢測的基本要求、檢測條件、檢測飛行、輻射一致性檢測、幾何一致性檢測、檢測結(jié)果評價與整理。本文件適用于以固定翼和多旋翼低空無人機為平臺的多傳感器遙感監(jiān)測的輻射和幾何一致性檢測。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T28591—2012風(fēng)力等級CH/T3004—2021低空數(shù)字航空攝影測量外業(yè)規(guī)范CH/T3005—2021低空數(shù)字航空攝影規(guī)范3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。光學(xué)遙感傳感器opticalremotesensingsensor在電磁波譜的可見光、近紅外、中紅外和熱紅外波段范圍內(nèi)，接收或記錄物體反射或輻射的電磁波譜信息的儀器。激光雷達Lidar發(fā)射激光束并接收回波獲取目標(biāo)三維信息的系統(tǒng)。由激光雷達和光學(xué)遙感傳感器組成，把兩者收集、提供的信息集合或組合在一起的集成系統(tǒng)。輻射一致性radiationconsistency相同觀測條件下，對于同一觀測目標(biāo)，多傳感器集成系統(tǒng)輻射測量值多次結(jié)果之間的吻合程度。注：主要衡量指標(biāo)包括反射率相關(guān)性和反射率相對中誤差。幾何一致性geometricconsistency相同觀測條件下，對于同一觀測目標(biāo)，多傳感器集成系統(tǒng)幾何測量值多次結(jié)果之間的吻合程度。2注：主要衡量指標(biāo)為平均標(biāo)定誤差。一致性檢測consistencytesting對給定的多傳感器集成系統(tǒng)，按規(guī)定程序確定輻射和幾何一致性程度的技術(shù)操作。在一定條件下，遙感傳感器觀測值理論上客觀存在且無任何誤差的實際值。一個接近真值的值，它與真值之差可忽略不計。對于給定的目的，可用其來替代真值。反射率reflectance物體反射的輻射能量占總輻射能量的百分比。光學(xué)遙感傳感器的輻射特性隨時間保持恒定的能力。重復(fù)性repeatability在重復(fù)性測量條件下，相同待測量的重復(fù)測量結(jié)果之間的吻合程度。客觀世界中固定不動的絕對直角坐標(biāo)系。像素坐標(biāo)系pixelcoordinatesystem圖像左上角為坐標(biāo)原點，u軸向右，v軸向下，以像素為單位的直角坐標(biāo)系。重投影誤差reprojectionerror光學(xué)遙感傳感器目標(biāo)點根據(jù)位姿轉(zhuǎn)換關(guān)系投影到像素坐標(biāo)系后，與目標(biāo)點實際測量值的像素坐標(biāo)校差。多傳感器集成系統(tǒng)中激光雷達目標(biāo)點根據(jù)位姿轉(zhuǎn)換關(guān)系投影到像素坐標(biāo)系后，與同名點的像素坐標(biāo)校差。幾何畸變geometricdistortion目標(biāo)成像過程中，在輸出圖像中像點相對于其理論真實位置的錯誤定位。光譜平坦性spectralflatness在遙感傳感器有效響應(yīng)波段內(nèi)，輻射特性靶標(biāo)光譜的變化特性。3遙感影像在HSV色彩空間中明度的分量。4縮略語下列縮略語適用于本文件。CGCS2000:2000國家大地坐標(biāo)系統(tǒng)(ChinaGeodeticCoordinateSystem2000)GNSS:全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GlobalNavigationSatelliteSystem)UAV:無人機(UnmannedAerialVehicle)5基本要求5.1檢測流程多傳感器一致性檢測流程如圖1所示。檢測內(nèi)容確定檢測內(nèi)容確定檢測儀器選擇檢測條件和飛行條件選擇光學(xué)遙感傳感器幾何性能檢測多傳感器幾何一致性檢測兒何一致性檢測檢測結(jié)果評價與整理光學(xué)遙感傳感器輻射性能檢測激光雷達幾何性能檢測激光雷達輻射多傳感器輻射一致性檢測輻射一致性檢測圖1無人機低空遙感監(jiān)測的多傳感器一致性檢測流程5.2檢測內(nèi)容多傳感器一致性檢測內(nèi)容應(yīng)符合以下要求：a)檢測前，應(yīng)對單傳感器輻射和幾何性能進行檢測；b)檢測過程應(yīng)在符合要求的檢測場內(nèi)通過檢測飛行獲取檢測數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)處理和結(jié)果評價c)檢測結(jié)果應(yīng)通過一致性程度進行衡量和評價；d)檢測的主要指標(biāo)內(nèi)容應(yīng)符合表1的規(guī)定。4表1無人機低空遙感監(jiān)測的多傳感器一致性檢測指標(biāo)內(nèi)容一致性類型指標(biāo)內(nèi)容激光雷達輻射一致性反射率中誤差光學(xué)遙感傳感器輻射一致性穩(wěn)定性、重復(fù)性多傳感器輻射一致性反射率相關(guān)性、反射率相對中誤差激光雷達幾何一致性測距相對中誤差光學(xué)遙感傳感器幾何一致性平均重投影誤差多傳感器幾何一致性平均標(biāo)定誤差5.3檢測儀器主要檢測儀器要求應(yīng)符合表2的規(guī)定。表2主要檢測儀器及技術(shù)要求檢測儀器名稱技術(shù)要求積分球不低于三級溯源漫反射參考標(biāo)準(zhǔn)板光譜平坦性優(yōu)于5%;制作材料為硫酸鋇、聚四氟乙烯或水基乙烷幾何一致性檢測靶標(biāo)控制測量水平精度優(yōu)于1cm,高程精度優(yōu)于2cm全站儀10mm級儀器、5mm級儀器采用的時空基準(zhǔn)應(yīng)符合以下要求：a)平面坐標(biāo)系統(tǒng)、高程基準(zhǔn)應(yīng)與所在地區(qū)基礎(chǔ)測繪的平面坐標(biāo)系統(tǒng)、高程基準(zhǔn)一致，如條件允許，應(yīng)與2000國家大地坐標(biāo)系統(tǒng)(CGCS2000)和1985國家高程基準(zhǔn)建立聯(lián)系；b)日期應(yīng)采用公元紀(jì)年，時間應(yīng)采用北京時間。5.5數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集應(yīng)符合以下要求：a)所采集標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)影像亮度的均值應(yīng)在30%～80%之間；b)所采集標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)上激光點云數(shù)應(yīng)大于100點/靶標(biāo)。6檢測條件6.1一般規(guī)定6.1.1多傳感器幾何及輻射一致性檢測、激光雷達幾何及輻射性能檢測應(yīng)符合室外檢測條件要求。6.1.2光學(xué)遙感傳感器幾何及輻射性能檢測應(yīng)符合室內(nèi)檢測條件要求。56.2室外檢測條件6.2.1檢測場環(huán)境檢測場的環(huán)境應(yīng)符合以下要求：a)建設(shè)區(qū)域應(yīng)能夠?qū)嵤┮巴獍袠?biāo)控制測量；b)建設(shè)區(qū)域地形坡度應(yīng)小于10°;c)光照條件應(yīng)保持在10000lx～100000lx。檢測靶標(biāo)的材質(zhì)應(yīng)符合以下要求：a)標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)的材料應(yīng)選用硫酸鋇、聚四氟乙烯或水基乙烷；b)標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)光譜平坦性應(yīng)優(yōu)于5%;c)多傳感器幾何一致性檢測靶標(biāo)應(yīng)符合圖2,靶標(biāo)尺寸應(yīng)不小于50cm×50cm×30cm,具體包圖2幾何一致性檢測靶標(biāo)d)空心梯形錐體的四個面板分別為底角60°、頂角120°的等腰梯形，上底長度為下底長度的1/2;e)空心梯形錐體材料由鍍有漫反射材料的金屬板制成，漫反射材料應(yīng)選用硫酸鋇、聚四氟乙烯或水基乙烷；f)幾何一致性靶標(biāo)控制測量的水平位置精度應(yīng)優(yōu)于1cm,高程精度應(yīng)優(yōu)于2cm;g)幾何一致性靶標(biāo)底板中心的材料應(yīng)選用硫酸鋇、聚四氟乙烯或水基乙烷。檢測靶標(biāo)的布設(shè)應(yīng)符合以下要求：a)多傳感器視場的中心和四角應(yīng)布設(shè)一致性檢測靶標(biāo)，并保證靶標(biāo)均勻覆蓋傳感器垂直向下45°觀測角的可視范圍；b)靶標(biāo)的擺放位置應(yīng)保證光學(xué)遙感傳感器在一次成像中清晰拍攝到每個靶標(biāo)，激光雷達傳感器可在短時間間隔內(nèi)掃描到所有靶標(biāo)。6.3室內(nèi)檢測條件6.3.1輻射性能檢測設(shè)施輻射性能檢測設(shè)施應(yīng)符合以下要求：a)檢測場所在室內(nèi)，確保無塵；6b)檢測場所內(nèi)只有單一光源，無雜光；檢測場所內(nèi)溫度為20℃±5℃;檢測場所內(nèi)相對濕度為50%～70%;檢測場所內(nèi)大氣壓為常壓86kPa～106kPa;積分球標(biāo)準(zhǔn)不低于三級溯源。6.3.2幾何性能檢測設(shè)施幾何性能檢測設(shè)施應(yīng)符合以下要求：a)檢測場所在室內(nèi)，確保無塵；b)檢測場所內(nèi)只有單一光源，無雜光；c)檢測場所內(nèi)溫度為20℃±5℃;d)檢測場所內(nèi)相對濕度為50%～70%;e)檢測場所內(nèi)大氣壓為常壓86kPa～106kPa;f)棋盤格制作材料應(yīng)保證影像成像清晰；g)棋盤格尺寸不小于20cm×25cm;h)幾何畸變檢測的影像數(shù)不少于20張。7.1飛行計劃書檢測飛行前應(yīng)編制飛行計劃書，飛行計劃書編制應(yīng)遵守CH/T3004—2021和CH/T3005—2021的規(guī)定，具體應(yīng)包括以下內(nèi)容：a)飛機型號；b)起降點信息；c)以經(jīng)緯度和圖幅號略圖表明的飛行區(qū)域；d)飛行區(qū)域及面積；e)飛行季節(jié)及飛行時間的選擇；f)飛行任務(wù)的執(zhí)行期限；g)其他相關(guān)的技術(shù)要求等。7.2飛行環(huán)境檢測飛行環(huán)境應(yīng)符合以下要求：a)飛機起降點四周視野開闊，視場內(nèi)障礙物的高度角應(yīng)不大于20°,GNSS信號接收不應(yīng)失鎖；b)檢測飛行前應(yīng)評估GNSS信號強度、觀察到的衛(wèi)星數(shù)量和無人機平臺靜止時的準(zhǔn)確位置，觀察到的衛(wèi)星數(shù)量應(yīng)不少于10顆；c)檢測飛行時，既要保證充足的光照度，又要避免過大的陰影，太陽高度角應(yīng)大于35°,且飛行期間太陽高度角變化應(yīng)不大于20°;d)飛行環(huán)境風(fēng)應(yīng)不大于GB/T28591—2012所定義的風(fēng)力等級5級。7.3飛行速度檢測飛行過程中，飛行速度(地速)應(yīng)符合以下要求：a)固定翼無人機最大飛行速度應(yīng)不大于30m/s,多旋翼無人機最大飛行速度應(yīng)不大于16m/s;b)應(yīng)根據(jù)地面實際風(fēng)速對任務(wù)航速進行調(diào)整，風(fēng)力較大時降低任務(wù)航速，無人機應(yīng)在任務(wù)高度穩(wěn)7GB/T41450—2022定飛行；c)航線中飛行加速度應(yīng)不大于2.5m/s2。7.4飛行航高檢測飛行過程中，飛行航高應(yīng)符合以下要求。a)平臺飛行升限應(yīng)不大于1000m,飛行高度(H)應(yīng)根據(jù)公式(1)由機載多傳感器地面觀測分辨率要求決定：式中：f——鏡頭焦距，單位為毫米(mm);GSD——地面分辨率，單位為米(m);a——傳感器像元尺寸，單位為毫米(mm)。b)一條航線內(nèi)航高變化應(yīng)不大于相對航高的5%～10%,實際航高變化應(yīng)不大于設(shè)計航高c)一條航線上相鄰觀測數(shù)據(jù)的航高之差應(yīng)不大于5m,實際航高與設(shè)計航高之差應(yīng)不大于5m。8輻射一致性檢測8.1激光雷達輻射性能檢測8.1.1衡量指標(biāo)應(yīng)采用反射率中誤差(mr)作為衡量指標(biāo)，激光雷達反射率中誤差(mt)應(yīng)按公式(2)進行計算：m;——反射率中誤差，以百分?jǐn)?shù)表示；R;——第i個標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)由激光雷達所測反射率，以百分?jǐn)?shù)表示；R;——第i個標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)實際反射率，以百分?jǐn)?shù)表示；n標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)個數(shù)。8.1.2檢測方法應(yīng)按以下步驟進行：a)在檢測場內(nèi)均勻布設(shè)反射率為5%、20%、40%、60%和100%的標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)各不少于4個；b)利用地物光譜儀采集每個標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)的實際反射率值，作為反射特性相對真值R;;c)利用激光雷達獲取靶標(biāo)場內(nèi)不同標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)的距離數(shù)據(jù)；d)利用激光雷達獲取靶標(biāo)場內(nèi)不同標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)的波形數(shù)據(jù)；e)使用經(jīng)驗?zāi)Ｐ筒ㄐ畏纸夥椒ㄟM行回波波形的參數(shù)提取，獲得激光回波脈沖的振幅、波寬以及中心波長位置；f)對地物波峰峰值A(chǔ)、測距距離L和反射率R之間的關(guān)系進行二次多項式曲面擬合，獲得經(jīng)驗8GB/T41450—2022輻射校正模型f(A,L,R);g)對經(jīng)驗輻射校正模型進行內(nèi)插，得到地物波峰峰值A(chǔ)、測距距離L和反射率R之間的連續(xù)關(guān)系，從而將波形波峰峰值校正成地物的反射率；h)利用經(jīng)驗校正模型測得每個標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)的反射率值R;;i)將激光雷達所測反射率值與地物光譜儀所測反射率值代入公式(2),求出激光雷達反射率中誤差。8.2光學(xué)遙感傳感器輻射性能檢測8.2.1衡量指標(biāo)應(yīng)采用穩(wěn)定性和重復(fù)性作為衡量指標(biāo)，計算方法如下。a)穩(wěn)定性(RSD)應(yīng)按公式(3)進行計算：RSD——穩(wěn)定性，以百分?jǐn)?shù)表示；…SD——n次測量值的標(biāo)準(zhǔn)差；DNn次測量所得結(jié)果的算術(shù)平均值。 b)測量值算術(shù)平均(DN)應(yīng)按公式(4)進行計算：DN;——第i次測量的數(shù)字響應(yīng)值；i——測量值序號；n——總觀測次數(shù)。c)測量值的標(biāo)準(zhǔn)差(SD)應(yīng)按公式(5)進行計算：d)重復(fù)性[s(x)]應(yīng)按公式(6)進行計算：………… 式中：s(x)——重復(fù)性，以百分?jǐn)?shù)表示；i——測量值序號；n——總測量次數(shù)；x;——第i次測量的測得值；元n次測量所得結(jié)果的算術(shù)平均值。8.2.2檢測方法8.2.2.1穩(wěn)定性檢測方法應(yīng)按以下步驟進行：a)接通積分球直流穩(wěn)壓電源，使積分球的燈源亮度均勻地形成無限大擴散光源；b)把被測傳感器安置在專用架上，并調(diào)節(jié)積分球光欄的中心部位，使積分球光源通過被測傳感器9GB/T41450—2022物鏡成像在焦平面上；c)調(diào)節(jié)積分球燈源輸出功率，等待積分球燈源輸出穩(wěn)定后，預(yù)熱20min;d)調(diào)整被測傳感器的感光度ISO值和積分時間，保證傳感器成像清晰且不過曝；e)觸發(fā)被測傳感器成像，得到該輸出功率下的光學(xué)遙感影像；f)以3min為時間間隔，重復(fù)步驟e),共測量1h;g)可利用中心像元區(qū)域9點平均法，代替光學(xué)遙感影像的單次測量平均數(shù)字響應(yīng)值DN;;h)根據(jù)公式(3)、公式(4)、公式(5)求出光學(xué)遙感傳感器的穩(wěn)定性。8.2.2.2重復(fù)性檢測方法應(yīng)按以下步驟進行：a)接通積分球直流穩(wěn)壓電源，使積分球的燈源亮度均勻地形成無限大擴散光源；b)把被測傳感器安置在專用架上，并調(diào)節(jié)積分球光欄的中心部位，使積分球光源通過被測傳感器物鏡成像在焦平面上；c)調(diào)節(jié)積分球燈源輸出功率，等待積分球燈源輸出穩(wěn)定后，預(yù)熱20min;d)調(diào)整被測傳感器的感光度ISO值和積分時間，傳感器應(yīng)清晰成像且不過曝；e)觸發(fā)被測傳感器成像，得到該輸出功率下的光學(xué)遙感影像；f)以15s為時間間隔，重復(fù)步驟e),共測量5min;g)可利用中心像元區(qū)域9點平均法，代替光學(xué)遙感影像的單次測量平均數(shù)字響應(yīng)值DN;;h)根據(jù)公式(6)求出光學(xué)遙感傳感器的重復(fù)性。8.3多傳感器輻射一致性檢測8.3.1衡量指標(biāo)應(yīng)采用反射率相關(guān)性(r;)和反射率相對中誤差(M;)作為衡量指標(biāo)，計算方法如下。a)反射率相關(guān)性(r)應(yīng)按公式(7)進行計算：式中：r;——反射率相關(guān)性，以百分?jǐn)?shù)表示；R第i個標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)由激光雷達所測反射率，以百分?jǐn)?shù)表示；R?.——第i個標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)由光學(xué)遙感傳感器所測反射率，以百分?jǐn)?shù)表示；R?激光雷達所測反射率值的算術(shù)平均值，以百分?jǐn)?shù)表示；R?——光學(xué)遙感傳感器所測反射率值的算術(shù)平均值，以百分?jǐn)?shù)表示；n——標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)個數(shù)。b)反射率相對中誤差(M)應(yīng)按公式(8)進行計算：式中：M;——反射率相對中誤差，以百分?jǐn)?shù)表示；GB/T41450—2022R?.——第i個標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)由激光雷達所測反射率，以百分?jǐn)?shù)表示；R?第i個標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)由光學(xué)遙感傳感器所測反射率，以百分?jǐn)?shù)表示；n——標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)個數(shù)。8.3.2檢測方法應(yīng)按以下步驟進行：a)在檢測場內(nèi)均勻布設(shè)反射率為5%、20%、40%、60%和100%的標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)各不少于4個；b)利用多傳感器集成系統(tǒng)同步獲取標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)的激光雷達點云數(shù)據(jù)和光學(xué)遙感影像數(shù)據(jù)；c)通過人工目視判別從激光雷達與光學(xué)遙感傳感器觀測值中提取標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)；d)基于激光雷達數(shù)據(jù)，使用經(jīng)驗?zāi)Ｐ筒ㄐ畏纸夥椒ㄟM行回波波形的參數(shù)提取，獲得激光回波脈沖的振幅、波寬以及中心波長位置；e)對地物波峰峰值A(chǔ)、測距距離L和反射率R之間的關(guān)系進行二次多項式曲面擬合，獲得經(jīng)驗輻射校正模型f(A,L,R);f)利用經(jīng)驗校正模型測得每個標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)的反射率值R?.;g)基于光學(xué)遙感影像數(shù)據(jù)，采用相對輻射校正的方法，計算標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)的反射率值R2.;h)根據(jù)公式(7)計算激光雷達測得的反射率與光學(xué)遙感傳感器測得反射率之間的相關(guān)性；i)根據(jù)公式(8)計算激光雷達和光學(xué)遙感傳感器反射率相對中誤差。9幾何一致性檢測9.1激光雷達幾何性能檢測9.1.1衡量指標(biāo)應(yīng)采用測距相對中誤差(m?)作為衡量指標(biāo)，計算方法如下。a)測距中誤差(m;)應(yīng)按公式(9)進行計算：式中：m;——測距中誤差，單位為米(m);L;——第i個標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)由激光雷達所測距離，單位為米(m);L;——第i個標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)實際距離，單位為米(m);n標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)個數(shù)。b)激光雷達平均測距值(L)應(yīng)按公式(10)進行計算：式中：L——平均測距值，單位為米(m);L;第i個標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)實際距離，單位為米(m);n——標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)個數(shù)。c)激光雷達測距相對中誤差(m?)應(yīng)按公式(11)進行計算：……(10)GB/T41450—2022式中：m?——測距相對中誤差，以百分?jǐn)?shù)表示。9.1.2檢測方法應(yīng)按以下步驟進行。a)在激光雷達標(biāo)稱的可觀測距離范圍，根據(jù)距離值差異，均勻布設(shè)不少于5個標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)。b)調(diào)整激光雷達和標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)位置，激光雷達應(yīng)在短時間間隔內(nèi)掃描到所有標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)。c)利用測距精度不低于10mm級全站儀測算激光雷達與標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)之間的斜距，每個標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)獨立觀測次數(shù)應(yīng)不少于5次。d)全站儀測算斜距的加常數(shù)K?、乘常數(shù)R?的改正值應(yīng)根據(jù)儀器檢測結(jié)果進行計算。e)全站儀測算斜距的氣象改正值(△D),應(yīng)按公式(12)進行計算：△D=S(n?-ng)/ng………(12)式中：△D——氣象改正值，單位為米(m);S——觀測距離，單位為米(m);n。——儀器氣象參考點上的折射率，以百分?jǐn)?shù)表示，由儀器設(shè)計給出；ng——作業(yè)氣象條件下實際的群折射率，以百分?jǐn)?shù)表示，按儀器說明書指定的公式計算。f)利用點云數(shù)據(jù)計算激光雷達與不同標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)之間的距離，每個標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)獨立觀測次數(shù)應(yīng)不少于5次。g)利用激光雷達測算的標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)距離和全站儀測算的距離，列出測距誤差方程式，如公式(13)所示：L,=(L,+v,)+K?+R?L,…………(13)式中：L,——激光雷達測距觀測值，單位為米(m);K?——激光雷達測距加常數(shù)，以百分?jǐn)?shù)表示；R?——激光雷達測距乘常數(shù)，以百分?jǐn)?shù)表示；v,——激光雷達測距改正值，單位為米(m)。h)將公式(13)改寫成測距誤差方程式，如公式(14)所示：v,=-K?-R?L,+(L,-Lr) i)采用最小二乘法計算誤差偏移改正數(shù)，分別為加常數(shù)K?和乘常數(shù)R?。j)按照公式(15)計算激光雷達改正測距值(La):式中：Lα——激光雷達改正測距值，單位為米(m);L?.——激光雷達測距值，單位為米(m);K?——激光雷達測距加常數(shù)，以百分?jǐn)?shù)表示；R?——激光雷達測距乘常數(shù)，以百分?jǐn)?shù)表示。k)將改正后的距離作為激光雷達測距值，將測距精度5mm級全站儀測得的距離作為相對真值，利用公式(9)、公式(10)和公式(11)計算激光雷達測距相對中誤差。GB/T41450—20229.2光學(xué)遙感傳感器幾何性能檢測9.2.1衡量指標(biāo)應(yīng)采用平均重投影誤差(M÷)作為衡量指標(biāo)，計算方法如下。a)任意三維空間點的像素坐標(biāo)與世界坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系應(yīng)按公式(16)進行計算：式中：…u;——三維空間點的像素坐標(biāo)；v;——三維空間點的像素坐標(biāo)；K——光學(xué)傳感器內(nèi)參矩陣；[R|t]——光學(xué)傳感器外參矩陣；X;——三維空間點的世界坐標(biāo)，單位為米(m);Y;——三維空間點的世界坐標(biāo)，單位為米(m);Z;——三維空間點的世界坐標(biāo)，單位為米(m)。b)將公式(16)改寫成矩陣形式，如公式(17)所示：s;w;=K[R|t]P;式中：w;——三維空間點的像素坐標(biāo)矩陣；P;——三維空間點的世界坐標(biāo)矩陣。c)利用重投影誤差構(gòu)造代價函數(shù)，并最小化代價函數(shù)，如公式(18)所示：式中：ξ——[R|t]的李代數(shù)表示；ξ*使得代價函數(shù)最小的一組[R|t]。d)在滿足公式(18)的條件下，應(yīng)按公式(19)計算平均重投影誤差(M?):式中：M?—平均重投影誤差，單位為像素(pixel);n——三維空間點個數(shù)。9.2.2檢測方法應(yīng)按以下步驟進行：a)制作一張棋盤格板，并將棋盤格安放在穩(wěn)定位置；b)設(shè)置傳感器參數(shù)，保證傳感器拍攝影像清晰；c)確定光學(xué)傳感器與棋盤格之間的距離，通過調(diào)整棋盤格或光學(xué)傳感器的方向，拍攝不同角度的GB/T41450—2022照片，保證棋盤格影像能完整覆蓋光學(xué)傳感器視場；d)調(diào)整光學(xué)傳感器與棋盤格的距離，重復(fù)步驟c),保證在4個以上不同位置獲取能覆蓋光學(xué)傳感器視場的影像；e)從影像中提取棋盤格角點，并在理想無畸變情況下，估算光學(xué)傳感器內(nèi)外參數(shù)矩陣；f)采用最小二乘法計算光學(xué)傳感器徑向畸變和切向畸變參數(shù)；g)根據(jù)幾何畸變參數(shù)，對傳感器幾何畸變進行糾正；h)根據(jù)公式(16)～公式(19)計算光學(xué)遙感傳感器平均重投影誤差。9.3多傳感器幾何一致性檢測9.3.1衡量指標(biāo)應(yīng)采用平均標(biāo)定誤差(Pm)作為衡量指標(biāo)，平均標(biāo)定誤差(Pm)應(yīng)按公式(20)進行計算：Pm——平均標(biāo)定誤差，單位為像素(pixel);P;——第i個幾何一致性檢測靶標(biāo)標(biāo)定誤差，單位為像素(pixel);n——幾何一致性檢測靶標(biāo)個數(shù)。9.3.2檢測方法應(yīng)按以下步驟進行：a)在多傳感器集成系統(tǒng)的有效視場內(nèi)布設(shè)不少于20個幾何一致性檢測靶標(biāo)；b)調(diào)整靶標(biāo)的位置，應(yīng)在視場內(nèi)的位置和深度有差異，同時多傳感器集成系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)Π袠?biāo)結(jié)構(gòu)特征進行有效識別；c)同步進行數(shù)據(jù)采集，獲取激光雷達點云與光學(xué)遙感影像，通過人工目視判別從激光雷達與光學(xué)遙感傳感器觀測值中提取幾何一致性檢測靶標(biāo)；d)針對單個檢測靶標(biāo)，獲取屬于靶標(biāo)的激光三維點云，即落于空心梯形棱臺內(nèi)、外不同側(cè)平面中的三維數(shù)據(jù)點，依次利用單個平面數(shù)據(jù)點計算所觀測到的梯形棱臺側(cè)平面參數(shù)，完成至少3個以上參數(shù)的計算后，基于梯形棱臺的多個側(cè)面相交于一點的關(guān)系，計算梯形棱臺公共頂點的空間位置坐標(biāo)；e)計算檢測靶標(biāo)底面標(biāo)識圖案中心在光學(xué)遙感傳感器影像中的像素坐標(biāo)；f)假設(shè)單個靶標(biāo)得到的梯形錐體公共頂點坐標(biāo)在激光雷達坐標(biāo)系下的值為(XL,Y?,Z?),標(biāo)識圖案中心像點坐標(biāo)為(xc,yc),兩坐標(biāo)系統(tǒng)在激光雷達坐標(biāo)系下的原點偏移量為(dX,dY,dZ),坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣如公式(21)所示：g)基于該靶標(biāo)已知的空間對應(yīng)關(guān)系，地面標(biāo)識圖案中心的空間位置應(yīng)與梯形棱臺的公共頂點重合，重復(fù)步驟d)和e)以收集視場內(nèi)的所有靶標(biāo)觀測值，根據(jù)共線方程列出如公式(22)所示的約束關(guān)系：GB/T41450—2022h)將共線方程關(guān)系進行泰勒公式展開，并忽略其中的二次項，得到公式(23)所示的標(biāo)定參數(shù)誤差V=C?×△dX+C?×△dY+C?×△dZ+C?×△a+Cs×△β+C?×△Y+LV——殘差向量；C;——對標(biāo)定參數(shù)求導(dǎo)之后的未知數(shù)系數(shù)(i=1,2,3,4,5,6);L——觀測值常數(shù)項。參數(shù)的最佳值。由此獲取激光雷達坐標(biāo)系到光學(xué)遙感傳感器坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)換關(guān)系如公式(24) (24)u——幾何一致性檢測靶標(biāo)的像素坐標(biāo)；v——幾何一致性檢測靶標(biāo)的像素坐標(biāo)；K——光學(xué)傳感器內(nèi)參矩陣；R?c——光學(xué)傳感器與激光雷達坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣；Y——幾何一致性檢測靶標(biāo)的世界坐標(biāo)，由激光雷達測得，單位為米(m);Z幾何一致性檢測靶標(biāo)的世界坐標(biāo)，由激光雷達測得，單位為米(m)。j)按公式(24)將激光雷達所測幾何一致性檢測靶標(biāo)的坐標(biāo)重投影至影像中，并計算影像中同名標(biāo)志點像素坐標(biāo)校差；k)按公式(20)計算多傳感器平均標(biāo)定誤差。10檢測結(jié)果評價與整理10.1檢測結(jié)果評價檢測結(jié)果評價應(yīng)符合表3的規(guī)定。表3無人機低空遙感監(jiān)測的多傳感器一致性檢測結(jié)果指標(biāo)評價內(nèi)容衡量指標(biāo)數(shù)值范圍一致性程度計算依據(jù)輻射一致性激光雷達輻射一致性反射率中誤差m;≤3%優(yōu)公式(2)3%<mr≤5%良5%<m;≤10%一般光學(xué)遙感傳感器輻射一致性穩(wěn)定性RSD≤1%優(yōu)公式(3)、公式(4)、公式(5)良3%<RSD≤5%一般重復(fù)性優(yōu)公式(6)0.5%<s(x)≤1%良一般多傳感器輻射一致性*反射率相關(guān)性優(yōu)公式(7)95%≤r;<99%良90%≤r;<95%一般反射率相對中誤差M;≤3%優(yōu)公式(8)良5%<M;≤10%一般幾何一致性激光雷達幾何一致性測距相對中誤差優(yōu)公式(9)、公式(10)、公式(11)良一般光學(xué)遙感傳感器幾何一致性平均重投影誤差/pixel優(yōu)公式(16)、公式(17)、公式(18)、公式(19)良一般多傳感器幾何一致性平均標(biāo)定誤差/pixelPm≤0.5優(yōu)公式(20)0.5<Pm≤1.0良一般注：*為較低單指標(biāo)一致性程度所評估的一致性檢測結(jié)果。10.2檢測結(jié)果整理檢測結(jié)果的整理應(yīng)符合以下要求：a)檢測結(jié)果應(yīng)以具體的檢測指標(biāo)為單位整理，包括一致性檢測數(shù)據(jù)結(jié)果、觀測手簿、計算手簿；b)輻射一致性檢測觀測手簿格式參照附錄A中A.1的示例，應(yīng)記錄環(huán)境數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)布設(shè)位置、人工判別的標(biāo)準(zhǔn)反射靶標(biāo)觀測值等檢測條件描述和觀測數(shù)據(jù)；c)輻射一致性檢測計算手簿格式參照附錄B中B.1的示例，應(yīng)包括反射率相關(guān)系數(shù)、反射率相對d)幾何一致性檢測觀測手簿格式參照附錄A中A.2的示例，應(yīng)記錄環(huán)境數(shù)據(jù)、幾何一致性靶標(biāo)布設(shè)位置、人工判別的幾何一致性靶標(biāo)觀測值等檢測條件描述和觀測數(shù)據(jù)；e)幾何一致性檢測計算手簿格式參照附錄B中B.2的示例，包括平均標(biāo)定誤差、平均重投影誤差、測距相對中誤差的求解過程及結(jié)果。10.3檢測材料歸檔多傳感器一致性檢測數(shù)據(jù)處理和結(jié)果整理完成后，應(yīng)將檢測過程中記錄材料進行歸檔，主要包括以下內(nèi)容：a)檢測項目清單；b)光學(xué)遙感影像數(shù)據(jù)；c)激光雷達點云數(shù)據(jù)；d)檢測報告；e)其他資料。檢測報告可參照附錄C的圖C.1,但不限于樣例提供的格式和內(nèi)容。(資料性)觀測手簿示例A.1輻射一致性檢測觀測手簿示例多傳感器輻射一致性檢測觀測手簿示例見圖A.1?；拘畔z測場范圍天氣條件晴朗溫度風(fēng)速小于4m/s輻射靶標(biāo)反射率范圍5%～100%靶標(biāo)布設(shè)個數(shù)檢測場典型地物裸地、道路、植被觀測起訖時間9:00—11:00光學(xué)遙感傳感器型號GUESSV3激光雷達型號VUX-1UAV輻射靶標(biāo)布設(shè)略圖第一架次第一架次第三架次光學(xué)遙感傳感器視場光學(xué)遙感傳感器視場光學(xué)遙感傳感器視場▲▲1▲▲▲▲A▲人航向航向航向航向第二架次航向航向航向航向第二架次第四架次激光雷光學(xué)遙感傳感器視場光學(xué)避感傳感器視場光學(xué)遙感傳感器視場▲▲▲。?！?。激光雷達視場激光雷達視場激光雷達視場光學(xué)遙感傳感器觀測值靶標(biāo)1靶標(biāo)2·靶標(biāo)20第一架次(500,20);(521,20);(522,20);(518,21)…第二架次第三架次第四架次激光雷達觀測值靶標(biāo)1靶標(biāo)2靶標(biāo)20第一架次P1100.P1121,P1360…第二架次第三架次第四架次注：光學(xué)遙感傳感器觀測值表示輻射靶標(biāo)在光學(xué)遙感影像中的像素坐標(biāo)；激光雷達觀測值表示落在輻射靶標(biāo)上的激光雷達點號。記錄員：×××日期：××××年××月××日檢查員：×××日期：××××年××月××日圖A.1多傳感器輻射一致性檢測觀測手簿示例A.2幾何一致性檢測觀測手簿示例多傳感器幾何一致性檢測觀測手簿示例見圖A.2?；拘畔z測場范圍×××××天氣條件晴朗溫度風(fēng)速小于4m/s檢測靶標(biāo)布設(shè)個數(shù)觀測起訖時間9:00—11:00光學(xué)遙感傳感器型號GUESSV3激光雷達型號VUX-1UAV幾何一致性檢測靶標(biāo)布設(shè)略圖光學(xué)遙感傳感器視場光學(xué)遙感傳感器視場■■■ 第一架次光學(xué)遙感傳感器視場第三架次航向■■第二架次航向第四架次航向■航向■■第二架次航向第四架次航向■■激光雷達視場激光雷達視場激光雷達視場光學(xué)遙感傳感器視場光學(xué)遙感傳感器視場光學(xué)遙感傳感器視場■■■■■■■■■■■■■■■■■激光舌達視場激激光舌達視場光學(xué)遙感傳感器觀測值靶標(biāo)1靶標(biāo)2…靶標(biāo)20第一架次(480,30);(481,30);(480,31);(481,31)…第二架次第三架次第四架次激光雷達觀測值靶標(biāo)1靶標(biāo)2靶標(biāo)20第一架次P1130,P1151,P1368…第二架次第三架次第四架次注：光學(xué)遙感傳感器觀測值表示輻射靶標(biāo)在光學(xué)遙感影像中的像素坐標(biāo)；激光雷達觀測值表示落在輻射靶標(biāo)上的激光雷達點號。記錄員：×××日期：××××年××月××日檢查員：×××日期：××××年××月××日圖A.2多傳感器幾何一致性檢測觀測手簿示例(資料性)計算手簿示例B.1輻射一致性檢測計算手簿示例多傳感器輻射一致性檢測計算手簿示例見圖B.1。靶標(biāo)點號激光雷達測量反射率值光學(xué)遙感傳感器測量反射率值反射率差值平方10.0610.0420.00036120.0580.0450.00016930.1230.1450.00048440.1190.1390.000450.2090.2260.00028960.2110.2230.00014470.2910.3060.00022580.3160.2930.00052990.4110.4260.0002250.4030.3920.0001210.5190.4910.0007840.50