基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的松材線蟲(chóng)病枯死松樹(shù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程TechnicalRegulationforDeadPineMonitoringofBursapheHYPERLINK安徽省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布I本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1-2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由安徽省林業(yè)有害生物防治檢疫局、中國(guó)人民解放軍陸軍軍官學(xué)院、合肥伍人信步信息科技有限公司、國(guó)家林業(yè)局森防總站提出。本標(biāo)準(zhǔn)由安徽省林業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：安徽省林業(yè)有害生物防治檢疫局、中國(guó)人民解放軍陸軍軍官學(xué)院、合肥伍人信步信息科技有限公司、國(guó)家林業(yè)局森防總站。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：傅軍、胡軍、于治軍、盧勇、朋金和、張百順、錢(qián)傳明、方國(guó)飛、曹延川、王1基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的松材線蟲(chóng)病枯死松樹(shù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的松材線蟲(chóng)病枯死松樹(shù)監(jiān)測(cè)技術(shù)的術(shù)語(yǔ)和定義、基本要求、技術(shù)設(shè)計(jì)、作業(yè)準(zhǔn)備、飛行作業(yè)、數(shù)據(jù)處理和監(jiān)測(cè)成果、現(xiàn)場(chǎng)核查和成果評(píng)價(jià)、安全注意事項(xiàng)。本標(biāo)準(zhǔn)適用于安徽省境內(nèi)松林分布區(qū)松材線蟲(chóng)病枯死松樹(shù)監(jiān)測(cè)。2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是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/T17798地理空間數(shù)據(jù)交換格式GB/T24356測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收CH/Z3001無(wú)人機(jī)航攝安全作業(yè)基本要求3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適于本文件。無(wú)人機(jī)平臺(tái)(簡(jiǎn)稱(chēng)UAV)unmannedaerialvehicle由機(jī)體、飛行控制系統(tǒng)、無(wú)線電遙控系統(tǒng)、動(dòng)力裝置、起降設(shè)備構(gòu)成的具有搭載多光譜相機(jī)等檢測(cè)設(shè)備能力的無(wú)人駕駛飛機(jī)?？菟浪蓸?shù)無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)deadpinemonitoringbyUAV將無(wú)人機(jī)作為空中平臺(tái)，搭載多光譜相機(jī)(或多光譜儀)通過(guò)飛行作業(yè)和空中遙感，達(dá)到監(jiān)視和測(cè)量枯死松樹(shù)并了解松材線蟲(chóng)病擴(kuò)散蔓延程度的過(guò)程。多光譜相機(jī)multi-spectralcamera采用CMOS的畫(huà)面分割技術(shù)設(shè)計(jì)，能夠?qū)ν挥^測(cè)場(chǎng)景，在單片CMOS上實(shí)現(xiàn)多光譜同步成像的相枯死松樹(shù)光譜特征deadpinespectrumcharacteristics24基本要求4.2作業(yè)單位4.3起降場(chǎng)無(wú)遮擋起飛通道應(yīng)大于20米。4.4作業(yè)設(shè)備松材線蟲(chóng)病枯死松樹(shù)空中遙感監(jiān)測(cè)需要無(wú)人機(jī)搭載多光譜相機(jī)(儀)作為作業(yè)設(shè)備。多光譜相機(jī)參5技術(shù)設(shè)計(jì)位儀(GPS或北斗用戶(hù)機(jī))采集標(biāo)定4個(gè)以上定位控制點(diǎn)，控制點(diǎn)的選取應(yīng)包括作業(yè)區(qū)有明顯地物特35.2航路規(guī)劃根據(jù)作業(yè)區(qū)地形地貌、采集的控制點(diǎn)信息，結(jié)合無(wú)人機(jī)平臺(tái)參數(shù)，在地面站飛控軟件上完成航路規(guī)劃。松材線蟲(chóng)病枯死松樹(shù)監(jiān)測(cè)的航路規(guī)劃應(yīng)以矩形航路為主。面積較大的作業(yè)區(qū)可根據(jù)地形劃分為多個(gè)小作業(yè)區(qū)。5.3參數(shù)確定根據(jù)作業(yè)區(qū)地形地勢(shì)和多光譜相機(jī)焦距、分辨率等參數(shù)，調(diào)整和確定實(shí)際作業(yè)技術(shù)參數(shù)。有關(guān)無(wú)人機(jī)作業(yè)高度、收容面積與地面分辨率的關(guān)系參考附錄D。5.4作業(yè)方式在地形相對(duì)高差50m以下的地區(qū)可采用單程飛行方式；在相對(duì)高差較大、地形復(fù)雜的山區(qū)宜采用復(fù)程飛行方式。復(fù)飛時(shí)，每次選擇不同的作業(yè)高度。5.5作業(yè)計(jì)劃a)作業(yè)區(qū)基本情況：作業(yè)區(qū)位置、行政隸屬、地形、林相、氣候、松樹(shù)分布、交通狀況等；b)作業(yè)設(shè)計(jì)：作業(yè)區(qū)面積、作業(yè)時(shí)間、作業(yè)方式、作業(yè)高度、航路規(guī)劃、航帶設(shè)計(jì)、起降場(chǎng)地、作業(yè)架次、飛行時(shí)間、作業(yè)組織和順序安排等。作業(yè)計(jì)劃經(jīng)主管部門(mén)審核后，向空域和航空主管部門(mén)提出飛行申請(qǐng)。6作業(yè)準(zhǔn)備召開(kāi)空域、機(jī)場(chǎng)、林業(yè)等部門(mén)參加的會(huì)議，協(xié)調(diào)禁飛區(qū)、飛行高度、通訊頻率、飛行避讓原則、起6.2飛行平臺(tái)組裝和調(diào)試a)組裝：保證操作的規(guī)范性，組裝的正確性、完備性。b)檢測(cè)：無(wú)人機(jī)機(jī)體完好，各連接處可靠連接系統(tǒng)遙控司遙測(cè)鏈路田作正常；燃油電池充足；發(fā)動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)和熄火；作業(yè)設(shè)備工作正常。c)微調(diào)：結(jié)合飛行場(chǎng)地的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，在地面站上調(diào)整設(shè)置海拔高度、氣壓高度、地理坐標(biāo)等參數(shù)，并對(duì)無(wú)人機(jī)各舵面舵量、發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)門(mén)進(jìn)行微調(diào)，確保飛機(jī)狀態(tài)能夠更好地適應(yīng)飛行環(huán)境。d)地面站準(zhǔn)備：電池電量充足，開(kāi)機(jī)自檢，工作狀態(tài)正常，加載飛行區(qū)域地圖。通常情況下地面站宜選用油機(jī)供電或者市電供電。6.3人員準(zhǔn)備人員就位、人員之間的通信正常。6.4各分系統(tǒng)聯(lián)調(diào)4地面站和無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)通信正常，飛行器能對(duì)地面站發(fā)出的各種控制指令做出正確反應(yīng)，地面站能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確接收飛機(jī)下傳的各種遙測(cè)數(shù)據(jù)。6.5近場(chǎng)飛行測(cè)試應(yīng)在5分鐘至15分鐘內(nèi)完成，主要進(jìn)行飛行平臺(tái)參數(shù)設(shè)置合理性、飛行高度、續(xù)航能力、起降方式合理性、自動(dòng)駕駛儀工作穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性，以及多光譜相機(jī)工作穩(wěn)定性等測(cè)試。確認(rèn)各項(xiàng)功能工作正常后無(wú)人機(jī)方可進(jìn)入任務(wù)區(qū)域飛行作業(yè)。6.6記錄設(shè)備檢查情況地面站記錄保存無(wú)人機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)、任務(wù)設(shè)備圖傳數(shù)據(jù)。7飛行作業(yè)7.1飛行計(jì)劃每架次飛行前應(yīng)編制飛行計(jì)劃表，包括起飛時(shí)間、飛行高度、作業(yè)時(shí)長(zhǎng)、航程和降落時(shí)間等。每架次飛行計(jì)劃航程應(yīng)小于無(wú)人機(jī)續(xù)航能力。7.2任務(wù)規(guī)劃任務(wù)規(guī)劃是在作業(yè)區(qū)整體航路規(guī)劃的基礎(chǔ)上，針對(duì)每次飛行任務(wù)設(shè)定飛行航線。任務(wù)規(guī)劃時(shí)應(yīng)確保多光譜相機(jī)所拍攝的航片重疊度大于30%。規(guī)劃好的航線在起飛前上傳至無(wú)人機(jī)。選擇晴天、且能見(jiàn)度和光照比較好的時(shí)間段進(jìn)行。7.4程控飛行無(wú)人機(jī)按預(yù)先規(guī)劃的飛行航線進(jìn)入任務(wù)區(qū)域進(jìn)行作業(yè)飛行，操作人員通過(guò)地面站密切監(jiān)視飛行高度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、機(jī)載電源電壓、飛行姿態(tài)等工作參數(shù)，產(chǎn)生異常時(shí)及時(shí)發(fā)送控制指令進(jìn)行干預(yù)。地面站應(yīng)全程記錄飛行數(shù)據(jù)與任務(wù)設(shè)備圖像資料。無(wú)人機(jī)完成作業(yè)飛行店返回起降場(chǎng)上空，飛控模式由程控轉(zhuǎn)為遙控，關(guān)閉多光譜相機(jī)，控制無(wú)人機(jī)在近場(chǎng)上空盤(pán)旋，逐步降低高度實(shí)施降落。無(wú)人機(jī)宜迎風(fēng)降落法不能滿(mǎn)足迎風(fēng)降落時(shí)盡量避免大側(cè)風(fēng)降7.6數(shù)據(jù)回收無(wú)人機(jī)降落后，應(yīng)立即從相機(jī)中取出多光譜圖像存儲(chǔ)卡，送交數(shù)據(jù)處理人員，同時(shí)保存地面站實(shí)時(shí)圖像。操作人員對(duì)無(wú)人機(jī)平臺(tái)進(jìn)行逐項(xiàng)檢查，為下一架次飛行做好準(zhǔn)備。8數(shù)據(jù)處理和監(jiān)測(cè)成果8.1數(shù)據(jù)內(nèi)容5a)監(jiān)測(cè)區(qū)域基礎(chǔ)地理信息：行政區(qū)域界、小班界、各級(jí)行政駐地、小地名、道路、河流、湖泊、居民點(diǎn)、DEM(數(shù)字高程模型)等，比例尺為1:10000。8.2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理b)校正：先利用圖像處理軟件進(jìn)行角度旋轉(zhuǎn)(拉平)處理，再應(yīng)用地圖處理軟件對(duì)掃描圖進(jìn)行公c)檢查：對(duì)校正好的圖像進(jìn)行內(nèi)輪廓線長(zhǎng)度檢查、公里網(wǎng)格線檢查，生成符合精度要求的數(shù)據(jù)。8.3監(jiān)測(cè)成果8.3.2成果數(shù)據(jù)格式b)柵格數(shù)據(jù)，主要包含*.tif、*.ie)空間數(shù)據(jù)交換時(shí)應(yīng)符合GB/T17798的規(guī)定。8.3.3定位參考系a)平面坐標(biāo)系：1980西安坐標(biāo)系。b)投影方式：高斯-克呂格投影，1:10000比例尺采用3°分帶。c)高程基準(zhǔn)：采用L1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。Cn供學(xué)習(xí)交流使用，請(qǐng)勿傳播或其他用途9.1基本規(guī)定單位質(zhì)量管理部門(mén)的最終檢查和項(xiàng)目管理單位組織的驗(yàn)收或委托具有資質(zhì)的質(zhì)量檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)6飛行監(jiān)測(cè)面積10萬(wàn)畝以上，抽樣小班面積不低于2%或20個(gè)小班；飛行監(jiān)測(cè)面積10萬(wàn)畝以下，抽樣小班面積不低于4%或10個(gè)小班。飛行監(jiān)測(cè)枯死松樹(shù)數(shù)量1000株以下，抽樣枯死松樹(shù)數(shù)量不低于5%(不足30株全抽);監(jiān)測(cè)枯死松樹(shù)數(shù)量1000株以上，抽樣枯死松樹(shù)數(shù)量不低于1%(不足60株全抽)。9.1.3質(zhì)量等級(jí)利用專(zhuān)業(yè)級(jí)GPS對(duì)抽中小班進(jìn)行地面調(diào)查，記載全部枯死松樹(shù)數(shù)量、經(jīng)緯度、高程、死亡程度等根據(jù)實(shí)地調(diào)查得出的枯死松樹(shù)數(shù)量準(zhǔn)確率、識(shí)別誤差率、枯死松樹(shù)水平定位平均誤差3項(xiàng)指標(biāo)對(duì)9.2.3等級(jí)評(píng)定表1成果質(zhì)量等級(jí)評(píng)定表現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收質(zhì)量等級(jí)枯死松樹(shù)識(shí)別誤差率B(米)優(yōu)良10者B>5710.1無(wú)人機(jī)航攝安全作業(yè)技術(shù)要求按照CH/Z3001《無(wú)人機(jī)航攝安全作業(yè)基本要求》相關(guān)要求執(zhí)行。10.2飛行前，詳細(xì)了解飛行區(qū)域地形、地10.3設(shè)計(jì)飛行高度應(yīng)高于攝區(qū)和航路上最高點(diǎn)100m以上，設(shè)計(jì)航線總航程應(yīng)小于無(wú)人機(jī)能到達(dá)的最遠(yuǎn)航程的80%。8(規(guī)范性附錄)無(wú)人機(jī)平臺(tái)參數(shù)基本要求控制距離控制方式手控十程控復(fù)合材料最大平飛速度巡航速度實(shí)用升限作業(yè)高度有效載荷最大起飛重量續(xù)航時(shí)間起降方式滑跑起降方式或彈射起飛、傘降回收動(dòng)力裝置油動(dòng)或電動(dòng)貯存溫度-40℃~+65℃工作溫度-20℃~+55℃正常起落風(fēng)速振動(dòng)沖擊能承受起飛、飛行和著陸的振動(dòng)與沖擊耐久性飛機(jī)機(jī)體壽命20-50個(gè)起落(正常起降)HYPERLINK9(資料性附錄)幾種松樹(shù)的光譜反射特征B.1松樹(shù)光譜反射特征與濾光片采用無(wú)人機(jī)搭載多光譜相機(jī)(儀)實(shí)現(xiàn)松材線蟲(chóng)病監(jiān)測(cè)，其技術(shù)基礎(chǔ)是松樹(shù)因感染松材線蟲(chóng)病的程度不同，呈現(xiàn)出的光譜反射特征具有明顯區(qū)別。圖B.1、圖B.2、圖B.3是黃山松、馬尾松、黑松等幾種典型松樹(shù)，在健康、感染松材線蟲(chóng)病處半死、剛死以及死亡半年以上等狀態(tài)下的光譜反射特征圖。圖B.1黃山松光譜反射圖0.40.3僅供學(xué)習(xí)交流使思傳播或其他用途400600波長(zhǎng)(nm)圖B.2馬尾松光譜反射圖波長(zhǎng)(nm)圖B.3黑松光譜反射圖基于光譜特征圖，可根據(jù)實(shí)際作業(yè)要求，分別選用450、560、675、800nm窄帶濾光片用于監(jiān)測(cè)由于枯死松樹(shù)在形態(tài)上與闊葉樹(shù)很相似，采用可見(jiàn)光攝像方式很難識(shí)別。因此，針對(duì)有闊葉樹(shù)木分布的松林，在進(jìn)行松材線蟲(chóng)病枯死松樹(shù)監(jiān)測(cè)時(shí)，有必要從光譜反射特征上區(qū)分枯死松樹(shù)與闊葉樹(shù)木。圖B.4是闊葉樹(shù)和針葉樹(shù)的反射光譜特征圖。依據(jù)圖B.4,在中心光譜450nm譜段，闊葉樹(shù)與針用450nm濾光片，以區(qū)分枯死松樹(shù)與闊葉樹(shù)木，可有效防止誤判。sI濕粘土闊|樹(shù)圖B.4闊葉樹(shù)與針葉林光譜反射圖(規(guī)范性附錄)C.1多光譜相機(jī)要求b)可根據(jù)監(jiān)測(cè)需要配置相應(yīng)譜段濾光片；a)體積：≤300×150×200毫米；c)幀頻：≥25幀/秒；d)分辨率：≥5184×3456,經(jīng)畫(huà)面分割后單通道畫(huà)面像元數(shù)：≥2592×3456;e)像元尺寸：≤22.3×14.9毫米；h)快門(mén)速度：1/1000s。HYPERLINK(資料性附錄)無(wú)人機(jī)作業(yè)高度、收容面積與地面分辨率的關(guān)系式D.1無(wú)人機(jī)作業(yè)高度與收容面積S=2a×2b....................S——為收容面積；a、b——為無(wú)人機(jī)地面站顯示圖像對(duì)應(yīng)實(shí)際地圖的縱深之半、正面之半。b=a×2.2/4.4.......……............(D.①——無(wú)人機(jī)作業(yè)設(shè)備視場(chǎng)角(rad);H——無(wú)人機(jī)作業(yè)高度(m);D.2無(wú)人機(jī)作業(yè)高度與地面分辨率無(wú)人機(jī)機(jī)載的多光譜相機(jī)實(shí)質(zhì)也是一種電視攝像系統(tǒng)，其地面分辨率是指電視系統(tǒng)折合到地面的數(shù)值，也就是說(shuō)每條電視線相應(yīng)地面的寬度?？捎啥喙庾V相機(jī)機(jī)光學(xué)成像系統(tǒng)的工作原理推導(dǎo)出地面分辨率、飛行高度和相機(jī)的視場(chǎng)的關(guān)系式：N——多光譜相機(jī)分辨率(電視線數(shù))=0.7×攝像器件的分辨率；H——無(wú)人機(jī)作業(yè)高度(m);R——多光譜相機(jī)地面分辨率(米/電視線);(規(guī)范性附錄)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收質(zhì)量等級(jí)評(píng)定指標(biāo)計(jì)算公式E.1枯死松樹(shù)數(shù)量準(zhǔn)確率