團體標準《基于超低空無人機遙感的紫花苜蓿種質資源表型監(jiān)測技術規(guī)程》編制說明《基于超低空無人機遙感的紫花苜蓿種質資源表型監(jiān)測技術規(guī)程》團標制定組二〇二五年八月目次一、任務來源 一、任務來源本標準在相關科研項目支持下，由內蒙古草業(yè)技術創(chuàng)新中心有限公司牽頭提出，聯(lián)合西北農林科技大學、內蒙古大學、內蒙古蒙草種業(yè)科技研究院有限公司共四家單位共同推進，依據(jù)《北京華夏草業(yè)產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟團體標準制修訂管理辦法》啟動編制工作，制定并申請《基于超低空無人機遙感的紫花苜蓿種質資源表型監(jiān)測技術規(guī)程》。二、編制目的和意義苜蓿作為“牧草之王”，其種質資源的生長表型（如株高、冠層結構、生長動態(tài)、再生速度、鮮重）是篩選高產品種、優(yōu)化育種策略的核心依據(jù)。當前傳統(tǒng)苜蓿表型監(jiān)測以人工采樣、地面儀器測量為主，存在耗時費力（單種質資源圃人工監(jiān)測需數(shù)天至數(shù)周）、主觀性強（如株高測量誤差±30%以上）、覆蓋范圍有限（難以同步監(jiān)測大面積種質資源圃）、無法獲取三維細節(jié)（如冠層內部結構）等問題，制約了高產品種篩選的效率與精度。本技術規(guī)程制定的核心目的，在于建立一套統(tǒng)一、規(guī)范的苜蓿種質資源圃超低空無人機遙感的表型監(jiān)測及鮮重估算技術體系，具體目標包括：（1）明確無人機超低空飛行的關鍵參數(shù)（如飛行高度、速度、航線規(guī)劃、影像采集頻率等）、三維重建技術要求（如點云密度、重建誤差閾值）及鮮重估算模型的構建與驗證方法，解決當前監(jiān)測技術參數(shù)混亂、操作無標準的問題；（2）實現(xiàn)苜蓿種質資源表型數(shù)據(jù)的高通量獲取（單次飛行覆蓋2畝以上種質圃，效率較人工提升20倍以上）與精準量化（株高、冠層體積監(jiān)測誤差≤10%，鮮重估算誤差≤15%），為種質資源評價提供可靠數(shù)據(jù)支撐；（3）確保不同地區(qū)的監(jiān)測數(shù)據(jù)具有可比性、可重復性，為高產品種篩選提供統(tǒng)一技術“標尺”，推動苜蓿育種與種質資源評價的標準化、高效化發(fā)展。基于上述技術體系的建立目標，本規(guī)程的落地實施將在苜蓿育種、產業(yè)發(fā)展、農業(yè)信息化及草業(yè)標準體系建設等多維度產生重要價值，具體意義如下：（一）對苜蓿育種領域：提升育種效率，縮短育種周期傳統(tǒng)苜蓿高產品種篩選需通過3-5代人工表型監(jiān)測，周期長達10-15年。本規(guī)程通過標準化的無人機超低空遙感監(jiān)測技術，可在1個生育期內完成數(shù)百個苜蓿材料的株高、冠層結構、生長動態(tài)、再生速度、鮮重等核心表型指標的高通量采集，結合鮮重估算模型快速量化品種產量潛力，幫助育種家提前2-3年完成初步篩選，大幅縮短育種周期，同時降低因人工誤差導致的“誤篩”“漏篩”風險，提升育種精準度。（二）對苜蓿產業(yè)發(fā)展：保障飼草供給，助力糧食安全我國每年需進口苜蓿干草超100萬噸以滿足畜牧產業(yè)需求，優(yōu)質高產品種的缺乏是制約國內苜蓿產能的關鍵因素。本規(guī)程推廣應用后，可快速篩選出適應不同區(qū)域（如西北干旱區(qū)、華北鹽堿區(qū)）的高產品種（單位面積鮮重提升10%-15%），推動優(yōu)質苜蓿種植面積擴大；同時，基于監(jiān)測數(shù)據(jù)可動態(tài)優(yōu)化種植管理措施（如根據(jù)冠層生長差異調整水肥供給），進一步提升苜蓿單產，為“肉蛋奶”等畜禽產品供給提供穩(wěn)定飼草保障，間接助力國家糧食安全。（三）對草業(yè)信息化領域：推動智慧技術落地，規(guī)范行業(yè)應用當前無人機表型監(jiān)測技術在苜蓿領域的應用存在“技術碎片化”“結果不可靠”等問題：12-30m飛行高度無法獲取表型細節(jié)；部分未進行三維重建精度驗證，鮮重估算模型缺乏統(tǒng)一校準方法。本規(guī)程明確了從“飛行規(guī)劃—數(shù)據(jù)采集—三維重建—鮮重估算—結果驗證”的全流程技術要求，可引導無人機企業(yè)、科研機構、育種單位規(guī)范技術應用，推動低空飛行、三維重建等智慧草業(yè)技術在牧草領域的規(guī)模化落地，助力草業(yè)產業(yè)從“傳統(tǒng)人工”向“精準數(shù)字化”轉型。（四）對草業(yè)標準體系：填補空白，完善全鏈條標準國內現(xiàn)有草業(yè)標準主要聚焦于苜蓿種質資源保存、種子質量、分子鑒定，尚未針對“苜蓿種質資源生長表型高通量監(jiān)測（如株高、冠層結構、生長動態(tài)、再生速度、鮮重）”制定專項標準。本規(guī)程的制定可填補這一空白，與現(xiàn)有標準形成“種質保存—表型監(jiān)測—品種鑒定—種子生產”的全鏈條標準支撐體系，為草業(yè)高質量發(fā)展提供標準化保障。綜上所述，《基于超低空無人機遙感的紫花苜蓿種質表型監(jiān)測技術規(guī)程》的制定與實施，是推動苜蓿產業(yè)向精準化、數(shù)字化轉型，助力國家飼草安全與農業(yè)高質量發(fā)展的重要支撐。該規(guī)程的落地為苜蓿領域智慧技術應用與標準體系完善提供了“抓手”。通過標準化監(jiān)測技術推廣，不僅能縮短苜蓿育種周期、提升高產品種篩選效率，保障畜牧產業(yè)飼草供給，還能規(guī)范牧草田間表型無人機監(jiān)測的行業(yè)應用，填補草業(yè)領域表型高通量監(jiān)測標準空白，最終推動苜蓿產業(yè)全鏈條高質量發(fā)展。三、編制原則和依據(jù)本標準制定過程中，基于本團隊現(xiàn)有研究基礎上，通過充分調研、查閱國內外有關資料，學習有關先進經驗，結合我國現(xiàn)階段主要糧食作物（小麥、水稻、玉米等）無人機表型監(jiān)測相關規(guī)范，對基于超低空無人機遙感的紫花苜蓿種質資源表型監(jiān)測技術規(guī)程進行限定，確保相關術語、評價指標及技術工藝的科學性、先進性和實用性。內容上做到邏輯合理清晰、文字簡潔明確，能夠實現(xiàn)準確、規(guī)范合理的苜蓿高通量表型鑒定的主要環(huán)節(jié)。本標準按照GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的要求和規(guī)定編寫內容。在編制時基于試驗驗證基礎數(shù)據(jù)的同時，主要參考了DB15/T3867-2025《基于無人機的紫花苜蓿田間智能監(jiān)測技術規(guī)程》、T/ZJNJ020-2023《基于無人機低空遙感的水稻育種表型檢測技術規(guī)范》、T/CATEA026-2025《基于無人飛機遙感的水稻精準氮肥施用技術規(guī)程》、NY/T3907-2021《小麥田間長勢無人機遙感監(jiān)測技術規(guī)范》及DB37/T4473-2021《玉米苗期長勢無人機遙感監(jiān)測技術規(guī)程》及相關文獻。四、標準編制過程項目組牽頭單位內蒙古草業(yè)技術創(chuàng)新中心有限公司聯(lián)合西北農林科技大學、內蒙古大學、內蒙古蒙草種業(yè)科技研究院有限公司成立標準起草小組，開展標準撰寫的組織、協(xié)調、調研等工作。標準制定組針對苜蓿高通量表型監(jiān)測相關內容已開展多年研究和驗證工作，在關鍵技術環(huán)節(jié)積累豐富經驗，編寫組其他專家常年從事牧草種質資源評價、收集和利用相關研究，保證了項目順利進行。1、準備階段2025年4月-2025年6月，成立項目標準編制工作組，完成國內外有關的資料搜集整理工作。資料類型主要包括：法律、法規(guī)、標準等規(guī)范性材料；科技期刊、科研論文、教學學籍等學術性材料；小冊子、報告材料、技術手冊、未發(fā)布的資料等指導性材料。同時對作物、牧草高通量表型鑒定相關工作開展詳細的調查研究，總結歸納已經開展的試驗工作，提出了標準制定具體方案。目前我國尚無關于基于超低空無人機遙感的紫花苜蓿種質生長表型監(jiān)測技術相關的國家標準、行業(yè)標準、地方標準和團體標準。本標準在制定過程中引用了以下國內標準和行業(yè)標準：GB/T39612低空數(shù)字航攝與數(shù)據(jù)處理規(guī)范GBT30395-2013草品種審定技術規(guī)程CH/T3005低空數(shù)字航空攝影規(guī)范2、編制階段（1）2025年4月-2025年6月，根據(jù)收集的資料和試驗數(shù)據(jù)，編制工作組針對標準草案進行多次研討，并征求行業(yè)專業(yè)和使用者的意見后，按GB/T1.1-2020的制定程序和編寫要求《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》，形成了標準的初稿。（2）2025年7月-2025年8月，將《基于超低空無人機遙感的紫花苜蓿種質資源表型監(jiān)測技術規(guī)程》初稿送往各科研院校、單位及相關企業(yè)的專家和技術人員進行初步審定，根據(jù)專家意見進一步修改完善，多次組織專家對標準進行終審，并進一步修改完善，形成報批稿。（3）2025年9月-2025年10月，將編制說明、標準送審稿紙質文本、標準報批稿紙質文本和電子文本表等交北京華夏草業(yè)產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟處，完成標準的報批工作。3、主要編制人員分工本系列標準主要起草人有張東彥、程濤、任衛(wèi)波、苑峰、劉亞玲、付娜娜、趙慧敏、張雅榮、高張茹、李娜。本系列標準起草過程中，張東彥主要構思了系列標準的整體框架；程濤、任衛(wèi)波、苑峰、劉亞玲主要編制了《基于超低空無人機遙感的紫花苜蓿種質資源表型監(jiān)測技術規(guī)程》，其他人員參與了實驗與數(shù)據(jù)整理收集工作。五、國內外有關標準現(xiàn)狀根據(jù)在《全國標準信息公共服務平臺》檢索查新，目前只有DB15/T3867-2025《基于無人機的紫花苜蓿田間智能監(jiān)測技術規(guī)程》、T/ZJNJ020-2023《基于無人機低空遙感的水稻育種表型檢測技術規(guī)范》、T/CATEA026-2025《基于無人飛機遙感的水稻精準氮肥施用技術規(guī)程》、NY/T3907-2021《小麥田間長勢無人機遙感監(jiān)測技術規(guī)范》及DB37/T4473-2021《玉米苗期長勢無人機遙感監(jiān)測技術規(guī)程》對無人機作物表型監(jiān)測進行了相關規(guī)范。這些標準為主要糧食作物的表型監(jiān)測提供了依據(jù)。然而，在飼草領域，特別是針對苜蓿種質資源圃的低空精細化監(jiān)測及鮮重估算方面，目前尚無專項技術規(guī)程：現(xiàn)有苜蓿相關標準未明確5~15m低空飛行參數(shù)與3D高斯?jié)姙R、神經輻射場（NeRF）等新型三維重建技術的應用要求，鮮重估算模型也缺乏與種質評價適配的精度閾值標準，仍是技術空白領域。因此，制定苜蓿種質資源圃無人機低空表型監(jiān)測及鮮重估算技術規(guī)程具有迫切需求。在本規(guī)程的制定過程中，充分借鑒了上述標準的成熟方法和理論基礎，這不僅為規(guī)程提供了技術參考，也為確保其科學性和適用性奠定了堅實的基礎。本規(guī)程將針對苜蓿種質資源的冠層結構特性與國內育種需求，優(yōu)化設計低空飛行參數(shù)、新型三維重建技術（3D高斯?jié)姙R/NeRF）的應用規(guī)范及鮮重估算模型精度閾值，既體現(xiàn)飼草種質監(jiān)測的特殊要求，又兼顧技術規(guī)范的標準化與實用性，從而為推動苜蓿種業(yè)精準育種和種質資源高效利用提供重要支持。六、標準編寫學術依據(jù)本標準編寫的學術數(shù)據(jù)主要來自項目團隊試驗、調研結果和參考他人研究結果得出。在規(guī)程制定過程中，始終遵循密切聯(lián)系生產實際，確保規(guī)程具有較強的科學性、適用性、可操作性，堅持規(guī)范發(fā)展的基本原則。6.1苜蓿種質資源圃無人機遙感影像獲取與數(shù)據(jù)收集項目組自2023年開展苜蓿種質資源圃無人機遙感影像工作，先后收集國內外苜蓿種質資源近200份，分別在呼和浩特市和林縣、烏蘭察布市四子王旗、鄂爾多斯市伊金霍洛旗、陜西榆林、西安周至、西藏阿里普蘭縣等地建立苜蓿種質資源圃8個，累計收集無人機遙感影像50期（RGB、多光譜、點云），連續(xù)3年開展了產量、再生性、營養(yǎng)品質等重要性狀田間觀測與評價，為本項目表型監(jiān)測及鮮重估算技術規(guī)程的編制提供了良好的品種保障和數(shù)據(jù)平臺支撐。圖1苜蓿種質資源圃無人機遙感影像獲取6.2基于無人機點云數(shù)據(jù)的苜蓿種質資源結構表型精準鑒定苜蓿結構表型參數(shù)的精準獲取對種質資源評價、生長動態(tài)監(jiān)測及產量預測至關重要。針對傳統(tǒng)人工測量效率低、LIDAR三維成像成本高的瓶頸，本研究首次構建了基于消費級無人機RGB點云數(shù)據(jù)的田間苜蓿高通量結構表型解析方法，提出了基于3D深度學習與自適應聚類的苜蓿表型分析框架。利用PointTransformerV3（PTv3）實現(xiàn)點云語義分割，設計了一種分層自適應半徑聚類（HRAC）算法完成單株定位實例分割，并通過5種表型分析算法提取株高、冠幅和體積等參數(shù)。在117個小區(qū)的田間苜蓿種質資源圃實驗中，PTv3實現(xiàn)田間復雜背景與苜蓿異質性植株的精準分離（mIoU=86.61%，Plant-Acc=90.87%），其性能優(yōu)于PointNet++和GACNet等深度神經網(wǎng)絡模型；HRAC算法的單株定位分割F1-score達82.84%，顯著優(yōu)于分水嶺和k-means算法。株高、冠幅和體積計算與人工測量的R2分別為0.917、0.836和0.844。該方法驗證了消費級無人機在苜蓿表型分析中的可行性，為種質資源高效篩選與生長動態(tài)監(jiān)測提供自動化解決方案。這一研究為本技術規(guī)程提供了可靠的技術基礎。圖2基于無人機點云數(shù)據(jù)的苜蓿種質資源結構表型精準鑒定6.3基于無人機遙感的苜蓿營養(yǎng)品質監(jiān)測在內蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市伊金霍洛旗的試驗基地，以20個紫花苜蓿品種為研究對象，運用無人機遙感、機器學習等技術，結合遙感影像分析、表型實地測量進行紫花苜蓿表型的監(jiān)測模型構建，開展了基于無人機遙感的紫花苜蓿表型監(jiān)測研究。對紫花苜蓿的洗滌纖維、粗蛋白、全磷、全鉀等營養(yǎng)品質的含量進行了監(jiān)測模型的初步構建。這一研究為苜蓿種質資源表型的精準鑒定提供了可靠的技術基礎，同時也為后續(xù)技術規(guī)程的制定提供了重要的實驗依據(jù)。圖3苜蓿營養(yǎng)品質表型監(jiān)測七、預期效益7.1社會效益標準的實施將規(guī)范超低空無人機遙感在苜蓿種質資源監(jiān)測中的應用，統(tǒng)一技術流程與精度判定標準，促進草業(yè)行業(yè)技術規(guī)范化、標準化發(fā)展。高效的表型監(jiān)測與品種篩選技術可保障優(yōu)質苜蓿供應，支撐畜牧業(yè)健康發(fā)展，緩解飼料供需矛盾，助力保障畜禽產品穩(wěn)定供應。同時，標準化技術的推廣將提升行業(yè)整體技術水平，帶動相關技術人才培養(yǎng)，推動草業(yè)產業(yè)升級，為鄉(xiāng)村振興與畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供技術保障。7.2經濟效益該團體標準的制定可顯著提升紫花苜蓿種質資源表型監(jiān)測與高產品種篩選效率，通過無人機高通量監(jiān)測替代傳統(tǒng)人工采樣，大幅降低監(jiān)測人力與時間成本，減少實地測量對種質資源的破壞。標準化的鮮重估算模型能精準篩選高產品種，縮短育種周期，提升苜蓿單位面積產量與品質，為草業(yè)企業(yè)、育種機構提供高效技術支撐，推動苜蓿產業(yè)規(guī)?；?、集約化發(fā)展，增強產業(yè)經濟效益與市場競爭力。7.3生態(tài)效益通過標準化監(jiān)測技術精準掌握苜蓿生長狀態(tài)，可優(yōu)化種植布局與管理措施，提升資源利用效率，減少化肥、水資源的浪費。紫花苜蓿作為優(yōu)質豆科牧草，其規(guī)?；瘍?yōu)質種植能改善土壤結構、提升土壤肥力，增強草地生態(tài)系統(tǒng)固碳能力。高產品種的篩選與推廣可提高草地