DB34T∕ 2594-2016 基于無人機平臺的松材線蟲病枯死松樹監(jiān)測技術(shù)規(guī)程　　

基于無人機平臺的松材線蟲病枯死松樹監(jiān)測技術(shù)規(guī)程TechnicalRegulationforDeadPineMonitoringofBursapheHYPERLINK安徽省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布I本標準按照GB/T1.1-2009給出的規(guī)則起草。本標準由安徽省林業(yè)有害生物防治檢疫局、中國人民解放軍陸軍軍官學院、合肥伍人信步信息科技有限公司、國家林業(yè)局森防總站提出。本標準由安徽省林業(yè)標準化技術(shù)委員會歸口。本標準起草單位：安徽省林業(yè)有害生物防治檢疫局、中國人民解放軍陸軍軍官學院、合肥伍人信步信息科技有限公司、國家林業(yè)局森防總站。本標準主要起草人：傅軍、胡軍、于治軍、盧勇、朋金和、張百順、錢傳明、方國飛、曹延川、王1基于無人機平臺的松材線蟲病枯死松樹監(jiān)測技術(shù)規(guī)程本標準規(guī)定了基于無人機平臺的松材線蟲病枯死松樹監(jiān)測技術(shù)的術(shù)語和定義、基本要求、技術(shù)設(shè)計、作業(yè)準備、飛行作業(yè)、數(shù)據(jù)處理和監(jiān)測成果、現(xiàn)場核查和成果評價、安全注意事項。本標準適用于安徽省境內(nèi)松林分布區(qū)松材線蟲病枯死松樹監(jiān)測。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。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測繪成果質(zhì)量檢查與驗收CH/Z3001無人機航攝安全作業(yè)基本要求3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適于本文件。無人機平臺(簡稱UAV)unmannedaerialvehicle由機體、飛行控制系統(tǒng)、無線電遙控系統(tǒng)、動力裝置、起降設(shè)備構(gòu)成的具有搭載多光譜相機等檢測設(shè)備能力的無人駕駛飛機。枯死松樹無人機監(jiān)測deadpinemonitoringbyUAV將無人機作為空中平臺，搭載多光譜相機(或多光譜儀)通過飛行作業(yè)和空中遙感，達到監(jiān)視和測量枯死松樹并了解松材線蟲病擴散蔓延程度的過程。多光譜相機multi-spectralcamera采用CMOS的畫面分割技術(shù)設(shè)計，能夠?qū)ν挥^測場景，在單片CMOS上實現(xiàn)多光譜同步成像的相枯死松樹光譜特征deadpinespectrumcharacteristics24基本要求4.2作業(yè)單位4.3起降場無遮擋起飛通道應大于20米。4.4作業(yè)設(shè)備松材線蟲病枯死松樹空中遙感監(jiān)測需要無人機搭載多光譜相機(儀)作為作業(yè)設(shè)備。多光譜相機參5技術(shù)設(shè)計位儀(GPS或北斗用戶機)采集標定4個以上定位控制點，控制點的選取應包括作業(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、采集的控制點信息，結(jié)合無人機平臺參數(shù)，在地面站飛控軟件上完成航路規(guī)劃。松材線蟲病枯死松樹監(jiān)測的航路規(guī)劃應以矩形航路為主。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)地形地勢和多光譜相機焦距、分辨率等參數(shù)，調(diào)整和確定實際作業(yè)技術(shù)參數(shù)。有關(guān)無人機作業(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)方式在地形相對高差50m以下的地區(qū)可采用單程飛行方式；在相對高差較大、地形復雜的山區(qū)宜采用復程飛行方式。復飛時，每次選擇不同的作業(yè)高度。5.5作業(yè)計劃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、松樹分布、交通狀況等；b)作業(yè)設(shè)計：作業(yè)區(qū)面積、作業(yè)時間、作業(yè)方式、作業(yè)高度、航路規(guī)劃、航帶設(shè)計、起降場地、作業(yè)架次、飛行時間、作業(yè)組織和順序安排等。作業(yè)計劃經(jīng)主管部門審核后，向空域和航空主管部門提出飛行申請。6作業(yè)準備召開空域、機場、林業(yè)等部門參加的會議，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：無人機機體完好，各連接處可靠連接系統(tǒng)遙控司遙測鏈路田作正常；燃油電池充足；發(fā)動機正常啟動和熄火；作業(yè)設(shè)備工作正常。c)微調(diào)：結(jié)合飛行場地的實測數(shù)據(jù)，在地面站上調(diào)整設(shè)置海拔高度、氣壓高度、地理坐標等參數(shù)，并對無人機各舵面舵量、發(fā)動機風門進行微調(diào)，確保飛機狀態(tài)能夠更好地適應飛行環(huán)境。d)地面站準備：電池電量充足，開機自檢，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供電或者市電供電。6.3人員準備人員就位、人員之間的通信正常。6.4各分系統(tǒng)聯(lián)調(diào)4地面站和無人機數(shù)據(jù)通信正常，飛行器能對地面站發(fā)出的各種控制指令做出正確反應，地面站能夠?qū)崟r準確接收飛機下傳的各種遙測數(shù)據(jù)。6.5近場飛行測試應在5分鐘至15分鐘內(nèi)完成，主要進行飛行平臺參數(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，以及多光譜相機工作穩(wěn)定性等測試。確認各項功能工作正常后無人機方可進入任務區(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人機測試數(shù)據(jù)、任務設(shè)備圖傳數(shù)據(jù)。7飛行作業(yè)7.1飛行計劃每架次飛行前應編制飛行計劃表，包括起飛時間、飛行高度、作業(yè)時長、航程和降落時間等。每架次飛行計劃航程應小于無人機續(xù)航能力。7.2任務規(guī)劃任務規(guī)劃是在作業(yè)區(qū)整體航路規(guī)劃的基礎(chǔ)上，針對每次飛行任務設(shè)定飛行航線。任務規(guī)劃時應確保多光譜相機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人機。選擇晴天、且能見度和光照比較好的時間段進行。7.4程控飛行無人機按預先規(guī)劃的飛行航線進入任務區(qū)域進行作業(yè)飛行，操作人員通過地面站密切監(jiān)視飛行高度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、機載電源電壓、飛行姿態(tài)等工作參數(shù)，產(chǎn)生異常時及時發(fā)送控制指令進行干預。地面站應全程記錄飛行數(shù)據(jù)與任務設(shè)備圖像資料。無人機完成作業(yè)飛行店返回起降場上空，飛控模式由程控轉(zhuǎn)為遙控，關(guān)閉多光譜相機，控制無人機在近場上空盤旋，逐步降低高度實施降落。無人機宜迎風降落法不能滿足迎風降落時盡量避免大側(cè)風降7.6數(shù)據(jù)回收無人機降落后，應立即從相機中取出多光譜圖像存儲卡，送交數(shù)據(jù)處理人員，同時保存地面站實時圖像。操作人員對無人機平臺進行逐項檢查，為下一架次飛行做好準備。8數(shù)據(jù)處理和監(jiān)測成果8.1數(shù)據(jù)內(nèi)容5a)監(jiān)測區(qū)域基礎(chǔ)地理信息：行政區(qū)域界、小班界、各級行政駐地、小地名、道路、河流、湖泊、居民點、DEM(數(shù)字高程模型)等，比例尺為1:10000。8.2監(jiān)測數(shù)據(jù)處理b)校正：先利用圖像處理軟件進行角度旋轉(zhuǎn)(拉平)處理，再應用地圖處理軟件對掃描圖進行公c)檢查：對校正好的圖像進行內(nèi)輪廓線長度檢查、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)交換時應符合GB/T17798的規(guī)定。8.3.3定位參考系a)平面坐標系：1980西安坐標系。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：采用L1985國家高程基準。Cn供學習交流使用，請勿傳播或其他用途9.1基本規(guī)定單位質(zhì)量管理部門的最終檢查和項目管理單位組織的驗收或委托具有資質(zhì)的質(zhì)量檢驗機構(gòu)進行質(zhì)量驗6飛行監(jiān)測面積10萬畝以上，抽樣小班面積不低于2%或20個小班；飛行監(jiān)測面積10萬畝以下，抽樣小班面積不低于4%或10個小班。飛行監(jiān)測枯死松樹數(shù)量1000株以下，抽樣枯死松樹數(shù)量不低于5%(不足30株全抽);監(jiān)測枯死松樹數(shù)量1000株以上，抽樣枯死松樹數(shù)量不低于1%(不足60株全抽)。9.1.3質(zhì)量等級利用專業(yè)級GPS對抽中小班進行地面調(diào)查，記載全部枯死松樹數(shù)量、經(jīng)緯度、高程、死亡程度等根據(jù)實地調(diào)查得出的枯死松樹數(shù)量準確率、識別誤差率、枯死松樹水平定位平均誤差3項指標對9.2.3等級評定表1成果質(zhì)量等級評定表現(xiàn)場驗收質(zhì)量等級枯死松樹識別誤差率B(米)優(yōu)良10者B>5710.1無人機航攝安全作業(yè)技術(shù)要求按照CH/Z3001《無人機航攝安全作業(yè)基本要求》相關(guān)要求執(zhí)行。10.2飛行前，詳細了解飛行區(qū)域地形、地10.3設(shè)計飛行高度應高于攝區(qū)和航路上最高點100m以上，設(shè)計航線總航程應小于無人機能到達的最遠航程的80%。8(規(guī)范性附錄)無人機平臺參數(shù)基本要求控制距離控制方式手控十程控復合材料最大平飛速度巡航速度實用升限作業(yè)高度有效載荷最大起飛重量續(xù)航時間起降方式滑跑起降方式或彈射起飛、傘降回收動力裝置油動或電動貯存溫度-40℃~+65℃工作溫度-20℃~+55℃正常起落風速振動沖擊能承受起飛、飛行和著陸的振動與沖擊耐久性飛機機體壽命20-50個起落(正常起降)HYPERLINK9(資料性附錄)幾種松樹的光譜反射特征B.1松樹光譜反射特征與濾光片采用無人機搭載多光譜相機(儀)實現(xiàn)松材線蟲病監(jiān)測，其技術(shù)基礎(chǔ)是松樹因感染松材線蟲病的程度不同，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，在健康、感染松材線蟲病處半死、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僅供學習交流使思傳播或其他用途400600波長(nm)圖B.2馬尾松光譜反射圖波長(nm)圖B.3黑松光譜反射圖基于光譜特征圖，可根據(jù)實際作業(yè)要求，分別選用450、560、675、800nm窄帶濾光片用于監(jiān)測由于枯死松樹在形態(tài)上與闊葉樹很相似，采用可見光攝像方式很難識別。因此，針對有闊葉樹木分布的松林，在進行松材線蟲病枯死松樹監(jiān)測時，有必要從光譜反射特征上區(qū)分枯死松樹與闊葉樹木。圖B.4是闊葉樹和針葉樹的反射光譜特征圖。依據(jù)圖B.4,在中心光譜450nm譜段，闊葉樹與針用450nm濾光片，以區(qū)分枯死松樹與闊葉樹木，可有效防止誤判。sI濕粘土闊|樹圖B.4闊葉樹與針葉林光譜反射圖(規(guī)范性附錄)C.1多光譜相機要求b)可根據(jù)監(jiān)測需要配置相應譜段濾光片；a)體積：≤300×150×200毫米；c)幀頻：≥25幀/秒；d)分辨率：≥5184×3456,經(jīng)畫面分割后單通道畫面像元數(shù)：≥2592×3456;e)像元尺寸：≤22.3×14.9毫米；h)快門速度：1/1000s。HYPERLINK(資料性附錄)無人機作業(yè)高度、收容面積與地面分辨率的關(guān)系式D.1無人機作業(yè)高度與收容面積S=2a×2b....................S——為收容面積；a、b——為無人機地面站顯示圖像對應實際地圖的縱深之半、正面之半。b=a×2.2/4.4.......……............(D.①——無人機作業(yè)設(shè)備視場角(rad);H——無人機作業(yè)高度(m);D.2無人機作業(yè)高度與地面分辨率無人機機載的多光譜相機實質(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，也就是說每條電視線相應地面的寬度。可由多光譜相機機光學成像系統(tǒng)的工作原理推導出地面分辨率、飛行高度和相機的視場的關(guān)系式：N——多光譜相機分辨率(電視線數(shù))=0.7×攝像器件的分辨率；H——無人機作業(yè)高度(m);R——多光譜相機地面分辨率(米/電視線);(規(guī)范性附錄)現(xiàn)場驗收質(zhì)量等級評定指標計算公式E.1枯死松樹數(shù)量準確率