ICS

CCS

團體標準

T/CIXXX-2024

無人機載單波段水深測量激光雷達

水下地形測量規范

Specificationforunmannedaerialvehicle-bornesinglebandbathymetry

LiDARforunderwatertopographicsurvey

（征求意見稿）

2024-X-X發布2024-X-X實施

?中國國際科技促進會?發布

T/CIXXX—2024

無人機載單波段水深測量激光雷達水下地形測量規范

1范圍

本文件規定了無人機載單波段水深測量激光雷達水下測量技術的基本規定、技術準備、

系統要求、數據采集、數據處理、資料整理與歸檔等要求。

本文件適用于湖泊、河流、水庫、近海岸等水深20米以內的水下地形測量技術生產作

業。

2規范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注明

日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注明日期的引用文件，其最新版

本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T12763.10海洋調查規范第10部分：海底地形地貌調查

GB/T18316數字測繪成果質量檢查與驗收

GB/T28587移動測量系統慣性測量單元

GB/T36100機載激光雷達點云數據質量評價指標及計算方法

GB/T42640多波束水下地形測量技術規范

GB/T39624機載激光雷達水下地形測量技術規范

CH/T1004測繪技術設計規定

CH/T8023機載激光雷達數據處理技術規范

CH/T8024機載激光雷達數據獲取技術規范

3術語和定義

3.1

無人機載單波段水深測量激光雷達測量系統UAVsingle-bandbathymetryLiDAR

system

以無人機為載體，將單波段水深測量激光雷達（激光波長一般為532nm）、GNSS、

IMU等多種設備集成于一體進行水下地形地貌測量的系統。

3.2

慣性測量單元（IMU）inertialmeasuringunit

由3個正交安裝的單軸陀螺儀或2個正交安裝的雙軸陀螺、3個正交安裝的加速度計、

相關輔助電路及結構體等部分構成，用于測量運動載體的三維角速度和非引力加速度（比

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力）的裝置。

[來源：GB/T28587-2012，3.2]

3.3

水下地形測量underwatertopographicsurvey

采用水深測量方法對水下地貌以及地物（特指水底幾何形態特指信息）直接與已知量

或間接量進行比較的過程.

[來源：GB/T39624-2020，3.2]

3.4

波形數據waveformdata

激光接收系統按照預設采樣率對信號的回波進行離散化采樣,所得的回波強度時間序列。

[來源：CH/T39624-2020，3.9]

3.5

點云pointcloud

以離散、不規則方式分布在水底三維空間中的點的集合。

[來源：CH/T8023—2011，3.3]

3.6

點云密度densityofpointcloud

單位面積上點的平均數量，一般用每平方米的點數表示。

[來源：CH/T8024—2011，3.7]

3.7

水底點waterbottompoint

點云中反應真實水底地貌形態的點。

3.8

水底數字地形模型underwaterdigitalterrainmodel

以水底離散點為基礎建立規則格網或三角網的數字地形模型。

3.9

數字水深模型digitalbathymetricmodel

以離散水深點數據建立的規則格網或三角網等空間模型。

[來源：CH/T39624-2020，3.11]

3.10

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航帶寬度stripwidth

無人機載單波段水深測量激光雷達作業時垂直于飛行航線的測量寬度。

4縮略語

下列縮略語適用于本文件。

LiDAR——激光雷達（LightDetectionAndRanging）

UAV——無人機（UnmannedAerialVehicle）

CGCS2000——2000國家大地坐標系（ChinaGeodeticCoordinateSystem2000）

GNSS——全球導航衛星系統（GlobalNavigationSatelliteSystem）

CORS——連續運行基準站（ContinuouslyOperatingReferenceStation）

POS——定位定向系統（PositionandOrientationSystem）

5基本規定

5.1作業流程

無人機載單波段水深測量激光雷達水下地形測量作業流程如圖1所示，主要包括技術準

備、數據獲取、數據處理、產品制作與整理歸檔。

圖1無人機載單波段水深測量激光雷達水下地形測量作業流程

5.2空間基準

5.2.1平面坐標系

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平面坐標系采用CGCS2000，采用其他坐標系時，應與CGCS2000建立轉換關系。

5.2.2高程基準

高程基準采用1985國家高程基準。采用其他獨立的高程基準時，應與1985國家高程基

準建立轉換關系。

5.2.3投影方式

應符合現行標準GB/T13989的規定，采用3°或6°分帶高斯-克呂格投影。根據實際工

程要求，可自定義更小分帶的投影。

5.2.4時間系統

時間采用北京時間，日期采用公元紀年。

5.3成果質量

a)無人機載單波段水深測量激光雷達系統獲取點云密度應滿足表1要求。

表1點云密度

比例尺DEM格網間距（m）點云密度（點/m2）

1:5000.5≥16.00

1:10001.0≥4.00

1:20002.0≥1.00

1:50002.5≥1.00

1:100005.0≥0.25

b)點云平面位置允許中誤差應滿足表2要求。

表2點云平面位置允許中誤差（m）

比例尺平面中誤差（m）

1:500≤0.5+0.025d

1:1000≤1.0+0.025d

1:2000≤2.0+0.025d

1:5000≤2.5+0.025d

1:10000≤5.0+0.025d

注：①d為水深（單位是米）。

②特殊水下地形測量工程的平面位置精度可依據實際情況而定。

③點云平面精度以點云平面位置允許中誤差的2倍作為限差。

c)點云高程允許中誤差應滿足表3要求。

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表3點云高程允許中誤差（m）

比例尺平面中誤差（m）

1:500≤

22

1:1000≤0.05+0.005?

22

1:2000≤0.1+0.005?

22

1:5000≤0.15+0.005?

22

1:10000≤0.17+0.005?

22

注：①d為水深（單位是米）。0.3+0.005?

②特殊水下地形測量工程的高程精度可依據實際情況而定。

③點云高程精度以點云高程允許中誤差的2倍作為限差。

6技術準備

6.1資料準備

對現場進行實地踏勘，收集的作業區域資料，應包括下列內容：

a)測區水文、氣象、通信、交通、人文、底質、水體漫衰減系數等信息；

b)已有的控制點、似大地水準面精化、坐標轉換參數等成果，連續運行參考站

（CORS）等資料；

c)根據現場條件評估飛行環境，依據搭載的無人機平臺按規定進行報備。

d)其他相關資料。

6.2技術設計書

技術設計應包含下列內容：

a)任務來源、作業范圍、工作內容、工作量以及要求完成的時間等；

b)測區水文條件，根據水文條件、任務情況合理規劃飛行航線；

c)地形、氣候特征、通信、交通等作業區自然地理概況；

d)已有資料的數量、形式、技術指標和可利用價值等情況；

e)引用的標準或其他技術文件；

f)成果的種類及形式、坐標系統、高程基準、比例尺、投影方法、分幅編號、數據基

本內容、數據格式、數據精度以及其他指標等；

g)作業所需的儀器設備類型、數量和精度指標要求以及數據處理軟件的數量及其功能

等；

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h)技術方案，主要內容包括：航飛計劃、航飛實施、地面基站設計、數據采集、數據

處理等各工序的作業方法、技術指標和要求；

i)作業過程中的質量控制和產品質量檢查的主要要求；

j)數據安全、備份等技術要求；

k)成果提交和資料歸檔的內容和要求；

l)設計附圖、附表和其他有關內容；

m)環境、職業健康安全的有關要求。

6.3儀器設備要求

6.3.1單波段水深測量激光雷達性能要求

單波段水深測量激光雷達的性能應滿足以下要求：

a)根據實際作業區域的水深概況、水底反射率、水漫衰減系數以及點云密度和精度要

求選擇合適的單波段水深測量激光雷達和飛行平臺。

b)單波段水深測量激光雷達應經過激光器發射中心與POS系統的中心偏差距離檢校、

激光器中心與POS系統的坐標系角度偏差檢校以及其他必要的系統檢校。

6.3.2POS系統性能要求

POS系統的性能應滿足以下要求：

a)無人機載GNSS接收機應該采用高動態測量型雙頻GNSS接收機，具備高性能、高

頻率的數據接收性能，采樣頻率不低于1Hz。

b)IMU根據點云精度需求、測量距離等綜合確定。IMU精度等級分類見表4。

表4IMU精度等級

精度等級

序號項目

ⅠⅡⅢ

1航向角≤0.01（0.01，0.02]＞0.02

2俯仰角≤0.005（0.005，0.01]＞0.01

3側滾角≤0.005（0.005，0.01]＞0.01

c)IMU數據記錄頻率應不低于100Hz。

6.3.3無人機性能要求

單波段水深測量激光雷達的載體（無人機）的性能應滿足一下要求：

a)無人機應易于傳感器設備的安裝，應配備所需電源，能在作業區具備穩定航行能力,

在技術要求的不同航速下連續作業。

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b)飛行無人機的作業人員應具有相應職位的資質證書，熟悉本職業務，明確測量任務

對無人機的作業要求，配合測量人員完成任務。

c)無人機駕駛員在飛行前應該依據當地法律法規進行飛行報備以及飛行空域的申請。

d)無人機需要購買第三方保險。

7數據采集

7.1系統檢校

無人機載單波段水深測量激光雷達系統絕對精度測定應在動態測量的過程中完成。具

體方法為：

a)在平直的公路上規劃AB、CD、EF和GH四條飛行航線,航線的旁向重疊度大于60%；

b)在規劃航線的公路上選擇尖頂建筑物,利用不同航線中尖頂建筑物剖面點之間的距

離進行儀器安置角的檢校；

c)可以依據測區實際情況，選擇其他的飛行模式進行安置角的檢校；

d)檢校報告內容符合GB/T39624-2020中7.1.5的要求。

圖2安置角檢校飛行航線規劃示意圖

7.2航線設計

無人機航線應依據以下內容進行規劃：

a)無人機航線規劃應該考慮島嶼、湖泊、水庫等實際環境的特點，合理的進行航線的

設計；

b)無人機飛行高度應該考慮到單波段激光雷達的有效測程和水深、點云的密度、

GNSS基站的位置等因素進行合理的設計；

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c)無人機飛行航線中必須有一條檢校航線，該航線與數據采集航線垂直，且必須穿過

數據采集航線。

7.3數據獲取要求

數據獲取的要求包括一下幾個方面：

a)無人機飛行應選擇最有利的時間，選擇水域無結冰、無雨雪的作業環境，應該符合

CH/T8024-2011中6.2相關規定；

b)當采用差分GNSS定位技術時應該布設地面基站，無法布設基站時應該采用GNSS

精密單點定位技術；

c)無人機飛行過程中需要實時監控系統的各項工作狀態，確保其穩定，根據實際情況

及時處理出現的問題；當檢測到不符合飛行數據獲取要求時，或者系統發生故障，應立即

停止作業。

d)無人機獲取數據完成后，應先停穩無人機，關閉激光雷達和POS系統電源，再關閉

無人機電源。

e)飛行結束后，應及時將所有獲取到的數據導出備份于安全的存儲介質中。

7.4無人機操作

無人機飛行操作的要求包括一下幾個方面：

a)無人機飛行之前依法依規申請空域，聘請有執照的無人機操作員；

b)選擇合適的起飛點，將單波段水深測量激光雷達系統安裝在無人機上，檢查卡扣連

接穩定；

c)打開無人機遙控器與無人機地面站；

d)打開無人機電源開關，等無人機自檢完成和GPS信號穩定，利用無人機遙控器將飛

行模式切換至地面站模式；

e)在地面站軟件中依據技術設計書的要求合理規劃飛行航線，選擇合理的飛行高度；

f)利用地面站控制無人機起飛并發射飛行航線，在飛行航線發射后打開激光雷達開始

作業；

g)在飛行過程中，隨時檢查無人機狀態，遇到緊急情況可隨時終止作業；

h)作業完成后，選擇合適的降落點，利用地面站控制無人機下降。

7.5單波段水深測量激光雷達操作

單波段水深測量激光雷達操作的要求包括一下幾個方面：

a)單波段水深測量激光雷達野外作業之前需要在室內進行儀器的檢校；

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b)將儀器安裝在無人機上，檢查連接卡扣是否穩定；

c)依據測量區域水深、水漫反射系數、作業環境設置儀器合理的參數；

d)初始化POS系統并等待POS系統各項參數穩定；

e)待無人機起飛依據設定的航線進行飛行后，遠程控制單波段水深測量激光雷達的開

啟；

f)在飛行作業過程中隨時檢查單波段水深測量激光雷達的狀態，遇到緊急情況可隨時

終止作業；

g)無人機航線飛行完成后，在空中遠程關閉儀器。

h)待無人機下降后，拆卸儀器，并下載原始數據。

7.6數據補測

出現以下情況需要進行數據補測：

a)由于激光雷達、POS系統、水域等原因導致無法獲取該條航線內有效的點云數據或

POS數據；

b)由于激光雷達激光重頻、能量設置等原因導致得到的該條航線內點云數據無法達到

密度或精度要求；

c)GNSS系統短暫失鎖引起航線內局部數據無法滿足精度要求；

d)因無人機飛行姿態引起航線內點云數據出現局部缺失；

e)因水下環境復雜而引起不同航帶點云數據拼接時出現局部數據缺失。

8數據處理

8.1數據完整性檢查

數據獲取完成之后，應對激光雷達、POS系統、飛行記錄等數據進行整理并檢查數據

完整性，整理后數據應該包括：

a)激光雷達原始數據。

b)POS數據。

c)基站GNSS觀測數據。

d)測區水體漫反射系數、水體折射率、潮位及其他相關必要數據信息。

8.2波形數據處理

對波形數據處理以得到高精度的測距數據，具體流程步驟如下：

a)依據激光發射時序、水深以及回波強度等統計信息，從波形數據中截取激光發射、

水面反射和水底反射的有效信息部分。

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b)采用數字濾波等方法將系統硬件、傳播介質以及外部因素導致的波形隨機噪聲消除，

確保波形平滑。

c)采用高斯分解法、最大期望法、Levenberg-Marquart法等方法獲取波形中水面反射

和水底反射的精確位置。

d)結合激光發射初始位置、水面反射和水底反射的精確位置計算激光傳播距離得到測

距數據。

8.3POS數據處理

對IMU數據和GNSS基站數據進行后處理以獲取高精度的位置和姿態數據，應包括以下

內容：

a)采用自架設GNSS基站或收集周圍全球導航衛星系統連續運行基準站數據、精密星

歷和精密鐘差等相關數據，聯合無人機載IMU觀測數據﹐采用單基站或采用多基站數據聯

合解算，按照后處理精密動態測量模式進行處理，獲取作業過程中各時刻POS數據。

b)剔除質量不佳的編號衛星數據﹐保證最終差分數據質量。

c)基于差分GNSS結果與IMU數據進行POS數據聯合處理，并顧及系統檢校已量測的

偏心分量值。

d)若GNSS采用精密單點定位后處理模塊進行處理，按照精密單點定位數據處理流程

解算航行作業中各個時刻POS數據。

e)解算完成后，導出航跡文件成果。

8.4點云數據解算

依據激光雷達內部光學結構和POS系統的相對位置，利用激光雷達測量的測距數據、

POS數據和水體折射率鄧進行點云數據解算，其內容應包括：

a)按照CH/T8023的要求，聯合POS數據和激光雷達測量的測距數據，附加系統檢校

數據，進行點云數據解算，生成三維點云；

b)可結合水面點云擬合水面波浪形態進行水底點云位置的改正；

c)點云數據可采用LAS格式、ASCII碼格式或其他格式存儲；

d)根據實際需要對點云數據進行分塊。每一個數據塊為軟件處理的一個單元，一般按

矩形切塊。數據塊的大小根據數據處理的軟件、硬件性能綜合考慮。

8.5點云數據航帶平差

對解算后不同航帶的數據進行航帶平差，以糾正因系統、環境等因素造成的不同航帶

間重疊區域內同名地物三維坐標值之間的偏移，其內容應包括：

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a)選擇不同航帶重疊區內特征明顯的點云（如平坦區域）作為特征點；

b)以檢校航線獲取的航帶數據為基準，利用迭代最近點算法、最小二乘法等方法依次

計算其他航帶與該航帶之間的變換矩陣，并利用變換矩陣糾正航帶間的偏移。

8.6點云分類

8.6.1噪聲點的去除

將明顯低于水底的點或點群（低點）和明顯高于目標的點或點群（空中點）定義為噪

聲點。在進行水底數據分類之前，應首先將這類點分離出來。

8.6.2水底數據分類

利用分類算法、測區地形特征，設置合理的參數，提取水底點云。

8.6.3精度檢查

經過數據處理后的點云數據應符合表1、表2和表3中對應的精度要求。

9成果制作

9.1水深圖

水深圖是依據一定投影標準和比例尺編繪，以等深線表示測區水深變化和地理空間位

置的地圖產品。水深圖的詳細編繪要求可按照GB12319和GB/T32067中的相關要求。

9.2水下地形圖

水下地形圖是依據一定投影標準和比例尺編繪，以等高線表示測區水下地形變化和地

理空間位置的地圖產品。水下地形圖的詳細編繪要求可按照GB/T20257中的相關要求。

9.3數字水深模型

數字水深模型采用格網或者三角網中交點的水深數據描述測區內水深變化及其空間分

布。數字水深模型的制作要求可按照CH/Z9026中的相關要求。

10成果質量檢查

10.1成果質量檢查與驗收

成果質量檢查驗收應該符合GB/T24356和GB/T18316的相關要求,且滿足技術設計書的

要求。

作業成果應依次通過測繪單位作業部門的過程檢查、測繪單位質量管理部門的最終檢

查和生產委托方的驗收。各級檢查工作應獨立進行,不應省略或代替。

各級在檢查、驗收中,如發現成果不符合要求時,應退回有關單位或部門處理。

10.2原始采集成果的檢查

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原始采集成果的檢查應該包括：

a)激光雷達綜合檢校參數的正確性；

b)波形數據完整性；

c)POS數據的完整性；

d)點云數據的密度、精度、重疊度。

10.3水深圖檢查

水深圖質量檢查的內容應包括：

a)投影和基準轉換關系的準確性；

b)水深圖和水下地形圖高程數據的符合性；

c)水深圖地貌標注與位置的符合性；

d)GB12327規定的其他質量檢查內容。

10.4水下地形圖檢查

水下地形圖質量檢查的內容應包括：

a)水下地形圖等高線、特征點與點云數據符合性；

b)水下地形圖高程數據與點云數據符合性；

c)水下地形圖與水下數字地形模型的套合精度；

d)GB/T17278規定的其他質量檢查內容。

10.5數字水深模型檢查

數字水深模型質量檢查的內容應包括：

a)數字水深模型格網或三角網與點云數據符合性；

b)數字水深模型覆蓋范圍與格網或三角網尺寸的正確性；

c)CH/Z9026規定的其他質量檢查內容。

11資料整理與歸檔

11.1歸檔要求

資料整理與歸檔的一般要求如下：

a)上交的各種資料的內容必須真實、準確，裝訂整齊有序，標示清晰；

b)各級檢查應形成相應的質量檢查報告，與成果資料一并歸檔；

c)上交的紙質文檔、圖件應與電子成果一致；

d)各類數據應提供格式說明，并提交文本格式的數據文件。

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11.2歸檔內容

資料歸檔應包括以下內容：

a)技術設計書、實施方案、任務合同書以及質量檢測報告等相關文件；

b)原始波形數據、整體檢校參數、原始地面基站觀測數據、水體漫反射系數等必

要參數；

c)外業實施原始觀測記錄表，包括GNSS基站架設記錄表、無人機載單波段水深

測量激光雷達水下地形測量記錄表等；

d)測線資料及無人機航線圖；

e)水深圖、水下地形圖和數字水深模型數據；

f)技術總結報告；

g)其他相關資料。

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附錄A

（資料性）

安置角計算記錄

檢校場名稱無人機型號

單波段水深測量

IMU型號

基本信息激光雷達型號

GNSS型號

備注

安置角