第37卷第1期2021年3月
测绘标准化
Standardization of Surveying and Mapping
Vol.37No1
Mnv3001
新型测绘传感器检定技术国际标准建设思路
薛云刘春艾克然木•艾克拜尔周骁腾
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(同济大学测绘与地理信息学院上海200090)
三七粉的功效Development of International Standard of Sensor Calibration
Technology fra New Surveying and Mapping
XUE Yun,LIU Chun,Akram AKBAR ZHOU Xiaoteng
摘要：适用于无人机搭载的新型测绘传感器有效弥补了卫星及有人机航空遥感的不足，具备高精度、高效率、高机动特点的无人机低空遥感在自然生态资源反演、生物多样性监测、农情信息分析、灾害监测方面具有较大优势。传感器检定质量对无人机低空遥感感知精度有重要影响，但目前国内外还没有针对新型测绘传感器性能评价的相应支撑标准。在分析国内外新型测绘传感器检定与验证研究成果的基础上，结合国内外测绘与地理信息标准制定现状，提出新型测绘传感器检定国际标准建设思路，并以机载低空多光谱传感器检定技术为例，采用地理信息国际标准通用概念模式语言，建立国际标准框架，基于SensorML建模思想，提出国际标准的编码实现思路。最后，从新型测绘传感器检定技术标准化和行业发展方面进行总结，为推进我国新型测绘传感器检定技术国际标准化提供建设思路。
关键词：新型测绘传感器；传感器检定与验证；国际标准化;SensorML
Keywords：Sensors fov New Surveying and Mapping；Seysov CaliOration and ValiOation；International Standardization；SensorML海蛎煎蛋
中图法分类号:P201
遥感技术在自然生态资源反演、生物多样性监测、农情信息分析、灾害监测方面具有良好应用，可为区域生态红线划定和资源环境承载能力研究提供有效支撑。传统的航天卫星遥感在时间精度、分辨能力和反馈效率等方面存在一定的不足，以无人机载轻小型LiDAR、微型SAR、视频传感器、光学传感小寒是什么意思
器等为代表的新型测绘传感器相继推出，基于新型测绘传感器的无人机低空遥感具备高精度、高效率、高机动的特点，有效弥补了卫星及有人机航空遥感的不足。
传感器性能评价对无人机低空遥感应用具有重要作用，然而不同传感器所采用的器件水平、探测体制和处理水平都不相同，导致新型测绘传感器核心性能评价方法和指标体系均存在差异。因此，需要针对不同厂商产品的型号特点，建立统一的检定方法流程，形成规范化的传感器核心性能评价体系。
在国际标准化方面,ISO/TS19159系列标准是迄今最新的遥感传感器检定标准，但均面向航天卫星遥感传感器，缺乏针对无人机载新型测绘传感器检定的规范描述。同时,ISO/TS19159系列标准没有编码定义，实际实现的遥感传感器检定模型可能会根据使用者的解释不同而变化。实质上,ISO/TS 19199-1是传感器检校的元数据标准，由于该标准具体的检定流程，在一的检定程序，导致其既不适用于机载系统，也不适用于星载系统。因此，需要针对新型测绘遥感传感器检定标准化需求，通过技术突破、标准研究、推广验证、宣传贯彻等手段提升标准化程度。本文针对国内外新型测绘传感器检定标准支撑足的，分析国
外卫星/低空遥感传感器检定技术的研究现状，分析相关标准的技术水平和协调配套性；针对新型测绘传感器检定标准适用性不足的现状，以机载低空多光谱传感器为例提出了国际标准框架，在标准框架中融入UML与SensorML相结合的技术，建立机载
项目来源：国家重点研发计划课题(2018YFF0215304)；上海市科委创新行动计划技术标准项目(19DZ2200800)
0测绘标准化第37卷
低空多光谱传感器信息模型，为ISO/TS19199系列标准编码实现方案的制定奠定基础。
1传感器检定技术国际标准制定方法91新型测绘传感器检定技术标准化现状
目前，世界上有近300个国际和区域性组织制定测绘地理信息标准或技术规则，其中，最主要的组织是国际标准化组织地理信息技术委员会(I SO/TC 29)和开放地理空间信息联盟(OGC)⑴。ISO/TC 29的工作范围是数字地理信息领域标准化[0]，专职负责地理信息领域国际标准制定工作，工作目标是为间地理空间定有的标
信息，制定一整套结构化标准，规范地理信息数据管理、采集、处理、分析、查询和表示，为不同用户、不同系统、不同地方之间的数据转换提供方法和描述⑶。ISO/TC2H所有标准通过统一建模语言(UML)将编写的地理信息集成为一个总的模型⑷，所有标准集成为ISO19100系列标准。
目前,I SO/TC29的工作重点已由空间数据标准转为基于位置和影像的专用标准的制定上，表】为当前影像类国际标准制定情况，其中，ISO/TS 10199-92014《地理信息遥感影像传感器的定标与验证第9
部分：光学成像传感器》已发布施行。该标准定义了光学传感器的定标方法、定标信息的验证以及与定标和验证相关的元数据，但标准中所覆盖的光学成像传感器仅包含机载框幅式像机和线阵推扫式像机，没有涉及其他新型光学遥感传感器。
表9影像类国际标准
Tab.1Intervationai Standard:fov Imaaery
序号标准编号标准
1ISO/TR19120:2001功能模型
2ISO19101-2：2008参考模型
0ISO19119—2：2009元数据
4ISO/TS19199：2009网格化和覆盖数据框架9ISO/TS19130:2010地理定位的传感器模型6ISO/TS19139-2：2012XML模式实现
3ISO/TS19159-1:2014定标和验证OGC成立于1904年，目前有成员473家[9]0为了解决异构传感器网
络的连接和数据共享问题, OGC提出了一种全新的传感器Web标准，制定了SWE(Sensor Web Enablement)标准框架。SWE标准框架由3个标准组件组成，其中的传感器建模语言SensorML(Sensor Model Language)⑷主要用于描述传感器、传感器系统或传感处理方法，为传感器的发现、传感观测的定位、低级别传感观测的处理等提供必要的信息⑺0
OGC与ISO/TC2D的结合非常紧密，OGC制定的测绘地理信息方面的标准主要包括测绘地理信息和测绘地理服务共享。22项OGC抽象规范中6项被ISO/TC2H采用,78项实现规范中19项与ISO/TC2H标准间存在采用或被采用关系⑻，例如，SensorML建模标准已于2212年被ISO/TC2H 作为传感器编范于最新国际标准的制定过程中，ISO/TS19130-3地理定位的传感器模型实现方案采用SensorML完成了地理定位的传感器型编0
H国际地理信息标准制定流程和特点
印度人体ISO国际标准制定工作通常由其技术委员会完成，制定流程一般分为6个阶段：提案阶段(NP)、工作组阶段(WD)、委员会阶段(CD)、询问阶段(DIS)、批准阶段(FDIS)和出版阶段((SO)o
国际地理信息标准具有以下特点：
9结构化存在和作用o ISO19190系列标准从地理信息数据互操作的角度将基础地理信息标准划分为多
个类型的标准，同时加强各项标准之间的协作和联系，并通过参考模型将各项标准联系在一起，保证各项标准的共同作用，才能完整、准确地描述和理地理数据0
2)注重标准间的协调一致o ISO19190系列标准采用统一的概念模式语言使这些标准成为一个有机整体。通过参考模型、概念模式语言、术语、一致性测试等4个框架性标注对标准质量进行总体控制，并从多个方面反复进行标准间的协调，包括模型协调、UML图形协调、内容协调、术语协调、相互依赖协调等，以求不同标准间达到最大限度的一致。
3)注重标准的一致性和质量。每个标准都包含“一致性测试”规范性附录，以实现标准之间的一致性及标准条款的一致性。此外，为保障标准本身的质量，专门成立了标准质量控制特别工作组(SWG-QC)，对研制的标准进行整体协调、质量控制和确立相互依赖关系表，制定标准质量控制的指导性文件。
第1期薛云，等：新型测绘传感器检定技术国际标准建设思路3
1.3国际地理信息标准制定方法
国际地理信息标准为保证标准间的协调性和结构化产生作用的宗旨，将系列标准分为基础架构、地理信息服务、数据模型和算子、数据管理和专用标准等。其中，基础架构标准通过确定地理信息系列标
准的参考模型、概念模式语言、术语、一致性测试等内容，将ISO12102系列标准的不同方面联系在一起，为标准制定提供一个公共基础；地理信息服务、数据模型和算子、数据管理等标准为地理信息系列标准提供基础，从而编制完成特定领域的专用标准。
1.3.1基础架构标准
1.3.12参考模型
参考模型描述了地理信息标准的总体工作目标和编制地理信息标准的基本原则。通过域参考模型确定了地理信息内容、结构的高层表示和描述，采用体系结构参考模型描述通过计算机系统处理地理信息提供的通用服务类型。
1.3.1.2概念模式语言
概念模式语言标准将统一建模语言（UML）的静态结构图和UML对象约束语言（OCL）及一组基本数据类型定义相结合，作为地理信息标准的概念模式语言。
1.3.3.3术语
术标准为其地理标准术的定确定术语选取规则，规定术语记录结构，说明撰写术语的原则，同时给出术语库及维护指南和术语列表，确保地理信息术语的使用和解释保持一致。
1.3.1.4—致性测试
一致性测试标准规定了ISO地理信息标准一致性测试的框架、概念和方法，主要阐述了规范的一致性和一致性条款的一致性相关概念，并为抽象测试套件（ATS）的定义和一致性测试过程提供框架。
1.3.2专用标准
专用标准提供了ISO专用标准的制定指南，可作为ISO系列标准的子集，或者在基础标准允许的范围内进行扩展，并且允许非ISO地理信息标准作为专用标准的部分内容。ISO19102地理信息系列标准属于通用基础性标准，是抽象的，不能直接实现。要实现这些标准，必须制定由一个或多个标准定的可选，一标准定的
实例，或者二者结合组成的规范，即专用标准和内容扩展原则。2机载低空多光谱传感器检定标准框架和实现思路
2.1机载低空多光谱传感器检定标准框架
机载低空多光谱传感器检定标准包括基础性内容（范围、规范性引用文件、一致性、术语和定义、缩略语）、检定核心内容（检定方法、检定环境、验证和测试）和附属信息（附录、参考文献）等，涉及机载多光谱成像传感器的定标和机载多光谱成像传感器定标信息的验证，具体内容如图1所示。
格造句
三眼一板的意思图1机载低空多光谱传感器检定标准主要内容Fin.1Main Contenis of the CaliOrvtion Standard fov Low Altitade Airdorne Multispectrvi Sensov
机载低空多光谱传感器检定标准详细介绍了机载多光谱成像传感器的性能以及与机载多光谱成像传感器定标有关的参数，可用于机载多光谱成像传感器的精细化信息处理。具体提供3种信息：定义机载多光谱成像传感器的检定和验证概念，提供光谱、辐射、几何检定和验证方法，定义机载多光谱成像传感器的检定和验证元数据。本标准通过UML 方式介绍检定核心内容，每个UML类均包含名称、属性和操作以及与其他类之间的关联关系，每个类中信息所涉及的指标定义、检定方法和一般流程都应以附录的形式作为标准文本内容。
2.1.1顶层模型
图2所示为标准的顶层模型,CA_Air-BorneMui-tisoecWalSensyf类包含低空多光谱传感器检定和验证的全部信息，主要由6个类聚合而成，分别是几何定标方法类、光谱定标方法类、辐射定标方法类、实验室检定设施类、野外检定设施类和验证类。
2.1.2检定方法
图3所示为传感器几何检定模型，CA_Multl- spectrnGeometrie类包含低空多光谱传感器室内外几何检
定的全部信息，包括实验室和野外检定2个类。实验室检定包含内方位元素、外方位元素、径向畸变、切向畸变、测试范围等信息，野外检定包含内
新文化运动的意义4
测绘标准化第37卷
方位元素、外方位元素、影像融合、环境参数、几何解 析率等信息。
图4所示为传感器光谱检定模型，CA_ Multi- spectralSpectrni 类包含低空多光谱传感器光谱检定
的全部信息，主要由实验室光谱检定和野外光谱检 定2个类组成。实验室光谱检定包括中心波长、带
宽、测试范围等信息，野外光谱检定包括中心波长、 带宽、环境参数等信息。
图2顶层模型
Class CA_Air-bomeMultispectralSensor
CA_CalibrationValidation CA_MultispectralCalibrationSpbectral CA_MultispectralCalibrationRadiometry
+ calibrationType: CA CalibrationType
CA_Air-bomeMultispectralSensor + multispectralType:o --
CA_MultispectralCalibrationGeometry CA_MultispectralLaboratoryFacility
CA_MultispectralType
+ obrvtionType:CA_ObrvationType +centralWavelength:Real + bandWidth:Real
+numberofW a velengths:Real
CA_MultispectralF i eledF a cility CA_Multispectral V alidation
«CodeLIst»CA CalibrationType «CodeLIst»CA_MultispectralType
«CodeLIst»CA_ObrvationType
Fig. 2 Top-Level Modei
图9几何检定模型
Fig. 2 Model of Germetrih Calibration
图4光谱检定模型
Fig. 2 Modei of Spectrai Calibration
图5所示为传感器辐射检定模型，CA_ Mule- 定的全部信息，主要由实验室辐射检定和野外辐射
spectrnsniometra 类包含低空多光谱传感器辐射检
检定2个类组成。实验室辐射检定包括绝对定标
、
第1期薛云，等：新型测绘传感器检定技术国际标准建设思路5
暗电流、线性度、重复性、稳定性、均匀性和测试范围等信息，野外辐射检定包括绝对定标、线性度、均匀 性和环境参数等信息。
2.1.3检定环境
图6所示为实验室检定设施模型，CA_M u G-spectralLayoratoryF aciGy类包含低空多光谱传感器室内检定所需环境的全部信息，主要由5个类聚合而成，分别是光谱定标设施类、辐射定标设施类、几何定标设施类、实验室环境参数类和测试范围类。
图7所示为野外检定设施模型，CA_M u GW pcc-tralFieldFacilita类包含低空多光谱传感器室外检定所需的，要5类聚而，分是光谱定标靶标类、辐射定标靶标类、几何定标靶标类、野外环境参数类和测试范围类。
图5辐射检定模型
Fig.5Modei oO Radiometrit CaliOrvtion
图6实验室检定设施模型
Fig.5Modei oO Laborvtorv CaliOrvtion FaciOty
图7野外检定设施模型
Fig.5Modei oO Field CaliOrvtion FaciOty
2.1.4结果验证
图8所示为传感器检定结果验证模型，CA_ MulFspectralG aliOation类包含低空多光谱传感器检定结果验证所需的全部信息，主要由3个类聚合而成，分别是几何定标结果验证类、光谱定标结果验证类和辐射定标结果验证类。2.2基于SeesorML的编码实现思路
ISO/TS19159系列标准没有单独的编码定义，实质上是传感器检定的元数据标准。为了完成编码实现，可以参考ISO12112中所定义的编码规贝U，基于UML模式制定编码规则，还可以参考标准给定的基于XML
的资料性编码规则，实现与平台无关的地
