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【長(zhǎng)光禹辰】河道生態(tài)監(jiān)測(cè)解決方案——青島市某河道無(wú)人機(jī)多光譜遙感巡檢項(xiàng)目

2020-06-24 21:31 性質(zhì):轉(zhuǎn)載 作者:長(zhǎng)光禹辰 來(lái)源:長(zhǎng)光禹辰
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一丨行業(yè)背景中國(guó)流域面積在50平方公里以上河流共45203條,水面面積1平方公里及以上天然湖泊2865個(gè),隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展,水環(huán)境惡化,河湖功能嚴(yán)重退化???..

一丨行業(yè)背景

中國(guó)流域面積在50平方公里以上河流共45203條,水面面積1平方公里及以上天然湖泊2865個(gè),隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展,水環(huán)境惡化,河湖功能嚴(yán)重退化。
總書記曾指出“綠水青山就是金山銀山”絕不能以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價(jià)換取經(jīng)濟(jì)的一時(shí)發(fā)展,同時(shí)我們要“守好一江碧水”,在河湖生態(tài)保護(hù)上要做到“不能越雷池一步”,要牢固樹立生態(tài)紅線的觀念,否則就應(yīng)該受到懲罰。
對(duì)河道生態(tài)環(huán)境全面監(jiān)測(cè)將有效遏制河道生態(tài)環(huán)境的惡化,保護(hù)生態(tài)紅線不后退、不變色。

二丨行業(yè)痛點(diǎn)

【1】

人工勘察

耗費(fèi)大量人力、物力,無(wú)法直觀展示全流域、多尺度的岸線生態(tài)與水污染情況。

【2】

可見光遙感

可見光數(shù)據(jù)量大,視頻巡查提供信息有限,無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)積累,難以高精度實(shí)現(xiàn)河道各項(xiàng)指標(biāo)監(jiān)測(cè)。

【3】

衛(wèi)星遙感

衛(wèi)星遙感時(shí)空分辨率低,無(wú)法做到數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取,影響監(jiān)測(cè)周期。

【4】

光譜遙感

高光譜遙感數(shù)據(jù)冗余量大,無(wú)法實(shí)現(xiàn)大范圍、大面積的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。

三丨技術(shù)手段

多光譜遙感可以獲取地物豐富的光譜信息,在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
水體組成成分不同時(shí),對(duì)各個(gè)波段的敏感程度不同,正常水體僅在藍(lán)、綠波段呈現(xiàn)高反射特性,因水體的強(qiáng)吸收特性,使其在近紅外影像上基本呈現(xiàn)黑色。
水體中不同成分的含量差異會(huì)使水體呈現(xiàn)不同的波譜特征,具體如下圖所示。多光譜遙感旨在根據(jù)水體的不同組成成分,基于不同的波譜曲線與特征進(jìn)行建模,分析水污染情況。



隨著多光譜儀器小型化和應(yīng)用算法的研究不斷深入,無(wú)人機(jī)多光譜遙感迅速發(fā)展,該遙感手段一般用5-6個(gè)通道解決了可見光信息量少、高光譜數(shù)據(jù)冗余問(wèn)題;同時(shí)相比衛(wèi)星遙感可提供更精準(zhǔn)、更靈活的數(shù)據(jù)獲取,可實(shí)現(xiàn)全流域、多尺度岸線生態(tài)、水污染分布展示。

為滿足“河長(zhǎng)制”管理指標(biāo)要求,無(wú)人機(jī)多光譜遙感河道生態(tài)監(jiān)測(cè)主要包含六個(gè)方面:水資源保護(hù)河湖水域岸線管理保護(hù)、水污染防治、水環(huán)境治理生態(tài)修復(fù)、執(zhí)法監(jiān)管,為相關(guān)部門的監(jiān)測(cè)工作提供了創(chuàng)新性技術(shù)支持

四丨項(xiàng)目介紹

此項(xiàng)目對(duì)青島市某河道進(jìn)行生態(tài)環(huán)境無(wú)人機(jī)巡檢,巡檢距離約12km。

本項(xiàng)目作業(yè)采用大疆M210 四旋翼無(wú)人機(jī),搭載長(zhǎng)光禹辰MS600 Pro多光譜相機(jī)和大疆XT2可見/熱紅外雙光相機(jī)。



【M210 + MS600 Pro + XT2】



五丨作業(yè)流程

本項(xiàng)目基于航空多光譜遙感技術(shù)對(duì)河道生態(tài)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)主要包括河道數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理與分析以及數(shù)據(jù)成果展示三部分,具體流程如下圖所示。



六丨作業(yè)環(huán)境及飛行參數(shù)





下圖為數(shù)據(jù)獲取現(xiàn)場(chǎng)圖,左圖為拍攝標(biāo)準(zhǔn)反射率板,其目的是對(duì)影像進(jìn)行輻射定標(biāo),從拍攝的DN值得到地物真實(shí)反射率,右圖為河道實(shí)際環(huán)境。



七丨架次及數(shù)據(jù)量

總飛行7個(gè)架次(單架次4條航線),總飛行時(shí)間140min,總作業(yè)時(shí)間(含轉(zhuǎn)場(chǎng)與換電時(shí)間)260min,總數(shù)據(jù)量13.85G,部分航線規(guī)劃如下圖所示。



八丨數(shù)據(jù)處理

多光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理使用長(zhǎng)光禹辰自主研發(fā)的Yusense Map軟件,基于影像POS信息和特征相結(jié)合的無(wú)人機(jī)遙感影像快速拼接算法,實(shí)現(xiàn)多通道光譜影像的亞像素級(jí)配準(zhǔn)、多景影像的實(shí)時(shí)拼接及輻射定標(biāo),生成具有地表真實(shí)反射率的正射影像,如下圖所示。



多光譜拼接成果分析使用長(zhǎng)光禹辰自主研發(fā)的Yusense Map+行業(yè)應(yīng)用軟件(見下圖),Yusense Map+面向行業(yè)用戶,可通過(guò)簡(jiǎn)單的操作快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、專題制圖及報(bào)告生成,真正簡(jiǎn)化用戶操作過(guò)程,降低使用門檻。



九丨處理結(jié)果

【1】

溫度異常點(diǎn)監(jiān)測(cè)

M210搭載XT2雙光相機(jī),使用Yusense Fly地面站軟件可實(shí)時(shí)返回?zé)峒t外視頻,在飛行過(guò)程中基于熱紅外視頻可觀察溫度分布趨勢(shì)監(jiān)測(cè)河道水面溫度異常點(diǎn)(一般為正在排污的排污口附近),下圖右下角為實(shí)時(shí)溫度空間分布,紅色溫度高,藍(lán)色溫度低。



【2】

河道生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)

基于無(wú)人機(jī)載多光譜遙感數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)河道水陸邊界線、水污染分級(jí)、重點(diǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、疑似污染源、岸線綠化及水面垃圾提取,并對(duì)提取結(jié)果進(jìn)行空間統(tǒng)計(jì)分析、多時(shí)相變化。



【3】

成果展示

Yusense River是長(zhǎng)光禹辰自主研發(fā)的河道GIS展示插件,可直觀展示全流域、多尺度岸線生態(tài)、水污染情況,實(shí)現(xiàn)河湖無(wú)人機(jī)多光譜遙感成果的分析、展示與管理。



【Yusense River河道GIS展示插件詳情見文末“往期精彩推薦”—《長(zhǎng)光禹辰首發(fā):多光譜+GIS,Yusense River助力智慧河湖可視化》】

十丨長(zhǎng)光禹辰多光譜遙感技術(shù)優(yōu)勢(shì)

【1】自主研發(fā)MS600系列多光譜相機(jī),為科研和行業(yè)應(yīng)用而生;

【2】兼容包含深圳大疆、成都縱橫在內(nèi)的各型多旋翼、固定翼無(wú)人機(jī);

【3】“裝備+數(shù)據(jù)+服務(wù)”,提供覆蓋多光譜遙感的全流程解決方案;

【4】軟硬件一體化、端云一體化,為第三方業(yè)務(wù)平臺(tái)提供數(shù)據(jù)支撐。



長(zhǎng)光禹辰成立于2017年,是一家由中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所和青島高新區(qū)聯(lián)合成立的高新技術(shù)企業(yè),公司核心團(tuán)隊(duì)來(lái)自長(zhǎng)春光機(jī)所空間光學(xué)部,在光譜遙感、光電探測(cè)領(lǐng)域具有深厚的理論基礎(chǔ)和豐富的工程經(jīng)驗(yàn),掌握完整的光譜儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)、先進(jìn)的嵌入式視覺開發(fā)、復(fù)雜場(chǎng)景定量遙感智能調(diào)光、高精度自動(dòng)輻射校正、光譜數(shù)據(jù)半定量反演及應(yīng)用等核心技術(shù),形成了以MS200、MS400、MS600、AQ600等系列多光譜相機(jī)為代表的無(wú)人機(jī)載光譜遙感硬件產(chǎn)品線、以Yusense Map/Map Plus為依托的光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理及分析軟件和以Yusense Cloud為依托的端云一體化服務(wù)平臺(tái),并在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、生態(tài)、環(huán)保、警用等領(lǐng)域開展了深入的行業(yè)應(yīng)用。公司專注于無(wú)人機(jī)航空遙感與光電探測(cè)領(lǐng)域,持續(xù)推出革新的軟硬件產(chǎn)品,落地更豐富的行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景,致力于用技術(shù)和產(chǎn)品推動(dòng)行業(yè)進(jìn)步。


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