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設(shè)備與工具一、水質(zhì)監(jiān)測(cè)的挑戰(zhàn)
無(wú)人機(jī)載在地面上的信息收集繪圖，已經(jīng)越來(lái)越普遍。但是在水質(zhì)方面的研究明顯的滯后，有著額外的挑戰(zhàn)：1）水是一種動(dòng)態(tài)的介質(zhì)，受到潮汐、顆粒物等的影響，地面繪圖所采用的的拼接地理參照技術(shù)，并不適用于水。想要知道測(cè)量的是水體哪一部分，依賴(lài)于UAV平臺(tái)和光譜儀上的GPS系統(tǒng)和IMU（慣性測(cè)量）系統(tǒng)，這無(wú)疑增加了對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的高要求。2）與水的光學(xué)特性有關(guān)。水面像一面鏡子，光譜傳感器捕獲信息時(shí)，會(huì)發(fā)生太陽(yáng)閃爍，會(huì)導(dǎo)致圖像出現(xiàn)閃爍的顏色，這增加了獲取水體信息的難度。除此之外，光散射在大氣中并在水面上反射的光，也會(huì)被傳感器捕獲，這也增加了水體的無(wú)關(guān)信號(hào)。
二、實(shí)驗(yàn)研究
在荷蘭Texel，Jan De Nul團(tuán)對(duì)采用高性能MicaSense RedEdge-MX多光譜儀，搭載在八軸無(wú)人機(jī)平臺(tái)，進(jìn)行了對(duì)水質(zhì)的光譜信息測(cè)量獲取。多光譜儀具有窄波段，以及近紅外和紅邊兩個(gè)額外的光譜波段。窄帶寬，使得更能檢測(cè)到特定的特征，而近紅外和紅邊波段的加入，使得儀器更適合于高低渾濁度地區(qū)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)。與傳統(tǒng)相機(jī)相比，多光譜儀器增加了獲得附加參數(shù)的可能性，如葉綠素a的濃度。
RedEdge-MX在蘇格蘭自然環(huán)境研究委員會(huì)（NERC）的FSF實(shí)驗(yàn)室，做了校準(zhǔn)對(duì)比，確認(rèn)其在光學(xué)范圍內(nèi)的靈敏度符合要求。在UAV飛行過(guò)程中，采取相機(jī)稍微傾斜，背對(duì)太陽(yáng)，避免了太陽(yáng)直射光的水面反射進(jìn)入視場(chǎng)，盡可能避免了太陽(yáng)閃爍的影響；GPS和DLS附件的增加，獲取經(jīng)緯度、飛行高度以及光變化的信息。在采用無(wú)人機(jī)多光譜每5秒鐘獲得濁度數(shù)據(jù)的同時(shí)，該研究團(tuán)隊(duì)也采用人工測(cè)量方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便后期數(shù)據(jù)對(duì)比。
左下圖為光譜儀測(cè)量到的未校正的真彩色圖像，存在暈光，和太陽(yáng)閃爍，需要進(jìn)行后期校正。右下圖為數(shù)據(jù)處理的示意圖，主要包括輻射校正、地理參照和濁度算法。
測(cè)量結(jié)果如下圖，是在UTC時(shí)間9:18:43采集的無(wú)人機(jī)圖像。左側(cè)為真彩色圖，右側(cè)為導(dǎo)出的濁度積，中間的紫色斑點(diǎn)為UAV位置。
下圖為一次飛行中捕獲的不同圖像拼接，這些初步結(jié)果表明，可以從無(wú)人機(jī)載多光譜儀中獲得真實(shí)值。
本快訊來(lái)自于Terra Et Aqua #157,winter 2019,《Mapping Water Quality with Drone: Test Case in Texel》由北京瑞頂環(huán)境獨(dú)家提供，如需全文或其他資料，請(qǐng)聯(lián)系我們。
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