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Ecodrone?一体式高光谱-激光雷达无人机遥感系统

时间：2021-12-13

作者：球速体育

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简介：

球速体育光谱成像与无人机遥感技术研究中心最新推出Ecodrone^?一体式高光谱-激光雷达无人机遥感系统。该系统包括VNIR/NIR波段高光谱成像仪和激光雷达扫描仪，一次航行可同时获取目标图谱信息及三维点云数据，应用于大规模、多维度的精准农业研究、大田高通量表型剖析、森林植被资源视察、生态情况研究、地质矿产勘查、考古研究、电力巡线、航空测绘等领域。

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基于Ecodrone^?无人机平台搭载的一体式高光谱-激光雷达传感器，在获取叶片或冠层水平光谱反射的高区分率成像的同时，激光雷达传感器通过主动发射高频脉冲能够直接穿透植被冠层、获取高精度的植被三维结构信息和生境结构信息，对冠层及结构层面进行快速无损高通量原位监测、森林物种多样性研究、植物生物及非生物胁迫剖析、情况及生态系统动态变革研究等具有重要意义。

性能特点：

1) 8旋翼专业无人机遥感平台，搭载AFX高光谱成像、机载PC及激光雷达可航行作业20分钟以上，有效笼罩面积超10公顷

2) 接纳芬兰Specim AFX系列高光谱成像传感器和法国YellowScan激光雷达系统

3) 厘米级地面区分率，50m高度高光谱成像地面区分率达3.5cm，30m高度（用于田间高通量作物表型剖析）地面区分率可达2cm

4) 50m高单样线航行作业可自动收罗形成宽度36m的样带高光谱成像大数据

5) 高密度三维点云，精确度2.5cm，最高可达3次回波，50m航行高度点云密度700pts/平方米；可选配高精确度LiDAR系统，精确度可达0.5cm、回波达15次

6) 建议选配球速体育匹配提供的手持式叶绿素荧光仪、手持叶夹式高光谱仪、便携式LCpro T光合仪（附参考文献），以丈量稳态叶绿素荧光Ft、植物光谱反射指数VIs、光相助用及气孔导度等参数

7) 可选配OTC-Auto自动开启式光合呼吸监测系统，丈量监测CO2通量及H2O通量，并丈量剖析GEP（Gross Ecosystem Productivity）

8) 可基于弗朗霍夫谱线FLD模型提取SIF（太阳光诱导叶绿素荧光，Solar-Induced-Fluorescence）（球速体育提供技术要领和剖析软件、参考文献），无人机遥感Mapping Photosynthesis

9) 可选配高区分率、高灵敏度Thermo-RGB传感器，组乐成能强大的高光谱-红外热成像-激光雷达无人机遥感平台（EcoDrone-LiHT，LiDAR, Hyperspectral and Thermal remote sensing），大规模（景观水平）、高空间区分率（厘米级）同步视察生态系统结构功效，包括结构信息、光谱信息、外貌温度信息等

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上图引自Bruce D. Cook等，NASA Goddard’s LiDAR, Hyperspectral and Thermal (G-LiHT) Airborne Imager, Remote Sensing, 2013

7) 专业无人机遥感技术计划，同步获取高光谱与激光雷达数据，应用软件可直接得出近百种植物光谱反射指数、高密度三维点云、三维丈量数据、分类点云、DTM等

主要技术指标：

	AFX高光谱成像		Mapper+激光雷达
波段规模/波长	400-1000nm	900-1700nm	905nm
光谱通道数	224	224	-
空间像素数	1024像素	640像素	-
地面区分率	3.5cm@50m AGL	5.5cm@50m AGL	-
探测器	CMOS	InGaAs	-
FWHM	5.5nm	8.0nm	-
光谱采样率	2.68nm	3.5nm	-
帧频	330FPS	670FPS	-
信噪比（峰值）	400:1	1200:1	-
光圈值	F/1.7		-
视场角	38°		70.4°
激光扫描仪	-		Livox AVIA
精确度	-		2.5cm
准确度	-		3cm
扫描频率	-		240k
回波次数	-		Up to 3
点云密度@50m AGL 5m/s	-		700pts/平方米

n 应用案例一：旱地植被分类视察

半干旱生态系统（即旱地）中的植被在调理全球碳平衡方面发挥着重要作用。然而，庞大情况下差别生物群落相互交错，对旱地区域绘制、量化植被物种和结结构成很大的困难。要完全解决旱地植物的分类问题，需要综合考虑冠层生物化学、结构和情况变量。高光谱遥感已被用于对全球差别生物群落内的植被物种分类，但大面积旱地植被的光学分类仍面对着光谱混淆像元及光谱异质性的挑战。激光雷达指标（如冠层高度）表征三维冠层结构的能力为光学分类提供了增补信息，别的，激光雷达数据可导出高区分率数据高程模型DEM，为植被分类提供坡度、坡向和高程等地形信息，可提高植被分类笼罩的精度。

美国的研究学者将植被光学（高光谱）和结构（激光雷达）信息结合，对位于美国爱达荷州奥怀希山脉的雷诺兹溪实验流域的干旱地区（xeric）及半干旱地区（mesic）进行了植被分类研究。这项研究整合了高光谱光谱分类技术与激光雷达衍生数据，利用植被光谱信息、冠层高度及地形信息，提高了半干旱生态系统的分类精度，乐成绘制包括土壤、草和灌木的干旱区域品貌图及包括白杨、花旗松、杜松和其他河岸植被的分类地图。经验证，将激光雷达信息纳入高光谱分类计划后，整体分类准确率从 60% 提高到 89%。

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基于高光谱分类和激光雷达衍生产品的最终植被笼罩图；（左）mesic分类和（右）xeric分类

n 应用案例二：小面积水体识别与提取

水除了是必不可少的自然资源外，也是生物多样性的重要情况基础。露天采矿是对情况有强烈影响的人类运动之一，对淡水生物群爆发很大负面影响，但采矿运动爆发的弃土弃渣堆经技术开垦或自然演替形成了许多充满水的洼地，这些小面积水体对无尾目和蜻蜓等水生物种尤其有价值。为了更好地治理水资源，�；ふ庑┦芡驳纳低澈捅苊馍锒嘌陨ナ�，需要对开放的地表水体进行精确提取和重复监测。

遥感已被广泛用于识别水体，然而光学图像难以将水体特征与具有低反射率的其他物体（例如树影）区离开来。为了解决这些问题，捷克生命科学大学的研究学者对高光谱与LiDAR数据融合要领用于小面积水体精准识别的能力进行了评估。

研究区域位于捷克波西米亚北部的褐煤盆地，主要由四个弃土弃渣堆组成，其中包括了形状、高度、巨细各异的水体区块。在这项研究中，使用基于工具的分类要领在集成的高光谱数据和激光雷达数据中以很是高的准确度（漏分误差2%，错分误差0.4%）提取了弃土弃渣堆上的开放地表水体，与单独使用高光谱或LiDAR数据相比，准确度最高。

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左图：（A）真彩色航拍照片，(B) 假彩色合成和（C）LiDAR变量组合；右图：仅基于高光谱数据（深蓝色）与综合LiDAR变量（浅蓝色）的分类差别

研究结果标明，高光谱和 LiDAR 数据的整合可以乐成消除了阴影等影响，大大提高小面积水体的识别能力，这关于栖息地的水体动态监测及生态恢复与�；ぶ凉刂匾�。

球速体育生态技术公司致力于生态-农业-健康研究生长与立异应用，为精准农业研究、森林植被资源视察、生态情况监测、地质矿产勘查、情况研究、航空测绘等应用领域提供无人机及近地遥感全面技术计划。

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参考文献：

[1] Hamid Dashti,Andrew Poley,Nancy F. Glenn,Nayani Ilangakoon,Lucas Spaete,Dar Roberts,Josh Enterkine,Alejandro N. Flores,Susan L. Ustin,Jessica J. Mitchell. Regional Scale Dryland Vegetation Classification with an Integrated Lidar-Hyperspectral Approach[J]. Remote Sensing,2019,11(18):

[2] Science - Applied Geoscience; Findings on Applied Geoscience Discussed by Investigators at Czech University of Life Sciences Prague (Integration of Hyperspectral and Lidar Data for Mapping Small Water Bodies)[J]. Science Letter,2020

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