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技術(shù)(Technology)
Ecodrone? 一體式高光譜-紅外熱成像無人機遙感系統(tǒng)

時間:2021-05-24

作者:易科泰

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簡介:

Ecodrone? 一體式高光譜-紅外熱成像無人機遙感系統(tǒng),是由易科泰生態(tài)技術(shù)公司與西安易科泰光譜成像與無人機遙感技術(shù)研究中心推出的一款高分辨率無人機遙感平臺,采用自主設計生產(chǎn)的UAS-8專業(yè)無人機遙感平臺(曾榮獲《質(zhì)量與認證》雜志主辦的“2020 檢驗檢測認證認可行業(yè)年度風云榜”儀器設備十大新銳產(chǎn)品”),搭載國際先進的高光譜成像與Thermo-RGB傳感器,可應用于精準農(nóng)業(yè)、森林資源調(diào)查監(jiān)測管理、大田高通量作物表型分析、草原及濕地調(diào)查監(jiān)測管理、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、生態(tài)修復監(jiān)測評估、自然保護區(qū)管理等領(lǐng)域。

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左:Ecodrone? UAS-8 右:Ecodrone? UAS-8 Pro 

主要技術(shù)特點:

1)基于Ecodrone? UAS-8 Pro無人機平臺搭載的一體式高光譜-紅外熱成像遙感系統(tǒng),高負載、長續(xù)航

2)國際知名Specim AFX高光譜成像傳感器,高分辨率、高信噪比、高速推掃成像(高幀頻)

3)高分辨率Thermo-RGB傳感器,空間分辨率640x512像素,IR高分辨率模式可達1266x1010像素,測溫靈敏度可達0.03°C

4)同步獲取冠層及景觀水平地物植被、土壤等反射光譜及溫度等高分辨率成像,結(jié)合匹配的葉片水平測量監(jiān)測(包括葉綠素熒光、光合作用、葉片水平高光譜等),可多尺度、多維度全面反應土壤植被等信息

5)廣泛用于快速無損高通量作物表型分析、生態(tài)遙感監(jiān)測、植物生物及非生物脅迫監(jiān)測、植物蒸騰及氣孔導度研究、生產(chǎn)力監(jiān)測評估、生物多樣性監(jiān)測等,可實現(xiàn)對植被葉片、冠層及景觀尺度全面觀測研究。

6)可選配LIDAR系統(tǒng),組成功能強大的高光譜-紅外熱成像-激光雷達無人機遙感平臺(EcoDrone-LiHT,LiDAR, Hyperspectral and Thermal remote sensing),大范圍(景觀水平)、高空間分辨率(厘米級)同步觀測生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能,包括結(jié)構(gòu)信息、光譜信息、表面溫度信息等

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

主要技術(shù)功能指標:

1)EcoDrone UAS-8 或UAS-8 Pro專業(yè)無人機遙感平臺,高負載、長續(xù)航

2)Specim AFX10(400-1000nm)或AFX17(900-1700nm)高光譜成像傳感器

3)WIRIS Thermo-RGB紅外熱成像傳感器,可選配YellowScan Mapper+激光雷達組成EcoDrone-LiHT無人機遙感平臺(需選配UAS-8 Pro)

4)建議選配易科泰匹配提供的手持式葉綠素熒光儀、手持葉夾式高光譜儀、便攜式LCpro T光合儀(附參考文獻),以測量穩(wěn)態(tài)葉綠素熒光Ft、植物光譜反射指數(shù)VIs、光合作用及氣孔導度等參數(shù)

5)可選配OTC-Auto自動開啟式光合呼吸監(jiān)測系統(tǒng),測量監(jiān)測CO2通量及H2O通量,并測量分析GEP(Gross Ecosystem Productivity)

6)可基于弗朗霍夫譜線FLD模型提取SIF(太陽光誘導葉綠素熒光,Solar-Induced-Fluorescence)(易科泰提供技術(shù)方法、參考文獻等),無人機遙感Mapping Photosynthesis

7)       可測量分析如下參數(shù)(易科泰提供技術(shù)方法和相關(guān)培訓),全面分析植物結(jié)構(gòu)功能、生理狀態(tài)、脅迫與抗性、生產(chǎn)力狀態(tài)等:

a)基于熱成像技術(shù)的CWSI(水分脅迫指數(shù))、Ts-Ta(冠層溫度與空氣溫度差值)

b)植物水分指數(shù)WI、LWI、NDWI、水分脅迫指數(shù)MSI等,其中LWI、NDWI和MSI需選配900-1700nm波段高光譜

c)Vcmax(最大羧化速率)測量分析(需選配LCpro T便攜式光合儀)

d)除基于FLD模型提取的SIF外,基于植物反射光譜的葉綠素熒光指數(shù)(4個)

e)PRI等光化學反射指數(shù)與胡蘿卜素指數(shù)(7個)

f)反應葉綠素含量、N素含量的NDVI、TCARI(修正的葉綠素吸收反射指數(shù))、CCCI(冠層葉綠素含量指數(shù))、DCNI(N指數(shù))等(8個)

g)植物窄帶結(jié)構(gòu)指數(shù)(structural indices)(13個)、色素指數(shù)(27個)

h)葉黃素(Xanthophyll)色素指數(shù)(8個)

i)綠度等RGB指數(shù)(13個)

j) 植物健康指數(shù)等

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不同時間草地冠層溫度Ts和CWSI,及SIF、PRI、NDVI、LWI(引自Max Gerhards等,Analysis of Airborne Optical and Thermal Imagery for Detection of Water Stress Symptoms. Remote Sensing, 2018) 

n  案例一:海南某水稻田幼苗表型成像分析

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,上圖依次為RGB通道合成、NDVI、熱成像圖,可以看出試驗區(qū)剛插秧的水稻田整體NDVI遠遠低于周邊農(nóng)田,而熱成像圖也反映了水稻田水分含量比較充足,整體溫度偏低 (由易科泰光譜成像與無人機遙感研究中心提供) 

n  案例二:冬小麥氮素和水分脅迫監(jiān)測

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左:基于高光譜數(shù)據(jù)計算的樣地CCCI(冠層葉綠素含量指數(shù))和基于紅外熱成計算的WDI(水分虧缺指數(shù))示意圖

右:紅外熱成像計算得出的WDI可以幫助CCCI提高氮素營養(yǎng)指數(shù)(NNI)的擬合優(yōu)度

(Pancorbo J L ,  Camino C ,  Alonso-Ayuso M , et al. Simultaneous assessment of nitrogen and water status in winter wheat using hyperspectral and thermal sensors[J]. European Journal of Agronomy, 2021, 127(3):126287.

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