全套解决方案｜无人机高光谱技术在各行各业的应用

1. 简介

成像技术和光谱技术是传统的光学技术的两个重要方向，成像技术能够获得物体的影像，得到其空间信息；光谱技术能够得到物体的光学信息，进而研究其物质属性。20世纪70年代以前，成像技术和光谱技术是相互独立的学科，随着遥感技术的发展，成像光谱技术迅速发展起来，它是一种快速、无损的检测技术，具有光谱分辨率高、多波段和图谱合一的特点，能在大尺度范围内识别地表并深入研究其地表物质的成分及结构。目前成像光谱技术已经成为遥感技术的发展趋势之一，并在军事侦察、海洋遥感、地质勘探、植被分析等领域得到越来越广泛的应用。

随着无人机技术的日益成熟，基于无人机平台的新型遥感技术异军突起，得到遥感工作人员的青睐，科研工作者更对其在行业上的应用前景予以众望。目前无人机搭载成像光谱仪在农业上可用于诊断作物长势、病虫害情况以及土壤肥力等；在环境保护方面可用于检测海洋、湖泊的化工原料污染、富营养化等；在林业领域可用于检测林火、林业病害、林木存活率、林木种类区分等；在矿产资源领域上可用于石油、矿物矿产等领域的勘测；在考古领域可用于古村落的修复、文物遗址的勘查等；在通信部门可用于电缆绝缘子的勘察等。

2. 硬件设备

搭载于大疆M600pro的GaiaSky-mini是江苏双利合谱科技有限公司的工程师们精心打造的一款用于无人机载的高光谱成像相机（包括云台），其重量仅为1.5kg，其波段数为256，光谱分辨率为3.5nm，当飞行高度为300m时，高光谱图像的空间分辨率约为12cm，获取地面200亩的影像数据只需要15分钟，即一个架次 。无人机高光谱行业应用解决方案的软硬件设备包括：M600 pro，高光谱相机，RoninMX，光谱校正板，地面站，控制分析软件。

图1 无人机高光谱系统起飞监测河流水污染示意图

图2 无人机高光谱系统起飞监测林业病害示意图

3. 软件设备

江苏双利合谱科技有限公司自主研发的无人机高光谱数据采集系统SpecView可实现实时获取高光谱成像信息，以第三方软件如ENVI、ERDAS、Matlab容易解析的数据格式.raw存储数据文件，对应每条数据软件自动生成头文件，同时记录飞机飞行过程中的姿态信息、经纬度、高度、高光谱相机报告时间和增益等，并可通过多波段合并的方式降低数据量，提高数据质量。通过简单的黑白帧可快速获取地物的光谱反射率。系统界面友好，操作简单，处理过程中无需人工干预。

图3 无人机高光谱数据采集软件

针对大范围获取无人机高光谱数据的客户，双利合谱和中科院遥感所共同研发了一款无人机高光谱数据拼接软件，该软件界面简洁，操作人性化且功能强大。主要功能有影像数据的导入导出，影像数据的筛选、拼接参数的设置，拼接结果预览、拼接高光谱数据等。

图4 无人机高光谱拼接软件

4. 行业应用

以精准农业为例，获取大田作物的无人机高光谱影像数据，然后对影像数据进行黑白帧校正得到反射率，利用无人机高光谱拼接软件对反射率数据进行拼接，*后利用相关模型得到大田作物的长势情况和施肥、灌溉的解决方案等，如下图所示。

图5 作物长势NDVI图，值越高长势越好

图6 作物氮积累量，值越小，需要施肥越多

图7 作物含量量分布图，值越小，需要灌溉的水越多