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Ecodrone? 一體式高光譜-紅外熱成像無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)

時(shí)間:2021-05-24

作者:易科泰

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Ecodrone? 一體式高光譜-紅外熱成像無(wú)人機(jī)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(wú)人機(jī)遙感技術(shù)研究中心推出的一款高分辨率無(wú)人機(jī)遙感平臺(tái),,采用自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)的UAS-8專業(yè)無(wú)人機(jī)遙感平臺(tái)(曾榮獲《質(zhì)量與認(rèn)證》雜志主辦的“2020 檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證認(rèn)可行業(yè)年度風(fēng)云榜”儀器設(shè)備十大新銳產(chǎn)品”),,搭載國(guó)際先進(jìn)的高光譜成像與Thermo-RGB傳感器,,可應(yīng)用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè),、森林資源調(diào)查監(jiān)測(cè)管理,、大田高通量作物表型分析,、草原及濕地調(diào)查監(jiān)測(cè)管理,、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè),、生態(tài)修復(fù)監(jiān)測(cè)評(píng)估、自然保護(hù)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(diǎn):

1)基于Ecodrone? UAS-8 Pro無(wú)人機(jī)平臺(tái)搭載的一體式高光譜-紅外熱成像遙感系統(tǒng),,高負(fù)載、長(zhǎng)續(xù)航

2)國(guó)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(dá)1266x1010像素,測(cè)溫靈敏度可達(dá)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(cè)量監(jiān)測(cè)(包括葉綠素?zé)晒狻⒐夂献饔?、葉片水平高光譜等),,可多尺度、多維度全面反應(yīng)土壤植被等信息

5)廣泛用于快速無(wú)損高通量作物表型分析,、生態(tài)遙感監(jiān)測(cè),、植物生物及非生物脅迫監(jiān)測(cè),、植物蒸騰及氣孔導(dǎo)度研究、生產(chǎn)力監(jiān)測(cè)評(píng)估,、生物多樣性監(jiān)測(cè)等,,可實(shí)現(xiàn)對(duì)植被葉片、冠層及景觀尺度全面觀測(cè)研究,。

6)可選配LIDAR系統(tǒng),,組成功能強(qiáng)大的高光譜-紅外熱成像-激光雷達(dá)無(wú)人機(jī)遙感平臺(tái)(EcoDrone-LiHT,LiDAR, Hyperspectral and Thermal remote sensing),,大范圍(景觀水平),、高空間分辨率(厘米級(jí))同步觀測(cè)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(biāo):

1)EcoDrone UAS-8 或UAS-8 Pro專業(yè)無(wú)人機(jī)遙感平臺(tái),,高負(fù)載,、長(zhǎng)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(dá)組成EcoDrone-LiHT無(wú)人機(jī)遙感平臺(tái)(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?zé)晒鈨x,、手持葉夾式高光譜儀,、便攜式LCpro T光合儀(附參考文獻(xiàn)),以測(cè)量穩(wěn)態(tài)葉綠素?zé)晒釬t,、植物光譜反射指數(shù)VIs,、光合作用及氣孔導(dǎo)度等參數(shù)

5)可選配OTC-Auto自動(dòng)開(kāi)啟式光合呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng),測(cè)量監(jiān)測(cè)CO2通量及H2O通量,,并測(cè)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(yáng)光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒?,Solar-Induced-Fluorescence)(易科泰提供技術(shù)方法、參考文獻(xiàn)等),,無(wú)人機(jī)遙感Mapping Photosynthesis

7)       可測(cè)量分析如下參數(shù)(易科泰提供技術(shù)方法和相關(guān)培訓(xùn)),,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(cè)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?zé)晒庵笖?shù)(4個(gè))

e)PRI等光化學(xué)反射指數(shù)與胡蘿卜素指數(shù)(7個(gè))

f)反應(yīng)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(gè))

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

h)葉黃素(Xanthophyll)色素指數(shù)(8個(gè))

i)綠度等RGB指數(shù)(13個(gè))

j) 植物健康指數(shù)等

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不同時(shí)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(yàn)區(qū)剛插秧的水稻田整體NDVI遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(wú)人機(jī)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(cè)

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

右:紅外熱成像計(jì)算得出的WDI可以幫助CCCI提高氮素營(yíng)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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