河道生态监测

发布时间:2020-06-10 分享至

一、行业背景

中国流域面积在50平方公里以上河流共45203条,水面面积1平方公里及以上天然湖泊2865个,随着经济社会的快速发展,水环境恶化,河湖功能严重退化。对河道生态环境的全面监测将有效遏制河道生态环境恶化,保护生态红线不后退不变色,“绿水青山就是金山银山”,用现代化科技化的监测手段“守好一江碧水”。

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二、行业痛点

1. 人工勘察:耗费大量人力、物力,无法直观展示全流域、多尺度的岸线生态与水污染情况;

2. 可见光遥感:可见光数据量大,提供信息有限,无法高精度实现河道各项指标监测;

3. 卫星遥感:卫星遥感时空分辨率低,无法做到数据实时获取,影响监测周期;

4. 高光谱遥感:高光谱遥感数据冗余量大,无法实现大范围、大面积的长期监测。


三、技术手段

多光谱遥感可以获取地物丰富的光谱信息,在生态环境监测方面具有独特优势。水体组成成分不同时,对各个波段的敏感程度不同,正常水体仅在蓝、绿波段呈现高反射特性,因水体的强吸收特性,使其在近红外影像上基本呈现黑色。水体中不同成分的含量差异会使水体呈现不同的波谱特征,具体如下图所示。多光谱遥感旨在根据水体的不同组成成分,基于不同的波谱曲线与特征进行建模,分析水污染情况。


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【不同成分水体波谱曲线】

随着多光谱仪器小型化和应用算法的研究不断深入,无人机多光谱遥感迅速发展,该遥感手段一般用5-6个通道解决了可见光信息量少、高光谱数据冗余问题;同时相比卫星遥感可提供更精准、更灵活的数据获取,可实现全流域、多尺度岸线生态、水污染分布展示。

为满足“河长制”管理指标要求,无人机多光谱遥感河道生态监测主要包含六个方面:水资源保护、河湖水域岸线管理保护、水污染防治、水环境治理、生态修复、执法监管,为相关部门的监测工作提供了创新性技术支持。



四、项目介绍

此项目对青岛市某河道进行生态环境无人机巡检,巡检距离约12km。

本项目作业采用大疆M210 四旋翼无人机,搭载长光禹辰MS600 Pro多光谱相机和大疆XT2可见/热红外双光相机。


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【硬件系统照片(M210 + MS600 Pro + XT2)】


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五、作业流程

本项目基于航空多光谱遥感技术对河道生态环境进行监测主要包括河道数据获取、数据处理与分析以及数据成果展示三部分,具体流程如下图所示。

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【河道生态监测流程图】


六、作业环境及飞行参数

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下图为数据获取现场图,左图为拍摄标准反射率板,其目的是对影像进行辐射定标,从拍摄的DN值得到影像真实反射率,右图为河道图。

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【数据获取现场图】


七、架次及数据量

总飞行7架次(单架次4条航线),总飞行时间140min,总作业时间(含电池更换和行程)260min,其中行程时间较多,总数据量13.85G,具体航迹规划如下图所示。

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【航迹规划】



八、数据处理

多光谱数据预处理使用长光禹辰自主研发的Yusense Map软件,基于影像POS信息和特征相结合的无人机遥感影像快速拼接算法,实现多通道光谱影像的亚像素级配准、多景影像的实时拼接及辐射定标,生成具有地表真实反射率的正射影像,拼接过程如下图所示。

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【 Yusense Map多光谱数据预处理】

多光谱拼接成果分析使用长光禹辰自主研发的Yusense Map+行业应用软件(如下图所示),Yusense Map+面向行业用户,可通过简单的操作快速实现专题制图及报告生成,真正简化用户操作过程,降低使用门槛。

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【Yusense Map+数据分析】


九、处理结果

【1】温度异常点监测

M210搭载XT2双光相机,使用Yusense Fly地面站软件可实时返回热红外视频,在飞行过程中基于热红外视频可观察温度分布趋势监测河道水面温度异常点(一般为正在排污的排污口附近),下图右下角为实时温度空间分布,红色温度高,蓝色温度低。

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【2】河道生态环境监测

基于无人机载多光谱遥感数据实现河道水陆边界线、水污染分级、重点监测点、疑似污染源、岸线绿化及水面垃圾提取,并对提取结果进行空间统计分析、多时相变化。

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【3】成果展示

Yusense River是长光禹辰自主研发的河道GIS展示插件,可直观展示全流域、多尺度岸线生态、水污染情况,实现河湖无人机多光谱遥感成果的分析、展示与管理。

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十、长光禹辰多光谱遥感优势

【1】自主研发MS600系列多光谱相机,为科研和行业应用而生;

【2】兼容包含深圳大疆、成都纵横在内的各型多旋翼、固定翼无人机;

【3】“装备+数据+服务”,提供覆盖多光谱遥感的全流程解决方案;

【4】软硬件一体化、端云一体化,为第三方业务平台提供数据支撑。