縱橫CW-100大載重?zé)o人機(jī)搭載雙利高光譜飛行演示案例
發(fā)布者：
發(fā)布時(shí)間：2024-11-11
背景介紹
2024年9月雙利合譜高光譜相機(jī)搭載在縱橫CW-100大載重混合動(dòng)力垂直起降固定翼無(wú)人機(jī)共同完成高光譜遙感成像飛行測(cè)試，任務(wù)取得圓滿成功。借助縱橫此大載重的飛行平臺(tái)，江蘇雙利合譜科技有限公司的機(jī)載高光譜成像系統(tǒng)首次實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)航時(shí)、大面積、高海拔、高溫差環(huán)境下（400~1700 nm可見(jiàn)-近紅外）固定翼推掃飛行測(cè)試，相機(jī)核心指標(biāo)得到充分印證。同時(shí)，對(duì)采集的航帶高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接、校正（大氣、反射率等）和分類(lèi)識(shí)別等處理也同步達(dá)到預(yù)期目的。
此次飛行測(cè)試，合作雙方充分利用了各自優(yōu)勢(shì)（包括搭載平臺(tái)的選擇、采集通訊控制的串聯(lián)以及數(shù)據(jù)處理等），為更好地服務(wù)于農(nóng)業(yè)遙感、環(huán)境監(jiān)測(cè)、地質(zhì)勘探、地震救災(zāi)等應(yīng)用領(lǐng)域提供了基于高光譜成像的技術(shù)支撐。
本次實(shí)驗(yàn)無(wú)人機(jī)及高光譜相機(jī)詳細(xì)參數(shù)
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型號(hào) |
GaiaSky-mini-VPos |
GaiaSky-mini-NPos |
| 機(jī)載高光譜相機(jī)參數(shù) |
光譜范圍 |
400-1000（nm） |
900-1700（nm） |
| 光譜分辨率 |
3.5 nm（mean） |
8 nm（mean） |
| 空間通道數(shù) |
1200 |
640 |
| 光譜通道數(shù) |
128（1X），224（2X） |
224（1X），112（2X） |
| 光譜采樣間隔 |
4.7nm@128 |
2.7nm@224 |
3.5nm@224 |
7nm@112 |
| 成像鏡頭 |
23 mm |
17.5 mm |
| 圖像位深 |
16bit |
12 bit |
| 輸出接口 |
USB 3.0 |
USB 3.0 |
| 工作電壓 |
12 v |
12 v |
| 功率 |
45 w |
60 w |
| 機(jī)載高光譜成像系統(tǒng)參數(shù) |
拍攝方式 |
固定翼模式推掃 |
| 搭載平臺(tái) |
縱橫CW-100 |
| 飛行高度 |
500 m |
| 橫向視場(chǎng)角 |
19°@23 mm |
39°@17.5 mm |
| 橫向視場(chǎng)寬度 |
169 m |
356 m |
| 空間分辨率 |
0.14 m |
0.55 m |
| 存儲(chǔ) |
2 T |
2 T |
| 重量 |
1.6 kg |
1.8 kg |
| GNSS系統(tǒng) |
姿態(tài)精度 |
0.008°(1σ) |
| 航向精度 |
0.038°(1σ) |
| IMU數(shù)據(jù)頻率 |
200 HZ |
| 無(wú)人機(jī)參數(shù) |
機(jī)身長(zhǎng)度 |
3.03 m |
| 經(jīng)濟(jì)巡航速度 |
110-130 km/h |
| 起飛海拔 |
≥3500 m |
| 續(xù)航時(shí)間 |
≤480 min |
| 任務(wù)載荷 |
≤20 kg |
| 任務(wù)艙尺寸 |
840×420×380 mm |
400nm-1700nm高光譜相機(jī)介紹
圖：400-1000 nm高光譜相機(jī)
新一代無(wú)人機(jī)載高光譜成像系統(tǒng)，在高光通量、高傳遞效率的前置光路下能夠使具備高采集幀頻的SCMOS探測(cè)器輸出高信噪比、高空間、高光譜分辨率、高精準(zhǔn)度的高光譜數(shù)據(jù)。滿足固定翼類(lèi)飛行模式實(shí)現(xiàn)外置推掃拍攝需求，多種應(yīng)用模式可實(shí)現(xiàn)有限區(qū)域和大面積區(qū)域的遙感成像。
高精準(zhǔn)度的慣導(dǎo)、POS、高清相機(jī)則又能為數(shù)據(jù)的拼接、校準(zhǔn)、修正提供支持。特有的輔助攝像頭構(gòu)造能夠使地面上被測(cè)區(qū)域的狀況，通過(guò)無(wú)線圖傳實(shí)時(shí)的回傳到地面。而數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)校準(zhǔn)和反演結(jié)果的實(shí)時(shí)快速輸出并反饋至地面，對(duì)于快速確定目標(biāo)信息；精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)評(píng)估；水、溢油、土地沙漠化等環(huán)境監(jiān)測(cè)；軍事偽裝識(shí)別；生態(tài)多樣性評(píng)估等方面應(yīng)用需求提供完整的解決方案。
產(chǎn)品主要特點(diǎn)：
- 光路設(shè)計(jì)：從光譜儀設(shè)計(jì)到系統(tǒng)集成、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用等形成一條完整的產(chǎn)品鏈。
- 增穩(wěn)云臺(tái)：自主設(shè)計(jì)的增穩(wěn)云臺(tái)使得GaiaSky系列無(wú)人機(jī)載高光譜成像系統(tǒng)適用于多種類(lèi)型固定翼類(lèi)無(wú)人機(jī)。
- 采集軟件功能：空間分辨率高、光譜通道多、光譜分辨率高，適合大面積目標(biāo)圖像采集；快速實(shí)時(shí)校準(zhǔn)為用戶在線輸出反演、分類(lèi)識(shí)別等結(jié)果，為行業(yè)應(yīng)用快速做成決策判斷。
- 強(qiáng)大的校準(zhǔn)功能：光譜校準(zhǔn)、輻射度校準(zhǔn)、均勻性校準(zhǔn)、鏡頭校準(zhǔn)、反射率校準(zhǔn)等；
- 幾何精校正軟件：自主研發(fā)的高精度幾何精校正軟件內(nèi)置多種先進(jìn)的幾何及數(shù)據(jù)修正算法可完成任意面積的圖像拼接，獲取空間、光譜高度精準(zhǔn)的測(cè)試數(shù)據(jù)。
- 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：特有的監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)提供現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狀況，形成“所見(jiàn)及所得”。
- 應(yīng)用方向：植被病蟲(chóng)害的監(jiān)測(cè)、火焰火點(diǎn)的監(jiān) 測(cè)、目標(biāo)的偽裝識(shí)別、地質(zhì)礦石探勘、水體污染（油料泄露）監(jiān)測(cè)。
圖：900-1700 nm高光譜相機(jī)
新高靈敏度 InGaAs 探測(cè)器，在積分時(shí)間非常小的情況下能夠獲取非常好的信號(hào)。在高速采集數(shù)據(jù)的同時(shí)能夠保證數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)測(cè)量，探測(cè)器幀速可通過(guò)相機(jī)的 Binning 設(shè)置來(lái)提高。獨(dú)特的光路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、高效的通訊方式、友好的采集控制界面。軟件、硬件觸發(fā)等功能方便系統(tǒng)的控制和用戶的二次開(kāi)發(fā)。
外場(chǎng)實(shí)物展示
原始數(shù)據(jù)展示
本次測(cè)試高光譜飛行簡(jiǎn)略參數(shù)
| 參數(shù) |
可見(jiàn)/近紅外 |
近紅外 |
| 波長(zhǎng)范圍 |
400-1000 nm |
900-1700 nm |
| 光譜分辨率 |
3.5 nm |
8 nm |
| 波段數(shù) |
128 |
224 |
| 鏡頭焦距 |
23 mm |
17.5 mm |
| 探測(cè)器像元大小 |
9.97 µm |
15 µm |
| 飛行高度 |
500 m |
| 飛行面積 |
6 km² |
| 空間分辨率 |
0.14 m |
0.55 m |
數(shù)據(jù)分析
無(wú)人機(jī)高光譜系統(tǒng)獲取影像過(guò)程中農(nóng)戶可以選擇不同的植被指數(shù)來(lái)反映作物成長(zhǎng)情況和疾病。植被指數(shù)如歸一化植被指數(shù)(GNDVI)、可見(jiàn)光大氣阻抗指數(shù)(VARI)比值植被指數(shù)(RVI)、土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)(OSAVI)。也可以選擇直接反映作物指標(biāo),如葉片氮磷鉀含量、葉綠素含量、葉面積指數(shù)、P含量、K含量。用戶也可以根據(jù)需要自定義植被指數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)演示。
可見(jiàn)光：
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NDVI植被指數(shù)
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比值植被指數(shù)
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紅邊歸一化植被指數(shù)
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地物分類(lèi)
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紅外：
物種分類(lèi)
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