“綠水青山就是金山銀山”河道生態(tài)環(huán)境巡檢

一、行業(yè)背景

中國(guó)流域面積在50平方公里以上河流共45203條，水面面積1平方公里及以上天然湖泊2865個(gè)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，水環(huán)境惡化，河湖功能嚴(yán)重退化。對(duì)河道生態(tài)環(huán)境的全面監(jiān)測(cè)將有效遏制河道生態(tài)環(huán)境惡化，保護(hù)生態(tài)紅線不后退不變色，“綠水青山就是金山銀山”，用現(xiàn)代化科技化的監(jiān)測(cè)手段“守好一江碧水”。

二、行業(yè)痛點(diǎn)

1. 人工勘察：耗費(fèi)大量人力、物力，無(wú)法直觀展示全流域、多尺度的岸線生態(tài)與水污染情況；

2. 可見光遙感：可見光數(shù)據(jù)量大，提供信息有限，無(wú)法高精度實(shí)現(xiàn)河道各項(xiàng)指標(biāo)監(jiān)測(cè)；

3. 衛(wèi)星遙感：衛(wèi)星遙感時(shí)空分辨率低，無(wú)法做到數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取，影響監(jiān)測(cè)周期；

4. 高光譜遙感：高光譜遙感數(shù)據(jù)冗余量大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大范圍、大面積的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。

三、技術(shù)手段

多光譜遙感可以獲取地物豐富的光譜信息，在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。水體組成成分不同時(shí)，對(duì)各個(gè)波段的敏感程度不同，正常水體僅在藍(lán)、綠波段呈現(xiàn)高反射特性，因水體的強(qiáng)吸收特性，使其在近紅外影像上基本呈現(xiàn)黑色。水體中不同成分的含量差異會(huì)使水體呈現(xiàn)不同的波譜特征，具體如下圖所示。多光譜遙感旨在根據(jù)水體的不同組成成分，基于不同的波譜曲線與特征進(jìn)行建模，分析水污染情況。

隨著多光譜儀器小型化和應(yīng)用算法的研究不斷深入，無(wú)人機(jī)多光譜遙感迅速發(fā)展，該遙感手段一般用5-6個(gè)通道解決了可見光信息量少、高光譜數(shù)據(jù)冗余問題；同時(shí)相比衛(wèi)星遙感可提供更精準(zhǔn)、更靈活的數(shù)據(jù)獲取，可實(shí)現(xiàn)全流域、多尺度岸線生態(tài)、水污染分布展示。

為滿足“河長(zhǎng)制”管理指標(biāo)要求，無(wú)人機(jī)多光譜遙感河道生態(tài)監(jiān)測(cè)主要包含六個(gè)方面：水資源保護(hù)、河湖水域岸線管理保護(hù)、水污染防治、水環(huán)境治理、生態(tài)修復(fù)、執(zhí)法監(jiān)管，為相關(guān)部門的監(jiān)測(cè)工作提供了創(chuàng)新性技術(shù)支持。

四、項(xiàng)目介紹

此項(xiàng)目對(duì)青島市某河道進(jìn)行生態(tài)環(huán)境無(wú)人機(jī)巡檢，巡檢距離約12km。

本項(xiàng)目作業(yè)采用大疆M210 四旋翼無(wú)人機(jī)，搭載未來智能MS600 Pro多光譜相機(jī)和大疆XT2可見/熱紅外雙光相機(jī)。

五、作業(yè)流程

本項(xiàng)目基于航空多光譜遙感技術(shù)對(duì)河道生態(tài)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)主要包括河道數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理與分析以及數(shù)據(jù)成果展示三部分，具體流程如下圖所示。

六、作業(yè)環(huán)境及飛行參數(shù)

下圖為數(shù)據(jù)獲取現(xiàn)場(chǎng)圖，左圖為拍攝標(biāo)準(zhǔn)反射率板，其目的是對(duì)影像進(jìn)行輻射定標(biāo)，從拍攝的DN值得到影像真實(shí)反射率，右圖為河道圖。

七、架次及數(shù)據(jù)量

總飛行7架次（單架次4條航線），總飛行時(shí)間140min，總作業(yè)時(shí)間（含電池更換和行程）260min，其中行程時(shí)間較多，總數(shù)據(jù)量13.85G，具體航跡規(guī)劃如下圖所示。

八、數(shù)據(jù)處理

多光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理使用未來智能自主研發(fā)的未來智能 Map軟件，基于影像POS信息和特征相結(jié)合的無(wú)人機(jī)遙感影像快速拼接算法，實(shí)現(xiàn)多通道光譜影像的亞像素級(jí)配準(zhǔn)、多景影像的實(shí)時(shí)拼接及輻射定標(biāo)，生成具有地表真實(shí)反射率的正射影像，拼接過程如下圖所示。

多光譜拼接成果分析使用未來智能自主研發(fā)的行業(yè)應(yīng)用軟件（如下圖所示），面向行業(yè)用戶，可通過簡(jiǎn)單的操作快速實(shí)現(xiàn)專題制圖及報(bào)告生成，真正簡(jiǎn)化用戶操作過程，降低使用門檻。

九、處理結(jié)果

【1】溫度異常點(diǎn)監(jiān)測(cè)

M210搭載XT2雙光相機(jī)，使用Yusense Fly地面站軟件可實(shí)時(shí)返回?zé)峒t外視頻，在飛行過程中基于熱紅外視頻可觀察溫度分布趨勢(shì)監(jiān)測(cè)河道水面溫度異常點(diǎn)（一般為正在排污的排污口附近），下圖右下角為實(shí)時(shí)溫度空間分布，紅色溫度高，藍(lán)色溫度低。