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縱橫CW-100大載重無人機搭載雙利高光譜飛行演示案例

發(fā)布者： 發(fā)布時間：2024-11-11

背景介紹

2024年9月雙利合譜高光譜相機搭載在縱橫CW-100大載重混合動力垂直起降固定翼無人機共同完成高光譜遙感成像飛行測試，任務取得圓滿成功。借助縱橫此大載重的飛行平臺，江蘇雙利合譜科技有限公司的機載高光譜成像系統首次實現長航時、大面積、高海拔、高溫差環(huán)境下（400~1700 nm可見-近紅外）固定翼推掃飛行測試，相機核心指標得到充分印證。同時，對采集的航帶高光譜數據進行拼接、校正（大氣、反射率等）和分類識別等處理也同步達到預期目的。
此次飛行測試，合作雙方充分利用了各自優(yōu)勢（包括搭載平臺的選擇、采集通訊控制的串聯以及數據處理等），為更好地服務于農業(yè)遙感、環(huán)境監(jiān)測、地質勘探、地震救災等應用領域提供了基于高光譜成像的技術支撐。

本次實驗無人機及高光譜相機詳細參數

  型號 GaiaSky-mini-VPos GaiaSky-mini-NPos
機載高光譜相機參數 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 1200 640
光譜通道數 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
機載高光譜成像系統參數 拍攝方式 固定翼模式推掃
搭載平臺 縱橫CW-100
飛行高度 500 m
橫向視場角 19°@23 mm 39°@17.5 mm
橫向視場寬度 169 m 356 m
空間分辨率 0.14 m 0.55 m
存儲 2 T 2 T
重量 1.6 kg 1.8 kg
GNSS系統 姿態(tài)精度 0.008°(1σ)
航向精度 0.038°(1σ)
IMU數據頻率 200 HZ
無人機參數 機身長度 3.03 m
經濟巡航速度 110-130 km/h
起飛海拔 ≥3500 m
續(xù)航時間 ≤480 min
任務載荷 ≤20 kg
任務艙尺寸 840×420×380 mm

400nm-1700nm高光譜相機介紹

圖：400-1000 nm高光譜相機
新一代無人機載高光譜成像系統，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探測器輸出高信噪比、高空間、高光譜分辨率、高精準度的高光譜數據。滿足固定翼類飛行模式實現外置推掃拍攝需求，多種應用模式可實現有限區(qū)域和大面積區(qū)域的遙感成像。
高精準度的慣導、POS、高清相機則又能為數據的拼接、校準、修正提供支持。特有的輔助攝像頭構造能夠使地面上被測區(qū)域的狀況，通過無線圖傳實時的回傳到地面。而數據的實時校準和反演結果的實時快速輸出并反饋至地面，對于快速確定目標信息；精準農業(yè)評估；水、溢油、土地沙漠化等環(huán)境監(jiān)測；軍事偽裝識別；生態(tài)多樣性評估等方面應用需求提供完整的解決方案。

產品主要特點：

  • 光路設計：從光譜儀設計到系統集成、開發(fā)、應用等形成一條完整的產品鏈。
  • 增穩(wěn)云臺：自主設計的增穩(wěn)云臺使得GaiaSky系列無人機載高光譜成像系統適用于多種類型固定翼類無人機。
  • 采集軟件功能：空間分辨率高、光譜通道多、光譜分辨率高，適合大面積目標圖像采集；快速實時校準為用戶在線輸出反演、分類識別等結果，為行業(yè)應用快速做成決策判斷。
  • 強大的校準功能：光譜校準、輻射度校準、均勻性校準、鏡頭校準、反射率校準等；
  • 幾何精校正軟件：自主研發(fā)的高精度幾何精校正軟件內置多種先進的幾何及數據修正算法可完成任意面積的圖像拼接，獲取空間、光譜高度精準的測試數據。
  • 實時監(jiān)測：特有的監(jiān)控模塊實時提供現場環(huán)境狀況，形成“所見及所得”。
  • 應用方向：植被病蟲害的監(jiān)測、火焰火點的監(jiān) 測、目標的偽裝識別、地質礦石探勘、水體污染（油料泄露）監(jiān)測。
圖：900-1700 nm高光譜相機
新高靈敏度 InGaAs 探測器，在積分時間非常小的情況下能夠獲取非常好的信號。在高速采集數據的同時能夠保證數據的精準測量，探測器幀速可通過相機的 Binning 設置來提高。獨特的光路結構設計、高效的通訊方式、友好的采集控制界面。軟件、硬件觸發(fā)等功能方便系統的控制和用戶的二次開發(fā)。

外場實物展示

原始數據展示
                            可見光
紅外                                 

本次測試高光譜飛行簡略參數

參數 可見/近紅外 近紅外
波長范圍 400-1000 nm 900-1700 nm
光譜分辨率 3.5 nm 8 nm
波段數 128 224
鏡頭焦距 23 mm 17.5 mm
探測器像元大小 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

數據分析

無人機高光譜系統獲取影像過程中農戶可以選擇不同的植被指數來反映作物成長情況和疾病。植被指數如歸一化植被指數(GNDVI)、可見光大氣阻抗指數(VARI)比值植被指數(RVI)、土壤調節(jié)植被指數(OSAVI)。也可以選擇直接反映作物指標,如葉片氮磷鉀含量、葉綠素含量、葉面積指數、P含量、K含量。用戶也可以根據需要自定義植被指數進行實時演示。

可見光：
                              NDVI植被指數
比值植被指數                         
                          紅邊歸一化植被指數
地物分類                          

紅外：
                                  歸一化紅邊指數
水份脅迫指數                                    
物種分類

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