基于多光譜成像與紅外熱成像技術(shù)的作物表型、農(nóng)業(yè)應(yīng)用方案

在變暖與水資源枯竭的背景下，作物冠層葉綠素效率、水分有效利用與水分脅迫成為作物表型分析、遺傳育種、灌溉管理等重要的研究課題。易科泰生態(tài)技術(shù)公司以自主研發(fā)的EcoDrone無人機(jī)遙感技術(shù)為基礎(chǔ)，引進(jìn)成熟的多光譜及紅外熱成像技術(shù)，為作物表型及農(nóng)業(yè)研究提供全新的應(yīng)用方案。

易科泰公司憑借多年在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域儀器技術(shù)研發(fā)集成及推廣經(jīng)驗，結(jié)合多光譜成像及紅外熱成像技術(shù)的*優(yōu)勢，將其引入EcoDrone專業(yè)無人機(jī)遙感平臺和陸基作物表型測量監(jiān)測平臺，通過選配多光譜、紅外熱成像、高光譜及葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)，并配合土壤水分、空氣溫濕度、莖流等監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，組成完整的陸空雙基作物數(shù)字化系統(tǒng)，從而使農(nóng)業(yè)研究手段由事后分析評價階段轉(zhuǎn)為事中控制及事先預(yù)防階段，為野外大田作物表型研究、水分脅迫監(jiān)測、產(chǎn)量預(yù)估、農(nóng)業(yè)及指導(dǎo)灌溉等方面，提供方便、快速、一體化的解決方案。

一 EcoDrone專業(yè)無人機(jī)遙感平臺

1.1 UAS-4輕便型無人機(jī)

主要特點(diǎn)：

自主研發(fā)4旋翼便攜型專業(yè)無人機(jī)平臺（zhuanli號ZL 2016 2 1103365.8），榮獲第24屆中國楊凌農(nóng)業(yè)高新科技博覽會“后稷獎”
空機(jī)懸停時間達(dá)高60分鐘，有效作業(yè)時間可達(dá)50分鐘以上
具備信號干擾保護(hù)，故障保護(hù)，低電壓自動保護(hù)，一鍵自動返航降落功能
標(biāo)配高清RGB鏡頭實時圖像回傳，飛行現(xiàn)場盡收眼底。
模塊式設(shè)計、強(qiáng)大的可擴(kuò)展性能和兼容性，可自由隨時隨地更換監(jiān)測設(shè)備、滿足各種野外監(jiān)測要求，可同時搭載2種不同的監(jiān)測設(shè)備如高清RGB相機(jī)、紅外熱成像和多光譜相機(jī)等
可選配RGB鏡頭、多光譜鏡頭、NDVI鏡頭、紅外熱成像鏡頭、空氣質(zhì)量監(jiān)測模塊等
專家支持，包括無人機(jī)專家、光譜遙感專家、生態(tài)環(huán)境專家等
專業(yè)無人機(jī)遙感技術(shù)支持、培訓(xùn)

主要技術(shù)指標(biāo)：

裸機(jī)重量1850g，標(biāo)配起飛重量4600g（包括電池、云臺、鏡頭），大起飛重量8000g
外形尺寸：916mm x 916mm x 220mm（螺旋槳及支架等展開），對稱軸距650mm
抗風(fēng)能力：5級（8m/s 、28.8km/h)
抗雨能力：在小雨天氣可執(zhí)行作業(yè)任務(wù)，但是不推薦雨天作業(yè)
高精度GPS模塊，支持GPS／北斗雙模
具備航點(diǎn)導(dǎo)航、定點(diǎn)、懸停、定高、航線、區(qū)域覆蓋、環(huán)繞及跟隨（follow-me模式，需地面站支持）等飛行模式，具備“黑匣子”功能模塊等
遙控器：工作頻率840MHz，通道數(shù)10，發(fā)射功率（EIRP）FCC 100 dBm，控制距離5km（無干擾環(huán)境下可達(dá)15km）
在線圖傳（FPV接收）：工作頻段5.8G，支持DVR黑匣子功能，大距離5km
地面站軟件（筆記本電腦用戶自備）：一站式智能軟件系統(tǒng)，具備飛行監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置、語音報讀功能，內(nèi)嵌地形地貌數(shù)據(jù)，全自動規(guī)劃航線，支持一鍵返航

1.2 UAS-8 多光譜與紅外熱成像無人機(jī)遙感平臺

主要特點(diǎn)：

自主研發(fā)8旋翼多功能無人機(jī)平臺，適應(yīng)高海拔、低氣壓等復(fù)雜嚴(yán)苛環(huán)境，海拔5000m以上高原地區(qū)可安全作業(yè)。
強(qiáng)大的可擴(kuò)展性能和兼容性，多可同時搭載3種不同傳感器，實現(xiàn)一機(jī)多能。
一次飛行可同時搭載10通道雙機(jī)多光譜成像系統(tǒng)、雙光紅外熱成像及RGB相機(jī)，同步獲取10通道多光譜數(shù)據(jù)、紅外熱成像數(shù)據(jù)、RGB彩色影像，真正做到事半功倍。
可選配RGB鏡頭、多光譜鏡頭、高光譜鏡頭、3D LiDAR傳感器、NDVI專業(yè)鏡頭、紅外熱成像鏡頭、空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)等。
采用開源框架，集成自主雙機(jī)熱備份飛控，多重保護(hù)確保飛行安全。
專家支持，包括無人機(jī)專家、遙感專家、生態(tài)環(huán)境專家等。

主要技術(shù)指標(biāo)：

大起飛重量16Kg，有效載荷6Kg。
大懸停時間： 50min（無負(fù)載），40min（負(fù)載1.5kg）。
抗風(fēng)性能：5級風(fēng)可安全飛行（10m/s）、瞬間可承受6級風(fēng)(13m/s)。
抗雨能力：小雨天氣可執(zhí)行作業(yè)任務(wù)，但是不推薦雨天作業(yè)。
標(biāo)配高清RGB鏡頭實時圖像回傳，飛行現(xiàn)場盡收眼底。
遙控器工作頻率：840MHz，大通信距離（無干擾、無阻擋）：≥15km
等效全向輻射功率（EIRP）：10dBm@900M、13dBm@5.8G、20dBm@2.4G
視頻輸出接口：HDMI，SDI，USB
協(xié)同功能：支持多機(jī)互聯(lián)
地面站軟件（筆記本電腦用戶自備）：一站式智能軟件系統(tǒng)，具備飛行監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置、語音報讀功能，內(nèi)嵌地形地貌數(shù)據(jù)，全自動規(guī)劃航線，支持一鍵返航

二 光譜成像傳感器技術(shù)

2.1 RedEdge-MX多光譜成像相機(jī)

RedEdge-MX相機(jī)，集入射光傳感器（DLS）與GPS于一體，全身鋁合金打造，是一款美觀大氣、堅固耐用并久經(jīng)考驗的專業(yè)無人機(jī)載多光譜傳感器。，可無縫集成于EcoDrone UAS-4/8平臺，組成即時可用的科研級無人機(jī)多光譜遙感系統(tǒng)，是市場上靈活、實用的解決方案之一。

主要特點(diǎn)：

l 一次飛行可同步獲取5個窄帶光譜波段。

l 高影像分辨率：120m飛行高度時分辨率可達(dá)8cm。

l SD卡存儲全部帶有地理位置標(biāo)簽的影像。

l 直觀的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置界面，可通過Wi-Fi設(shè)置，獨(dú)立工作。

l 全新鋁制機(jī)身，更耐用，更耐高溫。

l 用于、可重復(fù)測量的經(jīng)輻射計量校準(zhǔn)的光譜成像儀。

l *訪問原始數(shù)據(jù)，可以使用多種處理分析平臺生成輸出。

應(yīng)用領(lǐng)域：

l 作物表型及農(nóng)業(yè)

l 作物長勢和農(nóng)情監(jiān)測

l 農(nóng)業(yè)災(zāi)害脅迫監(jiān)測評估

l 生態(tài)環(huán)境調(diào)查監(jiān)測

l 水資源規(guī)劃管理

l 土壤侵蝕監(jiān)測評估

l 地理信息系統(tǒng)

2.2 10通道多光譜成像系統(tǒng)

10通道多光譜成像系統(tǒng)，是在RedEdge-MX基礎(chǔ)上，新增RedEdge-MX Blue相機(jī)，組成同步10通道多光譜成像解決方案，用于別遙感和農(nóng)業(yè)研究。本系統(tǒng)以新的RedEdge-MX Blue為特色，在原有5個標(biāo)準(zhǔn)波段基礎(chǔ)上，加上一組新的濾波器，使更多、更詳細(xì)的分析成為可能，如淺水環(huán)境監(jiān)測和葉綠素效率及植物紅邊坡度的詳細(xì)分析。

主要特點(diǎn)：

l 一次飛行同步獲取10通道多光譜影像，飛行作業(yè)事半功倍

l 同一無人機(jī)即可同時搭載RedEdge-MX和RedEdge-MX Blue，無需更換無人機(jī)平臺

l 結(jié)合下行光傳感器和GPS進(jìn)行流線型集成，確保的環(huán)境光校準(zhǔn)

l 雙機(jī)共用一套DLS和GPS，節(jié)省成本和重量的同時，確保雙機(jī)同時、同步、同光線

l 可與EcoDrone UAS-4/8無人機(jī)平臺組成即飛即用（Ready-to-fly）系統(tǒng)

l 配備固定支架和快速安裝連接器，可兼容DJI等無人機(jī)平臺

l 利用新增的海岸藍(lán)色波段監(jiān)測淺水環(huán)境（氣溶膠、浮質(zhì)等）

l 利用新增的紅、綠及兩個紅邊波段詳細(xì)分析葉綠素效率或紅邊坡度

l 兩相機(jī)波段可任意互換使用，允許用戶創(chuàng)建多種新的指數(shù)模型及詳細(xì)分析

技術(shù)參數(shù)：

應(yīng)用領(lǐng)域：

l 作物表型及農(nóng)業(yè)

l 作物長勢和農(nóng)情監(jiān)測

l 農(nóng)業(yè)災(zāi)害脅迫監(jiān)測

l 生態(tài)環(huán)境調(diào)查監(jiān)測

l 淺水環(huán)境監(jiān)測

l 植物葉綠素效率評估

2.3 WIRIS ProSc高精度紅外熱成像系統(tǒng)

——擁有超高的溫度靈敏度和精度、的服務(wù)和軟件分析技術(shù)支持

WIRIS ProSc是一款先進(jìn)的熱成像相機(jī)，適用于農(nóng)業(yè)、作物表型研究、森林管理、景觀生態(tài)、環(huán)境及氣候變化研究、建筑結(jié)構(gòu)研究（大壩、煙囪、橋梁）、地質(zhì)、考古等復(fù)雜嚴(yán)苛、具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用領(lǐng)域。

主要特點(diǎn)：

Ø 具備超紅外分辨率功能：可達(dá)1280×1024像素

Ø RGB鏡頭具備全高清畫質(zhì)(1920×1080像素)分辨率，并提供了的光學(xué)變焦功能，可達(dá)10倍變焦，遠(yuǎn)距離成像清晰可辯。

Ø 超大的256GB SSD數(shù)據(jù)存儲

Ø 提供可用于開發(fā)自定義應(yīng)用程序的SDK工具包

Ø 超高的熱靈敏度（＜30mk）

Ø 真正的低溫漂移（即使長航時作業(yè)）

Ø 具有*均勻性的熱圖

Ø 特殊氣候室中校準(zhǔn)，無論在測量不同溫度，還是在不同工作溫度下的測量，均達(dá)到了的精度：±2°C或±2%。

2.4 WIRIS Agro作物水分脅迫成像測量系統(tǒng)

——實時CWSI測量及生物量覆蓋評估，空陸雙基兩用的農(nóng)業(yè)研究利器

主要特點(diǎn)：

l 水狀況監(jiān)測-監(jiān)測水分脅迫：

作物在生長季節(jié)的缺水狀況。無論作物是否灌溉。特殊彩色地圖“Crop”和“CropStep”可用。實時可視化顯示大田及作物自身水分分布狀況。

l 灌溉管理：

灌溉系統(tǒng)優(yōu)化既包括確定合適的土壤傳感器位置，也包括結(jié)構(gòu)優(yōu)化。特殊彩色地圖“Water”和“WaterStep”可用。實時可視化顯示需要灌溉或無需灌溉的大田作物分布狀況。

l 表型研究：

不同的植物品種對可用水量敏感程度。Agro相機(jī)將幫助您確定與其他物種的植物相比，特定物種的植物處于水脅迫的頻率。

l 專業(yè)分析軟件-CWSI Analyzer：

CWSI Analyzer是一款用于處理CWSI圖像的桌面軟件。它允許設(shè)置正確計算CWSI所需的參數(shù)，包括表格和附加測量。該軟件的優(yōu)勢是預(yù)定義的常見作物，能夠同時處理數(shù)數(shù)百幅圖像。

l 指數(shù)量化分析：

實時獲取CWSI及計算生成生物量覆蓋指數(shù)，

l 堅固、優(yōu)美的結(jié)構(gòu)設(shè)計：

輕質(zhì)鋁合金外殼防護(hù)，為適應(yīng)工業(yè)、野外環(huán)境使用，避免相機(jī)損壞的潛在風(fēng)險。

應(yīng)用領(lǐng)域：

l 農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)

l 植物干旱脅迫分析

l 土壤水分監(jiān)測保墑

l 植物表型研究

l 作物產(chǎn)量預(yù)估

l 農(nóng)業(yè)灌溉管理

l 森林資源管理

l 海洋科學(xué)研究

附：EcoDrone無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用案例集錦