“極視1號(hào)”實(shí)現(xiàn)了搭載在無(wú)人機(jī)上進(jìn)行高精度‘多光譜’低空遙感觀測(cè)的突破

  同濟(jì)大學(xué)測(cè)繪與地理信息學(xué)院劉春教授團(tuán)隊(duì)歷時(shí)三年自主研發(fā)的科技創(chuàng)新成果――“極視1號(hào)”,現(xiàn)身于2016中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)高校展區(qū)。
   這是一款重約2.7千克的低空遙感傳感器，能利用光譜從空中識(shí)別人眼看不到的多種生態(tài)信息，可搭載于四軸、六軸、固定翼等多種無(wú)人機(jī)上，能極目千米。其觀測(cè)面積大，1小時(shí)飛行可完成對(duì)2000畝地面空間的信息采集，數(shù)據(jù)精度高，且易于定制，可為我國(guó)城市建設(shè)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、環(huán)保等諸多行業(yè)獲取與處理“大數(shù)據(jù)”提供便捷、可靠的一體化解決方案?！　　　‘?dāng)今現(xiàn)代生活中，各類生態(tài)數(shù)據(jù)與人們的日常生活息息相關(guān)，比如城市內(nèi)植被覆蓋的變化、大型垃堆埋場(chǎng)的廢棄物滲流狀況、水域內(nèi)微生物和含氧等等，這些生態(tài)數(shù)據(jù)不僅要實(shí)現(xiàn)在大范圍的快速采集，還要實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的定量反演，而通過(guò)搭載無(wú)人機(jī)平臺(tái)，采用多光譜進(jìn)行低空遙感觀測(cè)成為其理想選擇。　　　　目前，市場(chǎng)上尚缺乏成熟的無(wú)人機(jī)機(jī)載多光譜成像系統(tǒng)，現(xiàn)有產(chǎn)品存在像幅偏小、光譜單一、曝光時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、續(xù)航時(shí)間不足等弱點(diǎn)，并直接導(dǎo)致搭載無(wú)人機(jī)在高速飛行時(shí)產(chǎn)生一系列問(wèn)題，如影像出現(xiàn)嚴(yán)重像移、低分辨率的光學(xué)影像無(wú)法支持達(dá)到地面厘米級(jí)的觀測(cè)精度、缺少足夠的光譜信息而無(wú)法實(shí)現(xiàn)生態(tài)信息的識(shí)別等?！　　　《瑵?jì)大學(xué)推出的、科技稱謂為“極視窄帶多光譜陣列航攝儀”的“極視1號(hào)”,濾光鍍膜采用同濟(jì)大學(xué)科研成果，能夠更加準(zhǔn)確地截止波長(zhǎng)，同時(shí)濾光率提升至98%,具備高空間分辨率、高光譜分辨率、大畫幅、高速曝光等特點(diǎn)，彌補(bǔ)了現(xiàn)有產(chǎn)品的諸多不足，能有效形成厘米級(jí)精度的多類遙感影像產(chǎn)品的獲取能力。該系統(tǒng)采用大面陣傳感器，具備穩(wěn)定的量子效率，是快速獲取高空間分辨率、高光譜分辨率數(shù)據(jù)的保障。該系統(tǒng)成像清晰，每個(gè)波段影像的光譜分辨率高達(dá)10納米，地物分辨率最高可達(dá)10毫米/像素，配備2000萬(wàn)像素超大畫幅感光元件，極大提升了信息采集效率?！　　　　皹O視1號(hào)”陣列式多濾鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證了整體系統(tǒng)的小型化、輕量化，使得它能被大多數(shù)專業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)輕易搭載，不必犧牲工作航時(shí)與動(dòng)力冗余。目前該產(chǎn)品的核心技術(shù)已申請(qǐng)多項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利，部分已經(jīng)獲得授權(quán)?！　　　∽杂啥ㄖ苹脑O(shè)計(jì)思路，使“極視1號(hào)”更具自身獨(dú)有特色。不同的植被、農(nóng)作物、湖泊、河流的光譜特性千變?nèi)f化，傳統(tǒng)多光譜相機(jī)的波段數(shù)與觀測(cè)波長(zhǎng)都是固定的，無(wú)法同時(shí)觀測(cè)到這些特性特征，更無(wú)法滿足用戶的多樣性需求。而“極視1號(hào)”則可根據(jù)用戶的應(yīng)用目的、任務(wù)量等因素的不同，由用戶靈活調(diào)整其成像單元數(shù)量以及相應(yīng)觀測(cè)的光譜濾鏡，實(shí)現(xiàn)一套系統(tǒng)多樣觀測(cè)、滿足多種應(yīng)用需求的目的。　　　　“極視1號(hào)”還經(jīng)過(guò)專業(yè)團(tuán)隊(duì)在多種參數(shù)環(huán)境下的實(shí)際校準(zhǔn)檢測(cè)，配合針對(duì)性的精細(xì)化輻射校正模型，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。　　　　此外，“極視1號(hào)”還擁有全鏈條的智能數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，它能智能規(guī)劃路徑，只需選定采集區(qū)域，即可自動(dòng)規(guī)劃、優(yōu)化采集路徑。無(wú)論身在何處，都能高效完成信息采集?！　　　≌菓{借出色的遙感觀測(cè)性能，以及成熟的配套遙感數(shù)據(jù)處理技術(shù)，“極視1號(hào)”已在精細(xì)農(nóng)業(yè)的農(nóng)情預(yù)判、林業(yè)珍稀樹(shù)種的定位、城市違建目標(biāo)的識(shí)別等諸多領(lǐng)域中發(fā)揮巨大作用。利用“極視1號(hào)”,可生產(chǎn)同時(shí)具備高空間精度與光譜精度的地物生/物/化參數(shù)制圖，為生物光合作用、呼吸作用、蒸騰、碳循環(huán)、降雨截留、植被覆蓋度、凈初生產(chǎn)力等生態(tài)參數(shù)提供最佳指示因子。該類數(shù)據(jù)是農(nóng)業(yè)用藥、施肥、灌溉，水環(huán)境重點(diǎn)污染源、水質(zhì)參數(shù)、飲用水源地安全，生物多樣性、土壤污染、生物／生化量、固碳含量的可靠依據(jù)，更可為多光譜遙感衛(wèi)星定標(biāo)、突發(fā)事件與災(zāi)害監(jiān)測(cè)等各類遙感應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。　　　　在“十二五”期間國(guó)家“973計(jì)劃”課題和上海市科委科技項(xiàng)目的資助下，在為期三年的研究工作中，劉春教授研究團(tuán)隊(duì)完成了無(wú)人機(jī)機(jī)載多光譜成像原理驗(yàn)證、光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與傳感器性能測(cè)試，配套研發(fā)了針對(duì)該多光譜遙感傳感器的精細(xì)化輻射校正模型，建立了傳感器在不同環(huán)境下的目標(biāo)地物光譜特征庫(kù)，設(shè)計(jì)、研發(fā)了與傳感器配套的高載荷智能航線規(guī)劃旋翼無(wú)人機(jī)，完備了全鏈條的智能數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等多項(xiàng)工作。在此基礎(chǔ)上，可對(duì)傳感器獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪，實(shí)現(xiàn)影像與地物之間精準(zhǔn)的幾何與輻射糾正，從而確保在低空高速航攝過(guò)程中獲取高質(zhì)量可信的多光譜遙感數(shù)據(jù)?！　　　⊙芯繄F(tuán)隊(duì)非常注重該技術(shù)和產(chǎn)品的應(yīng)用轉(zhuǎn)化，并已有不少成功案例。嫁接上海同繁勘測(cè)工程科技有限公司、北京數(shù)維翔圖高新技術(shù)股份有限公司等高新科技企業(yè)的行業(yè)推廣資源，“極視1號(hào)”幫助廣東丹霞山進(jìn)行珍稀植被“丹霞梧桐”株數(shù)統(tǒng)計(jì)，識(shí)別成功率已近八成;在貴州鮑家屯非物質(zhì)文化遺產(chǎn)調(diào)查中，“極視1號(hào)”獲取的數(shù)據(jù)輔助實(shí)現(xiàn)了古建筑群落與古代山水環(huán)境的空間要素提取與空間分布分析。近期，“極視1號(hào)”更參與到電網(wǎng)輸電線路的環(huán)境調(diào)查中，在安徽阜寧進(jìn)行的示范性試驗(yàn)中，對(duì)輸電線路周邊地物種類的識(shí)別率高達(dá)92%?！　　　　拔覀兺ㄟ^(guò)對(duì)硬件和軟件上的諸多創(chuàng)新性設(shè)計(jì)與研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了搭載在無(wú)人機(jī)上進(jìn)行高精度‘多光譜’低空遙感觀測(cè)的突破。我們相信，通過(guò)繼續(xù)提升與改進(jìn)，這款產(chǎn)品憑借它自身突出的特點(diǎn)，將助力無(wú)人機(jī)領(lǐng)域獲得更加深遠(yuǎn)的發(fā)展，為‘大數(shù)據(jù)’時(shí)代提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。”劉春教授說(shuō)。