水质反演 | 苏州虎丘区建林河河道水质反演

近年来,机载高光谱在内陆水体水质反演的应用越来越广泛。本次项目根据客户需求,对建林河部分河道进行高光谱数据采集和水质反演,展示巡查效率以及后期处理结果。待巡查河流段全长约 3 公里,传统人工调查河流存在较大困难,耗时耗力且效率不高。本次项目,我们采用无人机搭载高光谱设备进行巡查,约 20 分钟就完成了河流数据的采集,大大提高了河道巡查的效率。

 

巡查河段现场照片

 

| 作业方案配置

本项目我们采用大疆 M300 RTK 无人机作为飞行平台,任务载荷采用巡谱 HSG-1P 高光谱云台成像仪。巡谱 HSG-1P 作为光寻智能 2023 年新推出的旗舰产品,采用了全新 RDU410 机芯设计,可完美兼容大疆 M300 RTK 进行高效稳定的数据采集工作。数据后处理软件采用 HSG-1P自带的图谱管家 OptStudio 标准版。

 

巡谱 HSG-1P 高光谱挂载于大疆 M300RTK 无人机

 

| 航线规划

到达外业现场后,首先安装 HSG-1P 高光谱设备至 M300 RTK 无人机。得益于 HSG-1P 便捷的安装设计,我们仅需要把高光谱接口安装到大疆 M300 RTK 无人机的 Skyport 接口,整个安装环节只需要 1 分钟即可完成。

 

工程师再通过大疆遥控器规划航线任务。由于待测河段存在弯曲,我们规划了两条航线飞行。两条航线的主要参数一致,即飞行高度 120m,飞行速度是 5 m/s。总任务时间20分钟。

 

图谱管家上展示的无人机航线

 

| 高光谱设置

随后我们在大疆遥控器上,用 HSG-1P 配套的图谱精灵 OptTracer 设置了高光谱参数:帧率 50 FPS、曝光时间 10 ms、增益 1、机载压缩采用 4x4。

现场高光谱设置

 

无人机起飞后首先低空采集目标灰板,然后正常执行航线任务。等待 20 分钟后,数据采集完成,外业任务结束。

 

| 数据后处理

外业完成后回到办公室,开始内业处理。将采集的数据从高光谱相机 SSD 中导入到本地,进行数据处理。得益于巡谱 HSG-1P 机载端保留了实时 RTK 数据,允许后处理进行几何矫正处理,保证数据拼接的地理信息准确。

内业处理现场

 

图谱管家 OptStudio 选择拼接航带

 

我们利用图谱管家 OptStudio 的卫星拼接功能,对航带数据进行处理。然后对数据进行反射率校准和河道水面提取。最后对提取后的水面,进行水质参数反演计算。整个 3 公里河道数据处理大约用时 25 分钟。

 

| 结果展示

图谱管家 OptStudio 具备水面提取功能和波段运算功能,用户可以输入波段或者自定义建模,实现水质参数的反演。快速反演只需要 20 多分钟就可以完成。

 

高光谱拼接图(部分)

 

悬浮物浓度反演图(部分)

 

| 项目总结

本次任务,通过无人机搭载巡谱 HSG-1P 进行数据采集、配套软件 OptStudio 进行数据处理,全长约 3 公里的河流巡查到数据处理,总耗时不到1小时。本套设备的性能、操作方式、采集效率、后期处理效果也都得应用和验证。终端用户对产品的整体效果比较满意,并表示后期配合实地水样采取,人工智能建模可以进一步提高水质反演的精度。