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一文带你get湖北大疆无人机精灵 4 多光谱版无人机及其行业应用
  • 时间: 2020-08-20 13:44:00
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  • 来源:湖北大疆无人机
  • 作者:纵横天地
[导读]: 湖北大疆无人机 精灵 4 多光谱版一经问世即备受关注。在聚焦其带来生产力革新的同时,大家也对它所携带的多光谱相机充满好奇。而获知多光谱技术的运作原理,则可以帮助快速了解这款相机的精妙之处。
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  前不久,DJI 大疆行业应用正式发布了精灵 4 多光谱版无人机。作为具备多光谱成像系统的航测一体机,精灵 4 多光谱版可采集高精度多光谱数据,广泛应用于农业、科研、环保等多个领域。

  精灵 4 多光谱版一经问世即备受关注。在聚焦其带来生产力革新的同时,大家也对它所携带的多光谱相机充满好奇。而获知多光谱技术的运作原理,则可以帮助快速了解这款相机的精妙之处。

多光谱究竟是什么?

  太阳光是一种不同波长的连续光谱,其波长分布由短到长。不同颜色的可见光就是因波长差异而呈现出色彩变化。由于不同物体属性的区别,在接受到太阳光照射时,物体表面吸收与反射太阳光的比例也不尽相同。 

  以农作物为例,通过观测与分析作物反射不同波段光谱的情况,可以对农作物的生长状况有更为精准的了解。

  多光谱图像传感器可以捕获光在特定波长的信息数据,通过使用滤光器或对特定波长敏感的仪器获取指定波段的地物信息。

6 颗镜头的多光谱相机

  有何神奇之处

  精灵 4 多光谱版无人机采用一体式多光谱成像系统,集成了 1 个 可见光相机及 5 个多光谱相机,其中多光谱谱段的波长范围分别为:

  蓝光(B):450±16nm

  绿光(G):560±16nm

  红光(R):650±16nm

  红边(RE):730±16nm

  近红外(NIR):840±26nm。

 

  6 部相机协同作业,分别负责可见光成像及多光谱成像。5 部独立的多光谱相机,为行业研究提供了更为广泛的光谱信息样本支持。

NDVI 植被指数

让多光谱数据说话

  有了多光谱相机,如何将收集到的数据解读出更多信息,让多光谱数据“说话”是关键。

  以植物为代表,科学家们根据植被的光谱特性,将不同窄边波段的光谱进行非线性组合,形成了各种植被指数。不同波段组合的植被指数可反映出植被的不同特性。

  其中最具代表性的植被指数是归一化植被指数 NDVI ( Normalized Difference Vegetation Index )。

  因植被在红波段吸收强,近红外波段反射强,通过计算近红外波段的反射值与红光波段的反射值之差比上两者之和,即可得到 NDVI 指数。通过该指数分析植被叶绿素含量,判断植物的长势情况。

 

  NDVI 的值介于 -1 到 1 之间,负值表示地面覆盖为云、水、雪等对可见光高反射的物体;0 表示有岩石或裸土等,此时 NIR 和 R 近似相等;当值为正时,表示有植被覆盖,且随覆盖度增大而增大,越接近 1 则表示植被越健康茂密。

  除了 NDVI 植被指数,将多光谱数据导入大疆智图还可获得更多不同种类植被指数的输出。为农作物科学管理氮肥、环保监测等多领域提供有效参考。

  有了多光谱相机采集数据和植被指数的深度解析,多光谱技术的应用才能打出组合拳。而精灵 4 多光谱版无人机的秘诀可不仅仅局限于此。

七大优势

成就大疆多光谱的独门秘籍

  1. 高像素多光谱成像系统

  对于多光谱照片信息,图像精度将直接影响最终诊断结论的准确度。精灵 4 多光谱版无人机可见光与多光谱相机均为 200 万像素,在飞行 100 米地面分辨率达 5.3 cm。相比传统模式通过卫星获取遥感影像,可提供分辨率更高、时效性更强的数据参考。

  2. 一体化的设计方案,开箱即飞

  精灵 4 多光谱版无人机为使用者提供最便捷的使用体验。飞机、RTK 模块、相机一体化设计, RTK 高精度定位结果实时补偿至相机 CMOS 中心,实现厘米级定位。用户省去了购置设备后期自己手动组装、校准设备的烦恼,真正做到开箱即用。

  3. 完整的一体化解决方案

  过去,行业用户在开展多光谱无人机应用的过程中,数据采集、图像建模、数据分析等步骤往往需导入至不同的软件平台来完成。精灵 4 多光谱版无人机搭配大疆一整套自研一体化平台,通过 GS Pro 地面站专业版规划飞行任务,精灵 4 多光谱版将进行照片采集,随后将照片导出到大疆智图进行建模,快速高效生产各植被指数图。

 

  4. 简化工作流

  不同太阳光照强度会对多光谱的数据精度产生影响。传统的作业流程,需要用户在飞行前人工放置白板进行标定,从而保证不同飞机在不同时刻拍摄同一植被时,都能获得相同的 NDVI 指数。

  精灵 4 多光谱版无人机顶部集成多光谱光强传感器。当进行数据后处理时,太阳辐照度数据将可用于对影像进行光照补偿,排除环境光对数据采集的干扰,显著提高不同时段采集到的的数据准确度和一致性,大大简化工作流程。

  5. RGB 与 NDVI 图像实时输出

  在执行作业过程中,实时获取现场画面,能为作业人员提供一手的直观信息。精灵 4 多光谱版无人机配合 GS Pro 地面站专业版支持 NDVI 分析功能,用户可在实时 NDVI 和实时 RGB 影像之间进行切换,及时发现异常状况,从而快速做出针对性决策。

 

  6. 厘米级定位系统

  地理位置信息的准确性,是所有分析开展的基础。由于 RTK 模块与多光谱相机的空间相对位置不同,如产生较大的位置误差,将使多光谱研究结论大打折扣。

  精灵 4 多光谱版无人机在每一台无人机出厂前都做过逐一标定,将标定参数写入照片。同时通过 TimeSync 时间同步系统,将飞控、相机与 RTK 时钟系统微秒级同步,实现相机成像时刻毫秒级误差。

  7. 多样化的 RTK 定位服务方案

  精灵 4 多光谱版无人机兼容 D-RTK 2 移动站及网络 RTK ,为用户提供多样化定位服务选择,满足不同应用场景下对采集精度的高标准要求。

 

  多光谱技术的深度应用,如同打开了探究世界的新大门。各行业在精灵 4 多光谱版无人机这把钥匙的帮助下,将探索更加广袤的天地。

行业应用

精灵 4 多光谱版究竟能干啥

  延续精灵 Phantom 4 RTK 的厘米级导航定位系统,精灵 4 多光谱版新增多光谱相机和位于天线顶部的多光谱光强传感器,为用户带来高精度数据成果。

  作为低空多光谱遥感系统的新成员,精灵 4 多光谱版具有起降灵活、易于操作、按需获取高时空分辨率多光谱数据、应用成本低等诸多优势,可有效弥补卫星及大型航空遥感系统地表分辨率低、数据回收周期长 、受大气影响大等不足,为精准农业、水文水资源监测、自然资源调查监测、干旱灾害评估等中小尺度的多光谱遥感应用提供了全新工具。

  1.精准农业

  处于不同状态的农作物,会反映出不同的光谱信息。以往,农民种地都是凭经验判断长势,靠感觉施肥下药。而多光谱无人机则可以通过采集农作物的光谱信息,快速、精准地判断作物的生长情况及健康水平等情况。

 

  精灵 4 多光谱版观测面积大,飞行 1 架次即可覆盖 0.47 平方千米土地(飞行高度为 180 米)。无论是针对单株植物还是整片农田,均可高效完成数据采集工作。

  根据植被的光谱特性,将不同窄边波段的光谱进行非线性组合,即形成 NDVI(归一化植被指数)、GNDVI (绿色归一化植被指数)等各种植被指数。这些植被指数可帮助农业从业者深入了解地块区域状况和农作物的生长状况。用户可以此为参考,采取针对性措施,如科学管理氮肥、优化农药使用、改善灌溉模式等,实现对农作物的精细化管理,减肥不减产。

  2.水文水资源监测

  水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源,对水文水资源实施有效的、动态的监测对可持续发展意义重大。

  与可见光遥感相比,多光谱遥感能够对目标地物光谱特征进行精确提取与识别,已逐渐成为了水文水资源监测的重要方法。

 

  由于溶解或悬浮于水中的污染物的成分及浓度差异,水土受污染后,其反射率也会发生变化,并直观地反映在遥感影像上。通过多光谱图像,可以完成对污染源、面积、范围与浓度的识别,还能进一步追踪污染状态,辅助污染物拦截、处理方案的制定与实施。

  精灵 4 多光谱版波段覆盖广,其蓝波段处于 450±16nm 之间,在水污染监测方面作用明显。研究表明,水体在蓝绿波段有较强反射,且泥沙等杂质对蓝波段敏感,因而使用精灵 4 多光谱版的蓝波段可帮助评估污染情况。

  针对蓝藻等常见的水华问题,也可通过 NDVI 指数高效识别。通过二维多光谱重建,进一步确认其空间分布范围与面积,总结特定时间内的分布规律,为蓝藻预警和治理的生态学分析提供及时有效和客观的依据。

实时 NDVI 图像和 RGB 图像切换

  精灵 4 多光谱版搭配 GS Pro 地面站专业版软件,可在 NDVI 图像和 RGB 图像之间实时切换。环境监察部门在执法过程中即可发现异常状况,及时制止破坏环境的违法行为,提升水污染监督管理的时效性。

  此外,精灵 4 多光谱版的每个相机像均配备全局快门,可在飞行过程中精确成像,帮助环保部门提取丰富的水体信息,从而实现对水资源的精细化管理,服务生态环境信息平台建设。

  3.自然资源调查监测

  精准的土地覆盖分类与地物识别对自然资源管理、调查、监测和运营至关重要。作为低空遥感的重要手段,多光谱无人机可一次性采集丰富的信息,大幅度提高自然资源精细化调查监测能力。

  精灵 4 多光谱版无人机的可见光与多光谱相机均为 200 万像素,在飞行高度为 100 米时,其地面分辨率达 5.3 cm,无论是 RGB 影像还是多光谱影像都有较高的空间分辨率,为自然资源定量调查提供高精度的数据。

 

  数据的真实是自然资源调查的生命线。精灵 4 多光谱版将高精度的经纬度坐标写入图像中,真实反映自然资源现状。同时,它轻巧灵活、可达性强,能从空中抵达人工难以涉足的区域,多角度呈信息,避免单一视角造成的信息误读。

  精灵 4 多光谱版在山、水、林、田、湖、草、土地等自然资源调查中的应用,将有效提高动态监测和执法监察的效率、精度和有效性。

  4.干旱灾害评估

  干旱灾害发生后,及时、准确的灾情评估对决策部门制定科学有效的救灾减灾方案具有关键性的作用。多光谱遥感具有数据获取范围广、速度快等特点,在灾害评估环节中应用优势明显。

 

  土壤的有机质和水分含量与其反射率呈负相关关系,精灵 4 多光谱版能够较为准确地提取一些地表特征参数和热信息,为干旱监测评估提供了一个有利的数据获取工具。

  此外,植物生长状况信息也对分析土壤干旱程度有参考作用:当植被受水分胁迫时,反映植被生长状况的遥感植被指数会发生相应的变化。目前,大疆智图支持输出多种植被指数用于深入分析,如 NDVI(归一化植被指数)、OSAVI(土壤调节指数)等。

 

  多光谱技术在低空遥感中的深入应用大大丰富了遥感获取的数据源。

  高度集成的精灵 4 多光谱版为该技术在多个行业的落地应用提供了一体化工具,大幅降低了使用门槛,让更多用户能用、敢用、会用,相信未来它将成为各个行业无可比拟的生产力工具。


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