“綠水青山就是金山銀山”河道生態環境巡檢

一、行業背景

中國流域面積在50平方公里以上河流共45203條，水面面積1平方公里及以上天然湖泊2865個，隨著經濟社會的快速發展，水環境惡化，河湖功能嚴重退化。對河道生態環境的全面監測將有效遏制河道生態環境惡化，保護生態紅線不后退不變色，“綠水青山就是金山銀山”，用現代化科技化的監測手段“守好一江碧水”。

二、行業痛點

1. 人工勘察：耗費大量人力、物力，無法直觀展示全流域、多尺度的岸線生態與水污染情況；

2. 可見光遙感：可見光數據量大，提供信息有限，無法高精度實現河道各項指標監測；

3. 衛星遙感：衛星遙感時空分辨率低，無法做到數據實時獲取，影響監測周期；

4. 高光譜遙感：高光譜遙感數據冗余量大，無法實現大范圍、大面積的長期監測。

三、技術手段

多光譜遙感可以獲取地物豐富的光譜信息，在生態環境監測方面具有獨特優勢。水體組成成分不同時，對各個波段的敏感程度不同，正常水體僅在藍、綠波段呈現高反射特性，因水體的強吸收特性，使其在近紅外影像上基本呈現黑色。水體中不同成分的含量差異會使水體呈現不同的波譜特征，具體如下圖所示。多光譜遙感旨在根據水體的不同組成成分，基于不同的波譜曲線與特征進行建模，分析水污染情況。

隨著多光譜儀器小型化和應用算法的研究不斷深入，無人機多光譜遙感迅速發展，該遙感手段一般用5-6個通道解決了可見光信息量少、高光譜數據冗余問題；同時相比衛星遙感可提供更精準、更靈活的數據獲取，可實現全流域、多尺度岸線生態、水污染分布展示。

為滿足“河長制”管理指標要求，無人機多光譜遙感河道生態監測主要包含六個方面：水資源保護、河湖水域岸線管理保護、水污染防治、水環境治理、生態修復、執法監管，為相關部門的監測工作提供了創新性技術支持。

四、項目介紹

此項目對青島市某河道進行生態環境無人機巡檢，巡檢距離約12km。

本項目作業采用大疆M210 四旋翼無人機，搭載未來智能MS600 Pro多光譜相機和大疆XT2可見/熱紅外雙光相機。

五、作業流程

本項目基于航空多光譜遙感技術對河道生態環境進行監測主要包括河道數據獲取、數據處理與分析以及數據成果展示三部分，具體流程如下圖所示。

六、作業環境及飛行參數

下圖為數據獲取現場圖，左圖為拍攝標準反射率板，其目的是對影像進行輻射定標，從拍攝的DN值得到影像真實反射率，右圖為河道圖。

七、架次及數據量

總飛行7架次（單架次4條航線），總飛行時間140min，總作業時間（含電池更換和行程）260min，其中行程時間較多，總數據量13.85G，具體航跡規劃如下圖所示。

八、數據處理

多光譜數據預處理使用未來智能自主研發的未來智能 Map軟件，基于影像POS信息和特征相結合的無人機遙感影像快速拼接算法，實現多通道光譜影像的亞像素級配準、多景影像的實時拼接及輻射定標，生成具有地表真實反射率的正射影像，拼接過程如下圖所示。

多光譜拼接成果分析使用未來智能自主研發的行業應用軟件（如下圖所示），面向行業用戶，可通過簡單的操作快速實現專題制圖及報告生成，真正簡化用戶操作過程，降低使用門檻。

九、處理結果

【1】溫度異常點監測

M210搭載XT2雙光相機，使用Yusense Fly地面站軟件可實時返回熱紅外視頻，在飛行過程中基于熱紅外視頻可觀察溫度分布趨勢監測河道水面溫度異常點（一般為正在排污的排污口附近），下圖右下角為實時溫度空間分布，紅色溫度高，藍色溫度低。

【2】河道生態環境監測

基于無人機載多光譜遙感數據實現河道水陸邊界線、水污染分級、重點監測點、

疑似污染源、岸線綠化及水面垃圾提取，并對提取結果進行空間統計分析、多時相變化。

【3】成果展示

未來智能自主研發的河道GIS展示插件，可直觀展示全流域、多尺度岸線生態、水污染情況，實現河湖無人機多光譜遙感成果的分析、展示與管理。

十、未來智能多光譜遙感優勢

【1】自主研發MS600系列多光譜相機，為科研和行業應用而生；

【2】兼容包含深圳大疆、成都縱橫在內的各型多旋翼、固定翼無人機；

【3】“裝備+數據+服務”，提供覆蓋多光譜遙感的全流程解決方案；

【4】軟硬件一體化、端云一體化，為第三方業務平臺提供數據支撐。