“极视1号”实现了搭载在无人机上进行高精度‘多光谱’低空遥感观测的突破

  同济大学测绘与地理信息学院刘春教授团队历时三年自主研发的科技创新成果――“极视1号”,现身于2016中国国际工业博览会高校展区。
   这是一款重约2.7千克的低空遥感传感器，能利用光谱从空中识别人眼看不到的多种生态信息，可搭载于四轴、六轴、固定翼等多种无人机上，能极目千米。其观测面积大，1小时飞行可完成对2000亩地面空间的信息采集，数据精度高，且易于定制，可为我国城市建设、农业、林业、环保等诸多行业获取与处理“大数据”提供便捷、可靠的一体化解决方案。　　　　当今现代生活中，各类生态数据与人们的日常生活息息相关，比如城市内植被覆盖的变化、大型垃堆埋场的废弃物渗流状况、水域内微生物和含氧等等，这些生态数据不仅要实现在大范围的快速采集，还要实现精细化的定量反演，而通过搭载无人机平台，采用多光谱进行低空遥感观测成为其理想选择。　　　　目前，市场上尚缺乏成熟的无人机机载多光谱成像系统，现有产品存在像幅偏小、光谱单一、曝光时间过长、续航时间不足等弱点，并直接导致搭载无人机在高速飞行时产生一系列问题，如影像出现严重像移、低分辨率的光学影像无法支持达到地面厘米级的观测精度、缺少足够的光谱信息而无法实现生态信息的识别等。　　　　而同济大学推出的、科技称谓为“极视窄带多光谱阵列航摄仪”的“极视1号”,滤光镀膜采用同济大学科研成果，能够更加准确地截止波长，同时滤光率提升至98%,具备高空间分辨率、高光谱分辨率、大画幅、高速曝光等特点，弥补了现有产品的诸多不足，能有效形成厘米级精度的多类遥感影像产品的获取能力。该系统采用大面阵传感器，具备稳定的量子效率，是快速获取高空间分辨率、高光谱分辨率数据的保障。该系统成像清晰，每个波段影像的光谱分辨率高达10纳米，地物分辨率最高可达10毫米/像素，配备2000万像素超大画幅感光元件，极大提升了信息采集效率。　　　　“极视1号”阵列式多滤镜结构设计保证了整体系统的小型化、轻量化，使得它能被大多数专业级无人机轻易搭载，不必牺牲工作航时与动力冗余。目前该产品的核心技术已申请多项国家发明专利，部分已经获得授权。　　　　自由定制化的设计思路，使“极视1号”更具自身独有特色。不同的植被、农作物、湖泊、河流的光谱特性千变万化，传统多光谱相机的波段数与观测波长都是固定的，无法同时观测到这些特性特征，更无法满足用户的多样性需求。而“极视1号”则可根据用户的应用目的、任务量等因素的不同，由用户灵活调整其成像单元数量以及相应观测的光谱滤镜，实现一套系统多样观测、满足多种应用需求的目的。　　　　“极视1号”还经过专业团队在多种参数环境下的实际校准检测，配合针对性的精细化辐射校正模型，确保数据的准确性。　　　　此外，“极视1号”还拥有全链条的智能数据处理系统，它能智能规划路径，只需选定采集区域，即可自动规划、优化采集路径。无论身在何处，都能高效完成信息采集。　　　　正是凭借出色的遥感观测性能，以及成熟的配套遥感数据处理技术，“极视1号”已在精细农业的农情预判、林业珍稀树种的定位、城市违建目标的识别等诸多领域中发挥巨大作用。利用“极视1号”,可生产同时具备高空间精度与光谱精度的地物生/物/化参数制图，为生物光合作用、呼吸作用、蒸腾、碳循环、降雨截留、植被覆盖度、净初生产力等生态参数提供最佳指示因子。该类数据是农业用药、施肥、灌溉，水环境重点污染源、水质参数、饮用水源地安全，生物多样性、土壤污染、生物／生化量、固碳含量的可靠依据，更可为多光谱遥感卫星定标、突发事件与灾害监测等各类遥感应用领域发挥巨大作用。　　　　在“十二五”期间国家“973计划”课题和上海市科委科技项目的资助下，在为期三年的研究工作中，刘春教授研究团队完成了无人机机载多光谱成像原理验证、光学结构设计与传感器性能测试，配套研发了针对该多光谱遥感传感器的精细化辐射校正模型，建立了传感器在不同环境下的目标地物光谱特征库，设计、研发了与传感器配套的高载荷智能航线规划旋翼无人机，完备了全链条的智能数据处理系统等多项工作。在此基础上，可对传感器获取的数据进行去噪，实现影像与地物之间精准的几何与辐射纠正，从而确保在低空高速航摄过程中获取高质量可信的多光谱遥感数据。　　　　研究团队非常注重该技术和产品的应用转化，并已有不少成功案例。嫁接上海同繁勘测工程科技有限公司、北京数维翔图高新技术股份有限公司等高新科技企业的行业推广资源，“极视1号”帮助广东丹霞山进行珍稀植被“丹霞梧桐”株数统计，识别成功率已近八成;在贵州鲍家屯非物质文化遗产调查中，“极视1号”获取的数据辅助实现了古建筑群落与古代山水环境的空间要素提取与空间分布分析。近期，“极视1号”更参与到电网输电线路的环境调查中，在安徽阜宁进行的示范性试验中，对输电线路周边地物种类的识别率高达92%。　　　　“我们通过对硬件和软件上的诸多创新性设计与研发，实现了搭载在无人机上进行高精度‘多光谱’低空遥感观测的突破。我们相信，通过继续提升与改进，这款产品凭借它自身突出的特点，将助力无人机领域获得更加深远的发展，为‘大数据’时代提供更加优质的服务。”刘春教授说。