輕小型無人機多光譜遙感技術(shù)應(yīng)用進展

李紅蘭 錢永濤 河南牧業(yè)經(jīng)濟學院

引言

多光譜遙感技術(shù)，其主要就是指采用兩個以上波譜通道傳感器來對地面上存在的各類物體展開同步成像的遙感技術(shù)，能夠更好的將目標物體反射輻射來對各類電磁波信息進行劃分，將其進一步分為多個波譜段來進行更加詳細的記錄接收，而能夠?qū)崿F(xiàn)多光譜遙感的傳感器主要就是多光譜相機，僅僅只需要進行一次拍攝，就可以形成多樣化的光譜影像。而輕小型無人機遙感系統(tǒng)則屬于低空遙感系統(tǒng)當中的關(guān)鍵組成部分，其具備著操作便捷、靈活性高以及成本較低等多種優(yōu)勢，這也使其在多個社會領(lǐng)域當中得到了應(yīng)用。

一、輕小型無人機多光譜遙感系統(tǒng)的基本概述

(一)無人機遙感系統(tǒng)

在完整的輕小型無人機遙感系統(tǒng)當中，其主要囊括了微小型傳感器、地面站系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及無人機平臺等。而其中的無人機平臺，就是承載無人機本體的平臺，其中涉及到了導航定位系統(tǒng)、傳感器以及飛控等多種設(shè)備；微小型傳感器則是安裝在無人機平臺當中，對各類遙感數(shù)據(jù)信息進行獲取控制的裝置，而其內(nèi)部存在的控制裝置，通常情況下會與飛控系統(tǒng)以及導航系統(tǒng)一同進行設(shè)計，這也使其擁有著記錄拍照位置、觸發(fā)控制傳感器等多種功能；地面站系統(tǒng)，能夠與飛控系統(tǒng)之間通過數(shù)據(jù)信息傳輸來展開通信，能夠?qū)崿F(xiàn)對于控制指令以及圖像數(shù)據(jù)的實時交互與實時傳輸。

(二)無人機平臺

輕小型無人機的具體飛行平臺，其具備著多樣化的特征，存在著固定翼無人機、多旋翼無人機以及無人直升機等多種類型。其中的無人直升機在起降方面十分靈活，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)自由的懸停，整體載重量也相對較大，但在操作方面卻相對較為復(fù)雜，這也使其產(chǎn)生了極大的成本；固定翼無人機則具備著續(xù)航能力強以及飛行速度快等主要特征，但卻很難根據(jù)實際需求來對速度進行調(diào)節(jié)，其整體飛行高度可以進行調(diào)整，能夠?qū)崿F(xiàn)低空飛行，成本方面也相對較低，然而，固定翼無人機的飛行時間則比較短，載荷能力也遠遠低于直升機。通常情況下，輕小型無人機的載荷為10kg，最大飛行高度則處在3 000m。而站在無人機平臺組成部分的角度上來看，其主要囊括了無人機機體、遙控器、地面站、能量系統(tǒng)與飛行控制系統(tǒng)等部分。其中的地面站負責完成必要的參數(shù)設(shè)置工作與航線規(guī)劃工作，這就使得地面站的智能化程度與自動化程度，會直接影響到無人機平臺的具體操作難度，而在對同一個地區(qū)展開重復(fù)性的觀測任務(wù)時，通過地面站航線信息就能夠更好的確保飛行任務(wù)的重復(fù)執(zhí)行。飛行控制系統(tǒng)則是對無人機直接進行操控的主要系統(tǒng)，能夠控制無人機的降落、起飛以及飛行姿態(tài)等，屬于整體無人機系統(tǒng)當中的重要技術(shù)[1]。

二、輕小型無人機多光譜信息獲取以及數(shù)據(jù)處理

(一)攝影測量處理

攝影測量處理，其主要就是將數(shù)量龐大的單波段多光譜圖像，進一步自動拼接成無縫連接的多光譜正射影像當中，并展開與之對應(yīng)的地理配準以及幾何校正工作。而隨著各類自動化攝影測量工具出現(xiàn)，這也為無人機多光譜技術(shù)的廣泛應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)，而其中需要注意的則是，多光譜圖像當中通常都具備著都中波段，其中用在特征匹配方面的波段，對于最終的匹配結(jié)果來說有著較大的影響，因此，這就需要進一步依據(jù)環(huán)境條件以及地物反射特征等多方面內(nèi)容展開針對性選擇，同時，無人機多光譜系統(tǒng)當中所獲得的多光譜圖片，大多都是利用飛機所搭載的GPS來展開必要的地理標記，在實際處理過程中，可以在具體的研究區(qū)域當中，設(shè)置出數(shù)量較多的地面控制點，從而實現(xiàn)厘米精度的地理定位，并且通過區(qū)域的具體覆蓋情況，也可以及時對地面控制點的數(shù)量進行調(diào)整控制。而圖像數(shù)據(jù)信息在經(jīng)過基本的對齊操作處理過后，就可以將相應(yīng)的控制點作為標記，將圖像進行重新定向，以大地坐標系的狀態(tài)加以呈現(xiàn)[2]。

(二)輻射校正

輻射校正可以進一步將傳感器當中的DN值有效轉(zhuǎn)變?yōu)閭鞲衅鞯幕据椛淞炼龋⑻峁┏鰧?yīng)的傳遞函數(shù)，不僅能夠克服雙向反射分布函數(shù)效應(yīng)以及太陽角度帶來的影響，還可以大幅度降低曝光時間以及陰影等客觀因素對傳感器具體測量值產(chǎn)生的不良影響。同時，由于輕小型無人機的具體飛行高度相對較低，這就使得無人機所拍攝下來的影像相對于衛(wèi)星影像來說，擁有著更加優(yōu)異的輻射均一性，能夠直接將大氣糾正這一步驟加以省略。而在正式進行輻射校正之前，則需要針對每一副需要進行校正的圖像展開背景噪聲的消除處理，還要消除其中存在的漸暈效應(yīng)，而圖像中所存在的主要噪聲源，可以將其劃分為相關(guān)噪聲以及信號無關(guān)噪聲，只要所產(chǎn)生的噪聲不超過模數(shù)轉(zhuǎn)換器當中存在的良好間隔，就可以忽略不計一些噪聲源。除此之外，漸暈與焦距也有著十分緊密的聯(lián)系，廣角鏡頭更是很容易受到這些內(nèi)容帶來的影響，這就需要展開必要的輻射校正，確保輕小型無人機多光譜遙感系統(tǒng)能夠得到更好地應(yīng)用。

三、輕小型無人機多光譜遙感系統(tǒng)的實際應(yīng)用

(一)地物識別與精細分類

更加精準的土地分類以及地物識別工作，其對于資源管理工作以及調(diào)查運營等工作的開展有著十分重要的作用，而通過無人機多光譜數(shù)據(jù)進行樹木表型、樹種識別以及雜草識別等內(nèi)容，更是取得了十分優(yōu)異的效果，在利用多光譜相機所獲取到的機構(gòu)信息、光譜信息以及紋理信息等，將其有效組合在一起就能夠?qū)崿F(xiàn)對于樹種的高效識別，同時，通過輕小型無人機多光譜相機得到的DSM信息以及光譜信息，能夠在農(nóng)業(yè)梯田方面的識別工作中發(fā)揮出重要作用，其主要識別精度甚至高達90%，特別是在北極苔原等地區(qū)當中，應(yīng)用紅外高分辨率無人機影像以及可見光無人機影像展開研究識別，能夠確保苔原中各種植被類型的識別精度可以達到84%，但由于不同種間的相似度較高，物種個體也比較小，導致物種很難得到準確區(qū)分。將校準完畢的多光譜數(shù)據(jù)信息作為主要的數(shù)據(jù)源，就可以利用中小型無人機所搭載的多光譜相機來對實驗地區(qū)展開評價研究，對其中存在的植物以及地物展開更加準確的分析。

(二)病蟲害的檢測分析

無論是在何種環(huán)境中，病蟲害都會對生產(chǎn)帶來的較大損失，只有通過早期診斷的方式才可以進一步降低所產(chǎn)生的損失。同時，植被在遭受到病蟲害過后，也會轉(zhuǎn)變自身的冠狀結(jié)構(gòu)與葉片色素，尤其是葉片中的葉綠素含量，更是會產(chǎn)生較大改變，這就可以采用那些對于葉綠素較為敏感的光譜特征來進行病蟲害遙感診斷。而站在植被危害的角度上來看，研究方面則主要在病害識別、病害監(jiān)測與病害指數(shù)提取等多種內(nèi)容，這些都可以利用輕小型無人機多光譜遙感技術(shù)加以實現(xiàn)[3]。

四、結(jié)語

在各類科學技術(shù)高速發(fā)展的背景下，輕小型無人機多光譜遙感技術(shù)更是得到了完善的發(fā)展優(yōu)化，這也使其在多個社會領(lǐng)域中得到了大力應(yīng)用。因此，這就需要進一步提升對于輕小型無人機多光譜遙感技術(shù)的重視程度，以此來實現(xiàn)更加高效的地物識別、精細檢測以及病蟲害檢測等多種工作內(nèi)容，在促進無人機多光譜遙感技術(shù)穩(wěn)定發(fā)展的同時，為我國整體科技水平的提升奠定堅實基礎(chǔ)。■