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易科泰推出濕地遙感監(jiān)測技術(shù)方案
時間:2023-07-31    作者:易科泰 點擊量:

第五屆中國濕地遙感大會于2023年7月27日-29日在煙臺成功舉行,本屆會議圍繞“濕地遙感與濕地修復(fù)”主題,與第27個世界濕地日“修復(fù)濕地 刻不容緩”的主題相呼應(yīng),針對濕地遙感領(lǐng)域基礎(chǔ)理論、技術(shù)方法、科學(xué)數(shù)據(jù)集等方面的新成果、新進(jìn)展,以及國家和地方在濕地修復(fù)與保護(hù)等方面工作的新動態(tài)和新趨勢等開展交流與研討。

值此大會召開之際,作為長期致力于生態(tài)環(huán)境研究監(jiān)測領(lǐng)域技術(shù)推廣、研發(fā)與服務(wù)的國家高新技術(shù)企業(yè),北京易科泰生態(tài)技術(shù)公司推出系列無人機(jī)遙感及近地遙感監(jiān)測技術(shù)方案,為生態(tài)系統(tǒng)觀測、環(huán)境變化監(jiān)測、碳源匯監(jiān)測、水體遙感監(jiān)測、濕地植物多樣性及海洋藻類遙感監(jiān)測等領(lǐng)域提供全面解決方案。

1、ENVIS?近地遙感生態(tài)觀測系統(tǒng)

ENVIS?近地遙感生態(tài)觀測系統(tǒng),由軌道式近地遙感平臺、成像系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)(監(jiān)測系統(tǒng))組成,將點測量(Spot measurement)與成像測量(Space measurement)技術(shù)相結(jié)合,通過多源信息融合及建模反演,可滿足不同場景生態(tài)系統(tǒng)觀測需求。主要應(yīng)用于原位群落或生態(tài)系統(tǒng)(草原、濕地、農(nóng)業(yè)、林地等不同生態(tài)類型)、蒸滲儀系統(tǒng)生態(tài)結(jié)構(gòu)要素及其生態(tài)過程觀測。

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左圖:ENVIS?近地遙感生態(tài)觀測系統(tǒng);右圖:在南極利用OTC及葉綠素?zé)晒獗O(jiān)測模塊監(jiān)測小氣候?qū)Φ匾潞吞μ\光合過程的影響(引自:Barták M. et al. Long-term study on vegetation responses to manipulated warming using open top chambers installed in three contrasting Antarctic habitats. Electronic Conference on Interactions between Antarctic Life and Environmental Factors, IPY-related Research Brno, October 22th-23th, 2009)

主要技術(shù)特點:

ü  懸浮軌道近地遙感平臺專利技術(shù)(ZL 2020 2 0515701.X)與SpectraScan近地遙感平臺專利技術(shù)(ZL20212 1478998.8),ENVIS生態(tài)環(huán)境因子監(jiān)測技術(shù)(ZL 2019 2 2377914.0)

ü  標(biāo)配VNIR(400-1000nm)和SWIR(900-1700nm)高光譜成像觀測、Thermo-RGB成像觀測,選配激光雷達(dá)掃描分析

ü  點測量(Spot measurement)與成像測量(Space measurement)技術(shù)相結(jié)合,多源信息融合,建模反演,滿足不同場景生態(tài)系統(tǒng)觀測需求

ü  除空氣、土壤生態(tài)因子傳感器監(jiān)測外,植物點測量傳感器系統(tǒng)包括光譜監(jiān)測、冠層溫度監(jiān)測、葉綠素?zé)晒獗O(jiān)測等,還可選配空氣CO2、葉片溫度、植物莖流等傳感器

ü  可選配移動式點測量(葉片尺度或冠層尺度)儀器,如手持式葉綠素?zé)晒鉁y量儀、手持葉夾式高光譜儀(測量葉片光譜及VIs等)、便攜式光合儀、冠層NDVI/PRI測量儀等

ü  植被指數(shù)監(jiān)測:結(jié)構(gòu)指數(shù)、生理指數(shù)、色素指數(shù)、光合物候指數(shù)等,基于 LUE(光利用效率)的GPP 評估模型參數(shù)如 NDVI、EVI、NDWI、 MCARI、REP2 等

ü  葉綠素?zé)晒獗O(jiān)測:FLD3 SIF成像分析、 SIF指數(shù)監(jiān)測、 Fs穩(wěn)態(tài)熒光測量、LEDIF等

ü  Thermo-RGB融合成像分析,進(jìn)一步解析冠層不同光照組分光合作用等狀態(tài),研究分析環(huán)境(光照)、植物冠層結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)力等之間的相互關(guān)系

ü  組合命令+位置記憶:可一鍵注冊、記錄、保存、讀取XYZ位置信息,并自定義Protocols,自動移動精準(zhǔn)定位,適用于野外長期固定重復(fù)測量

ü  原位(in-situ)實時高時空分辨率、高通量(野外大型樣方)生態(tài)觀測

ü  可選配OTC-Auto濕地群落光合自動監(jiān)測系統(tǒng)

應(yīng)用案例:混合草地群落物種多樣性研究

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德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院地理和地理生態(tài)學(xué)研究所論證了近地光譜成像監(jiān)測+點測量數(shù)據(jù)應(yīng)用于半自動野外生態(tài)調(diào)查的可能性,對草地物種進(jìn)行了分類,并在物種和結(jié)構(gòu)多樣性不同梯度下估算其覆蓋范圍,且發(fā)現(xiàn)處于下位層的植物也可被較準(zhǔn)確地估算出來。(參考文獻(xiàn):Lopatin J,Fassnacht F E, Kattenborn T,et al.Mapping plant species in mixed grassland communities using close range imaging spectroscopy[J]. Remote Sensing of Environment, 2017,201:12-23.

2、PhenoPlot? SIF-高光譜成像近地遙感系統(tǒng)

PhenoPlot? SIF-高光譜成像近地遙感系統(tǒng)為輕便型或移動式高光譜成像與太陽光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒獬上瘢⊿IF)地面遙感系統(tǒng),基于SpectraScan近地遙感平臺、高光譜成像技術(shù)與夫瑯和費(fèi)線深度法SIF成像技術(shù)(通過FluorVision-SIF軟件進(jìn)行太陽光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒獬上穹治觯?,可通過SIF及植被結(jié)構(gòu)特征指數(shù)、植被冠層光合生理指數(shù),根據(jù)LUE模型分析GPP(總初級生產(chǎn)力)。

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目前國內(nèi)普遍采用基于海洋光學(xué)QE-Pro高光譜儀技術(shù)進(jìn)行冠層SIF測量監(jiān)測,其缺點為只能對視野范圍內(nèi)進(jìn)行“點測量”得到一個平均值,不能監(jiān)測空間分布差異。由易科泰生態(tài)技術(shù)公司根據(jù)夫瑯和費(fèi)譜線O2-A深度葉綠素?zé)晒馓崛LD3模型,研制生產(chǎn)并客戶定制系列SIF-高光譜成像近地遙感觀測儀器,可對視野范圍進(jìn)行高分辨率遙感成像分析,從而得到時間和空間分布差異。

主要技術(shù)特點:

ü  輕便型或移動式近地遙感平臺,也可客戶定制固定式懸浮雙規(guī)近地遙感平臺

ü  可進(jìn)行(植被反射光)高光譜成像分析

ü  可基于夫瑯和費(fèi)線深度法FLD3模型提取葉綠素?zé)晒猓‵760),進(jìn)行SIF成像分析

ü  可選配Thermo-RGB融合成像分析,區(qū)分陽光照射葉片和陰影葉片的氣孔導(dǎo)度響應(yīng)

ü  植被結(jié)構(gòu)指數(shù):可成像分析NDVI、RDVI、OSAVI、EVI、MCARI、MTVI等十幾個植被結(jié)構(gòu)指數(shù),并據(jù)此成像分析LAI等

ü  光合物候觀測指數(shù):可成像分析PRI570、PRI515、CCI、NIRv,并據(jù)此成像分析GPP

ü  FLD3 SIF成像分析、太陽光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒庵笖?shù)成像分析

ü  SIF(太陽光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒猓┏上穹治觯?62nm),結(jié)合LCpro T光合儀、FluorPen手持式葉綠素?zé)晒鈨x等,全面分析植物葉片水平、冠層水平及景觀水平光合作用生理生態(tài)狀況

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上左圖:植物反射光譜及反射率(白板校準(zhǔn)),注意762nm的O2-A吸收峰值;上右圖:銅錢草葉綠素?zé)晒夤庾V,其中藍(lán)色曲線為施加敵草?。―CMU)、紅色未施加敵草隆;下圖為銅錢草太陽光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒獬上?,其中左邊為未施加敵草隆,右邊施加敵草隆,施加敵草隆后由于PSII QA電子傳遞被抑制(光化熒光淬滅阻斷),葉綠素?zé)晒庠鰪?qiáng)(上述數(shù)據(jù)均來自易科泰光譜成像與無人機(jī)遙感技術(shù)研究中心)

3、Ecodrone? UAS-4輕便型一體式多光譜-紅外熱成像遙感系統(tǒng)

Ecodrone? UAS-4輕便型一體式多光譜-紅外熱成像遙感系統(tǒng),基于易科泰自主專利UAS-4遙感平臺技術(shù),兼具輕便型、多功能、一體化、多傳感器特點,可為生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測、濕地及水資源研究、土地資源調(diào)查、環(huán)境保護(hù)研究提供大范圍、高精度、數(shù)字化的解決方案,如水色水質(zhì)調(diào)查、水體葉綠素含量反演、泥沙含量分析、國土資源調(diào)查、森林覆蓋及物種研究、生態(tài)環(huán)境要素動態(tài)監(jiān)測等。

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主要技術(shù)特點:

ü  自主專利UAS-4平臺,榮獲第24屆中國楊凌農(nóng)業(yè)高新科技成果博覽會“后稷獎”

ü  同時搭載多光譜成像、紅外熱成像及RGB成像,作業(yè)時間大于20分鐘

ü  一次飛行可同步獲取5/10個光譜波段、紅外熱成像/CWSI成像數(shù)據(jù)、RGB,作業(yè)效率事半功倍

ü  厘米級多光譜地面分辨率,50m高度地面分辨率達(dá)3.4cm,30m高度地面分辨率可達(dá)2cm

ü  Thermo-RGB:640×512像素,多點黑體校準(zhǔn),靈敏度50或30mK,測溫范圍-25℃-150℃/-40℃-550℃,在線實時溫度測量分析,10倍光學(xué)變焦RGB鏡頭,全高清畫質(zhì),磁編碼自穩(wěn)云臺,實時姿態(tài)調(diào)整,可選配CWSI成像,實時測量作物水分脅迫指數(shù)

ü  應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境調(diào)查監(jiān)測、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究、病蟲害監(jiān)測、農(nóng)作物產(chǎn)量評估、生物多樣性監(jiān)測等

應(yīng)用案例:內(nèi)陸及海岸帶濕地水質(zhì)監(jiān)測

內(nèi)陸及海岸帶水體濕地監(jiān)測污染物主要有三類,分別為浮游植物(主要是藻類,含葉綠素a)、非色素懸浮物(簡稱懸浮物,包含有機(jī)碎屑及無機(jī)懸浮顆粒)、有色可溶性有機(jī)物(CDOM,由黃腐酸、腐殖酸組成的溶解性有機(jī)物)。下圖為某市郊區(qū)河谷濕地,該區(qū)域內(nèi)地物豐富,河流、灌叢、裸地交錯分布,使用無人機(jī)遙感成像技術(shù)采集該區(qū)域的光譜及影像數(shù)據(jù),從而進(jìn)行水體參數(shù)反演。

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上圖自左至右依次為:原始真彩影像、假彩色影像、NDWI指數(shù)圖

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上圖自左至右依次為:葉綠素a反演、懸浮物含量反演、可溶有機(jī)物(CDOM)濃度 

4、Ecodrone?一體式高光譜-紅外熱成像-激光雷達(dá)無人機(jī)遙感系統(tǒng)

Ecodrone?一體式高光譜-紅外熱成像-激光雷達(dá)無人機(jī)遙感系統(tǒng),采用自主設(shè)計研發(fā)UAS-8專業(yè)遙感無人機(jī)平臺和國際先進(jìn)傳感器系統(tǒng),包括VNIR/NIR波段高光譜成像、紅外熱成像、和激光雷達(dá),曾先后榮獲2021年《質(zhì)量與認(rèn)證》“十大新銳產(chǎn)品”及2023深圳國際生態(tài)環(huán)境監(jiān)測產(chǎn)業(yè)博覽會“生態(tài)環(huán)境監(jiān)測創(chuàng)新產(chǎn)品”獎。

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主要技術(shù)特點:

ü  8旋翼專業(yè)無人機(jī)遙感平臺,負(fù)載最高可達(dá)20kg,續(xù)航時間大于20分鐘

ü  采用芬蘭Specim AFX系列高光譜成像傳感器和法國YellowScan激光雷達(dá)系統(tǒng)

ü  厘米級地面分辨率,50m高度高光譜成像地面分辨率達(dá)3.5cm,30m高度地面分辨率可達(dá)2cm

ü  50m高單樣線飛行作業(yè)可自動采集形成寬度36m的樣帶高光譜成像大數(shù)據(jù)

ü  高分辨率Thermo-RGB傳感器,空間分辨率640x512像素,IR高分辨率模式可達(dá)1266x1010像素,測溫靈敏度可達(dá)0.03°C

ü  高密度三維點云,精確度2.5cm,最高可達(dá)3次回波,50m飛行高度點云密度700pts/平方米;可選配高精確度LiDAR系統(tǒng),精確度可達(dá)0.5cm、回波達(dá)15次

ü  建議選配易科泰匹配提供的手持式葉綠素?zé)晒鈨x、手持葉夾式高光譜儀、便攜式LCpro T光合儀,以測量穩(wěn)態(tài)葉綠素?zé)晒釬t、植物光譜反射指數(shù)VIs、光合作用及氣孔導(dǎo)度等參數(shù)

ü  可選配OTC-Auto自動開啟式光合呼吸監(jiān)測系統(tǒng),測量監(jiān)測CO2通量及H2O通量,并測量分析GEP(Gross Ecosystem Productivity)

ü  可基于弗朗霍夫譜線FLD模型提取SIF(Solar-Induced-Fluorescence)(易科泰提供技術(shù)方法和分析軟件、參考文獻(xiàn)),無人機(jī)遙感Mapping Photosynthesis

ü  同步獲取高光譜數(shù)據(jù)、紅外輻射照片、視頻與激光雷達(dá)數(shù)據(jù),應(yīng)用軟件可進(jìn)行剖面分析、點云測量等,直接導(dǎo)出高密度三維點云、三維測量數(shù)據(jù)、地面點云、DSM、DTM、DHM等

應(yīng)用案例:人工水體葉綠素a含量反演

葉綠素a是藻類的重要組成成分之一,其濃度常用于評估浮游植物的生物量,可作為水體富營養(yǎng)化的評價指標(biāo)。易科泰光譜成像與無人機(jī)遙感技術(shù)研究中心技術(shù)人員使用Ecodrone?無人機(jī)高光譜遙感系統(tǒng),對某人工水渠進(jìn)行高光譜成像,分析其反射光譜,并通過模型反演葉綠素a的濃度,進(jìn)一步分析該水渠富營養(yǎng)化程度。

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左圖:水體中不同目標(biāo)的反射光譜,右圖:基于不同模型的葉綠素a濃度反演指數(shù)。通過反射光譜可知,水體中的植被在水的影響下,其反射光譜明顯低于岸邊植被。

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如上圖依次為:a)高光譜真彩色合成圖,b)800/650/550nm合成圖,c)歸一化葉綠素指數(shù)NDCI,d)歸一化葉綠素色素比率指數(shù)NCPI,比值指數(shù)SR。對比高光譜合成圖發(fā)現(xiàn),在水體植被附近,NCPI和SR指數(shù)顯著高于其他區(qū)域,可能與富營養(yǎng)化后水體中產(chǎn)生大量藻類有關(guān),且初步結(jié)果顯示NCPI和SR模型對葉綠素a反演精度高于NDCI。


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