张北高草原高光谱数据获取及分析发表时间：2016-06-22 13:27 随着无人机低成本化和商业化的高速发展进程，基于无人机（UAV）的高光谱成像系统可以克服有人机飞机调度和飞行区域限制，以及卫星高光谱成像周期长，分辨率低的缺点，可以快速收集小面积或相对较大面积的高光谱图像数据，数据需要进行辐射和几何校正才能进行定量的科学分析。 利用高光谱分析技术提取水体油层厚度及分布，蓝绿藻和悬浮物等物质的特征波峰，采用定性或定量的分析方法，实现水体物质的识别与定量反演。高光谱遥感监测方法可以反映水质在空间和时间上的分布情况和变化，发现一些常规方法难以揭示的污染源和污染物迁移特征，而且具有监测范围广、速度快、成本低和便于进行长期动态监测的优势。 本文介绍了一个成熟、轻型、商业级成像光谱仪与工业级、耐久性无人驾驶飞行器的集成，并介绍了廊坊试飞采集高光谱数据的实验案列，并对实验的结果进行了评价分析。该实验验证了机载高光谱成像系统可以准确获取地面多种地物的光谱信息及分布，图像信息即可融合全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS）数据亦可获得的高精度的地理信息产品。 系统设计 系统组成及优点 无人机高光谱数据获取系统主要由无人机、高光谱相机、改造升级后的自稳云台组成、RGB成像系统。
二 性能参数 2.1 X820 八轴无人机 八轴无人机物理指标 轴间距：1920mm； 高度：800mm； 空机重量：小于8.5kg（不含标配动力电池） 八轴无人机性能指标 1.飞行升限：4000m； 2. 控制半径：2000m； 3. 作业高度：100m～2000m； 4. 续航时间：载重 8~10kg续航时间>30 min； 5. 最大升降速度：6m/s； 6. 极限巡航速度：10m/s； 7. 悬停精度：垂直方向±1m， 水平方向±1.5m； 8. 飞行方式：自主飞行(含自主起降)、手控飞行； 9. 最小起降场地：25m2； 10. 使用温度：-10℃～+50℃； 11. 环境湿度：≤95%； 12. 模块化设计：具备完全互换性； 13. 机载 POS：机载 POS 记录定点曝光姿态信息； 地面站技术指标 1.专业级平板电脑：CPU等级不低于Intel i5,内置硬盘存储空间不少于500G； 2.地面站预装授权 Windows 8.1 系统； 3.便携式无线数传电台：2.4G 电台通信距离约 2000 米,功率调节通信距离； 无人机安全指标 1.抗风强度：可抗6级（ 29-38km/h ）风速； 2.动力电池欠电压保护：当电池电压低时，手持地面站和遥控器给出预警信； Pika L航拍系统 高光谱相机技术指标： 光谱范围(nm) 400 – 1000 光谱分辨率(nm) 2.1 光谱通道数 281 空间通道数 900 每秒最大帧数(fps) 249 位深度 12 重量 (kg) 0.6 尺寸 (cm) 10.0 x 12.5 x 5.3 连接方式 USB 3.0 温度范围 (℃) 5-40 孔径 f/2.4 像元尺寸 (µm) 5.86 平均RMS半径 (µm) 6 Smile (峰峰值) (µm) 4 Keystone(峰峰值) (µm) 5 GPS/IMU惯性导航定位系统技术指标 型号：SBG Ellipse-N SBSA(m) 0.6 俯仰&横滚精度 0.2 朝向精度 1 重量(kg) 0.05 尺寸（cm）4.6 x 4.5 x 2.4 供电系统及控制电脑技术指标 内存及容量16 GB RAM, 480 GB SSD 处理器Intel Core i5-5250U, 2.7 GHz, dual core, 3MB cache 重量（kg） 0.46 供电 22V, 电池容量 3000 mAh 三 系统的集成与安装 将PIKA L 航拍系统组装完毕后，挂载云台支架上，进行机械调平。
将云台通过快装板安装至无人机底部。
飞行前，对整套系统进行检查 在飞行前或后用大疆精灵3对场地进行拍摄。 四 数据采集 天气条件：晴朗。 拍摄区域为张北草原腹地，由于草原地物纹理特征较少，除车辙及外围草中不同而呈现的纹理特征外，并无其他可识别的特征，故在飞行之前，提前铺设0.9×0.9米规格的红、黄、蓝、白布及1.5×2的黑布，以方便对数据的光谱及集合精度进行识别。 无人机使用天下图电脑终端飞控大师软件，自动起降，规划飞行航线，执行飞行任务。 大疆精灵3由手机端控制，自动起降，规划飞行航线，执行飞行任务。
五 数据展示 采用X820搭载PIKA L高光谱成像仪获取高光谱影像。航拍获得的其中一景高光谱数据立方体经过Resonon软件中的初步几何校正插件校正之后RGB真彩色。 精几何校正后结果如下图所示：
监督分类 通过建立地物样本，分别运用神经网络法及光谱角法对数据进行分类（样本一致），分类结果如下：
两种分类方法分类结果图 |
