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EcoDrone无人机多光谱遥感 ——在矿区生态修复研究中的应用案例

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      目前,国家大力提倡生态文明建设,特别强调加大耕地保护力度,恢复矿山占用和被破坏的耕地面积迫在眉睫,我国在这方面也做了大量的工作,然而根据《2012年中国国土资源统计年鉴》统计,我国尚有80%左右的矿业废弃地尚未修复,国内矿区生态修复工作任重道远。

      由于矿区分布零散,面积相对较小,采用传统方法获取矿区不同时相的影像资料,需要定期利用航空或航天手段,成本高昂,分辨率低。无论从经济、效率还是质量方面均已不适宜现阶段研究。随着无人机遥感技术的兴起,易科泰紧跟前沿科技步伐,自主设计研发了EcoDrone无人机多光谱遥感系统,搭配专业地面光谱测量系统,以其优异的性能、高效的作业及低廉的成本在矿区生态修复研究中倍受亲睐。

研究区概况

      本次研究区为河北境内某铁矿矿区,总面积约5Km²。当地为暖温带半湿润季风气候,夏季降雨量充沛。研究区内由于生态恢复良好,植被较为茂密;由于前期采矿,导致地形高差较大,有大面积水域;铁矿导致研究区地磁环境复杂。上述环境对航摄时间选择、无人机性能、飞控人员操控、以及数据后处理均有很大考验。

图1 研究区照片

数据获取

2017年8月11至13日,易科泰无人机遥感事业部运用自主研发设计的UAS-4四旋翼无人机遥感平台搭载RedEdge5通道多光谱相机对河北某矿区进行无人机多光谱遥感数据获取。本研究课题从技术设计、航摄实施到数据处理检查全过程严格按照《数字航空摄影规范 第1部分:框幅式数字航空摄影》(GB/T 27920.1-2011)、《无人机航摄系统技术要求》(CH/Z 3002-2010)、《数字测绘成果质量检查与验收》(GB/T 18316-2008)等相关规范要求,圆满完成预定区域数据采集工作。

图2  无人机现场作业

图3  Spectrosense手持式光谱测量系统实地测量NDVI

表1 技术参数及数据信息

 

相机

数据

波段数

分辨率

焦距

像元大小

像幅

面积

相对航高

实际分辨率

影像数量

5

8cm/120m

5.5mm

3.75μm

1280×960

5km2

130m

8.6cm

6240*5

数据处理分析

(1)色彩融合

本次作业过程中由于受雨天、云影以及强地磁环境影响,软件全自动处理后存在小部分色差、拼接漏洞问题,需要经过人工编辑处理消除。

图4 RGB影像(部分)人工处理前后对比

(2)DEM内插

由于水体匹配漏洞、地形起伏引起的投影差存在,自动生成的DEM需要经过平滑内插消除高程误差,才能用于后期专业分析。

图5 DEM构TIN内插

(3)NDVI对比校准

由于影像存在投影差导致地物有变形,因此通过光谱波段提取的NDVI值在影像变形大的区域存在较大误差。我们可通过Spectrosense地面光谱测量系统实地测得精确NDVI值对其进行精度检验和校准,从而可获得高精度的NDVI值。

表2 NDVI实测检验对比

检查点号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

直接测定

-0.11

0.78

0.84

0.84

0.42

0.79

0.82

0.73

-0.11

影像提取

-0.011

0.614

0.701

0.625

0.427

0.704

0.688

0.657

0.062

较差

-0.099

0.166

0.139

0.215

-0.007

0.086

0.132

0.073

-0.172

中误差

0.134

注:高精度检验中误差计算公式:

图6  左图为影像提取NDVI值 右图为Spectrosense直接测定NDVI值

由中误差看出,影像提取的NDVI和Spectrosense直接测得NDVI存在较大误差,引起原因主要是Spectrosesnse传感器经余弦校准测得方圆0.6m²的均值,而本次影像获取由于雨后植被叶面未干,且相机没有进行精确反射校准而存在杂波和畸变,提取NDVI会存在误差。因此,红外摄影必须避开雨后初晴或露水较大时段。

小结

EcoDrone无人机多光谱遥感系统从技术路线设计、实际作业执行、飞行保障到数据后处理整个技术体系合理高效,完全满足科学研究对于数据质量、现势性、数据完整性以及精度的严格要求。其高效便捷的作业流程在本次矿区数据获取处理任务中,得到了客户的高度认可。依靠易科泰生态技术有限公司在生态领域积累的丰富技术及经验,EcoDrone无人机遥感系统在矿区生态修复研究领域必将展现广阔的发展前景。

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