高光譜遙感作業應用方案

　　1. 系統組成

　　垂直起降固定翼高光譜遙感成像系統采用固定翼飛機，集成自主研發的ZK-VNIR-FPG480高光譜成像儀、高速數據采集控制器和高精度定位裝置，可實現高質量光譜數據實時采集、存儲，返回地面后可快速瀏覽和處理高光譜數據。整套系統可實現單架次90分鐘高光譜作業，單向最大航程135km，可滿足長遠距離、大范圍的高光譜成像作業及應用需求。

　　(1)閃電F-28垂直起降固定翼飛機

　　閃電F-28電動垂直起降固定翼無人機，具備速度快、載重大、航程遠的特點，最大起飛重量18kg，巡航速度70-100km/h，最大續航時間2h，航程可達135km，抗風6級。該型飛機可靠性高，智能化巡航，一鍵起降，對起降場地和操作人員無高難度要求。

　　圖1 閃電F-28垂直起降固定翼無人機

　　(2)ZK-VNIR-FPG480輕小型機載高光譜成像儀

　　ZK-VNIR-FPG480輕小型機載高光譜成像儀，可搭載多種無人機平臺，實現高質量光譜數據實時采集、存儲。設備單體重量1.4kg，譜段范圍400～1000nm，光譜分辨率3nm，空間分辨率0.9m(1km飛行高度@35mm鏡頭)，可更換鏡頭，最高幀頻80fps，可以滿足多型飛機的巡航速度。

　　圖2 ZK-VNIR-FPG480輕小型機載高光譜成像儀

　　2. 外場作業流程

　　圖3 機載高光譜數據采集外場作業流程圖

　　2.1 飛行航線規劃

　　根據作業區域范圍規劃飛行航線。通常按作業區域的長度方向進行規劃，飛行高度按300米計算，地面分辨率0.57m，單向航帶幅寬250米，飛機巡航速度為70-100km/h，單架次飛行有效安全距離可以達到100多公里。一天作業按3架次計算，作業距離可以達到300多公里。

　　2.2 空域申請

　　因為飛行高度已經超過120米，需提前向航管部門申請任務地點周邊空域，并提前上報飛行計劃，針對任務作業總時間要求，建議空域申請時，考慮天氣原因等因素影響，空域使用時間申請時，需留有一定余量。

　　2.3 飛行條件保障

　　a) 作業團隊成員包括負責人、飛行操作手、高光譜設備工程師、地面站工程師等等;

　　b)交通保障要求：需要中大型SUV或公務艙級別的車輛用于運輸和轉場;

　　c)其他作業保障：需有便利的充電場所。

　　3. 內業數據處理流程

　　內業數據處理包括高光譜數據預處理和水質參數反演。

　　3.1 高光譜數據預處理

　　高光譜遙感數據預處理主要對外場采集的原始數據進行輻射校正、光譜定標、反射率計算、幾何校正、影像拼接等操作，作業流程見圖4。

　　圖4 高光譜遙感數據預處理流程

　　高光譜遙感數據預處理主要使用了自主開發的高光譜數據預處理軟件HSDPS V2.0(見圖5)。HSDPS軟件對原始的光譜數據去除探測器的條紋噪聲，標定光譜中心波長，計算數據的反射率，對影像的地理位置和正射關系進行校正。

　　圖5 高光譜數據預處理軟件HSDPS V2.0

　　3.2水質參數反演處理

　　首先基于經過預處理的高光譜反射率數據通過提取水體，然后分別導入各水質參數開放式反演算法，對提取的水體高光譜數據進行葉綠素a、藻藍素、懸浮物、總氮、總磷、氨氮、COD等指標定量反演，最后對反演結果進行統計學分析和評估，結合衛星地圖或正射地圖，制成水體各參數的可視化效果影像，處理流程見圖6。

　　圖6 水體參數反演流程圖