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基于多光譜成像與紅外熱成像技術的作物表型、農業應用方案
發布時間： 2019-10-14 點擊次數： 6010次在變暖與水資源枯竭的背景下，作物冠層葉綠素效率、水分有效利用與水分脅迫成為作物表型分析、遺傳育種、灌溉管理等重要的研究課題。易科泰生態技術公司以自主研發的EcoDrone無人機遙感技術為基礎，引進成熟的多光譜及紅外熱成像技術，為作物表型及農業研究提供全新的應用方案。
易科泰公司憑借多年在農業、林業、生態環境領域儀器技術研發集成及推廣經驗，結合多光譜成像及紅外熱成像技術的*優勢，將其引入EcoDrone專業無人機遙感平臺和陸基作物表型測量監測平臺，通過選配多光譜、紅外熱成像、高光譜及葉綠素熒光成像技術，并配合土壤水分、空氣溫濕度、莖流等監測網絡，組成完整的陸空雙基作物數字化系統，從而使農業研究手段由事后分析評價階段轉為事中控制及事先預防階段，為野外大田作物表型研究、水分脅迫監測、產量預估、農業及指導灌溉等方面，提供方便、快速、一體化的解決方案。
一 EcoDrone專業無人機遙感平臺
1.1 UAS-4輕便型無人機
主要特點：
自主研發4旋翼便攜型專業無人機平臺（zhuanli號ZL 2016 2 1103365.8），榮獲第24屆中國楊凌農業高新科技博覽會“后稷獎”
空機懸停時間達高60分鐘，有效作業時間可達50分鐘以上
具備信號干擾保護，故障保護，低電壓自動保護，一鍵自動返航降落功能
標配高清RGB鏡頭實時圖像回傳，飛行現場盡收眼底。
模塊式設計、強大的可擴展性能和兼容性，可自由隨時隨地更換監測設備、滿足各種野外監測要求，可同時搭載2種不同的監測設備如高清RGB相機、紅外熱成像和多光譜相機等
可選配RGB鏡頭、多光譜鏡頭、NDVI鏡頭、紅外熱成像鏡頭、空氣質量監測模塊等
專家支持，包括無人機專家、光譜遙感專家、生態環境專家等
專業無人機遙感技術支持、培訓主要技術指標：
裸機重量1850g，標配起飛重量4600g（包括電池、云臺、鏡頭），大起飛重量8000g
外形尺寸：916mm x 916mm x 220mm（螺旋槳及支架等展開），對稱軸距650mm
抗風能力：5級（8m/s 、28.8km/h)
抗雨能力：在小雨天氣可執行作業任務，但是不推薦雨天作業
高精度GPS模塊，支持GPS／北斗雙模
具備航點導航、定點、懸停、定高、航線、區域覆蓋、環繞及跟隨（follow-me模式，需地面站支持）等飛行模式，具備“黑匣子”功能模塊等
遙控器：工作頻率840MHz，通道數10，發射功率（EIRP）FCC 100 dBm，控制距離5km（無干擾環境下可達15km）
在線圖傳（FPV接收）：工作頻段5.8G，支持DVR黑匣子功能，大距離5km
地面站軟件（筆記本電腦用戶自備）：一站式智能軟件系統，具備飛行監控、參數設置、語音報讀功能，內嵌地形地貌數據，全自動規劃航線，支持一鍵返航1.2 UAS-8 多光譜與紅外熱成像無人機遙感平臺
主要特點：
自主研發8旋翼多功能無人機平臺，適應高海拔、低氣壓等復雜嚴苛環境，海拔5000m以上高原地區可安全作業。
強大的可擴展性能和兼容性，多可同時搭載3種不同傳感器，實現一機多能。
一次飛行可同時搭載10通道雙機多光譜成像系統、雙光紅外熱成像及RGB相機，同步獲取10通道多光譜數據、紅外熱成像數據、RGB彩色影像，真正做到事半功倍。
可選配RGB鏡頭、多光譜鏡頭、高光譜鏡頭、3D LiDAR傳感器、NDVI專業鏡頭、紅外熱成像鏡頭、空氣質量監測系統等。
采用開源框架，集成自主雙機熱備份飛控，多重保護確保飛行安全。
專家支持，包括無人機專家、遙感專家、生態環境專家等。
主要技術指標：
大起飛重量16Kg，有效載荷6Kg。
大懸停時間： 50min（無負載），40min（負載1.5kg）。
抗風性能：5級風可安全飛行（10m/s）、瞬間可承受6級風(13m/s)。
抗雨能力：小雨天氣可執行作業任務，但是不推薦雨天作業。
標配高清RGB鏡頭實時圖像回傳，飛行現場盡收眼底。
遙控器工作頻率：840MHz，大通信距離（無干擾、無阻擋）：≥15km
等效全向輻射功率（EIRP）：10dBm@900M、13dBm@5.8G、20dBm@2.4G
視頻輸出接口：HDMI，SDI，USB
協同功能：支持多機互聯
地面站軟件（筆記本電腦用戶自備）：一站式智能軟件系統，具備飛行監控、參數設置、語音報讀功能，內嵌地形地貌數據，全自動規劃航線，支持一鍵返航二 光譜成像傳感器技術
2.1 RedEdge-MX多光譜成像相機
RedEdge-MX相機，集入射光傳感器（DLS）與GPS于一體，全身鋁合金打造，是一款美觀大氣、堅固耐用并久經考驗的專業無人機載多光譜傳感器。，可無縫集成于EcoDrone UAS-4/8平臺，組成即時可用的科研級無人機多光譜遙感系統，是市場上靈活、實用的解決方案之一。
主要特點：
l 一次飛行可同步獲取5個窄帶光譜波段。
l 高影像分辨率：120m飛行高度時分辨率可達8cm。
l SD卡存儲全部帶有地理位置標簽的影像。
l 直觀的網絡設置界面，可通過Wi-Fi設置，獨立工作。
l 全新鋁制機身，更耐用，更耐高溫。
l 用于、可重復測量的經輻射計量校準的光譜成像儀。
l *訪問原始數據，可以使用多種處理分析平臺生成輸出。
應用領域：
l 作物表型及農業
l 作物長勢和農情監測
l 農業災害脅迫監測評估
l 生態環境調查監測
l 水資源規劃管理
l 土壤侵蝕監測評估
l 地理信息系統
2.2 10通道多光譜成像系統
10通道多光譜成像系統，是在RedEdge-MX基礎上，新增RedEdge-MX Blue相機，組成同步10通道多光譜成像解決方案，用于別遙感和農業研究。本系統以新的RedEdge-MX Blue為特色，在原有5個標準波段基礎上，加上一組新的濾波器，使更多、更詳細的分析成為可能，如淺水環境監測和葉綠素效率及植物紅邊坡度的詳細分析。
主要特點：
l 一次飛行同步獲取10通道多光譜影像，飛行作業事半功倍
l 同一無人機即可同時搭載RedEdge-MX和RedEdge-MX Blue，無需更換無人機平臺
l 結合下行光傳感器和GPS進行流線型集成，確保的環境光校準
l 雙機共用一套DLS和GPS，節省成本和重量的同時，確保雙機同時、同步、同光線
l 可與EcoDrone UAS-4/8無人機平臺組成即飛即用（Ready-to-fly）系統
l 配備固定支架和快速安裝連接器，可兼容DJI等無人機平臺
l 利用新增的海岸藍色波段監測淺水環境（氣溶膠、浮質等）
l 利用新增的紅、綠及兩個紅邊波段詳細分析葉綠素效率或紅邊坡度
l 兩相機波段可任意互換使用，允許用戶創建多種新的指數模型及詳細分析
技術參數：
重量
508.8g（含兩個傳感器、雙機安裝板、DLS2、線纜）
尺寸
8.7cm×12.3cm×7.6cm
電源
4.2-18.8V DC
光譜波段
海岸藍（444,28）、綠（531,14）、紅（650,16）、紅邊（705,10）、紅邊（740,18）
藍（475,32）、綠（560,27）、紅（668,14）、紅邊（717,12）、近紅外（842,57）
RGB輸出
3.6MP（全局快門，所有波段均對齊）
分辨率
1280×960（單波段1.2MP）
地面采樣間隔
8cm/像素（120m相對高度）
拍攝速率
1秒/次，全部波段
接口
串口通訊，10/100/1000以太網，可移除Wi-Fi，外部觸發，GPS，SDHC
視場角
47.2°
觸發選項
定時模式、重疊模式、外部觸發模式、人工觸發模式
溫度
0-40℃環境（無氣流）；0-50℃環境（氣流＞0.5m/s）
套裝內容
RedEdge-MX傳感器、RedEdge-MX Blue傳感器、鏡頭保護蓋、反射校準板、DLS及GPS、線纜、安裝螺絲、快速轉接板、硬質運輸箱
應用領域：
l 作物表型及農業
l 作物長勢和農情監測
l 農業災害脅迫監測
l 生態環境調查監測
l 淺水環境監測
l 植物葉綠素效率評估
2.3 WIRIS ProSc高精度紅外熱成像系統
——擁有超高的溫度靈敏度和精度、的服務和軟件分析技術支持
WIRIS ProSc是一款先進的熱成像相機，適用于農業、作物表型研究、森林管理、景觀生態、環境及氣候變化研究、建筑結構研究（大壩、煙囪、橋梁）、地質、考古等復雜嚴苛、具挑戰性的應用領域。
主要特點：
Ø 具備超紅外分辨率功能：可達1280×1024像素
Ø RGB鏡頭具備全高清畫質(1920×1080像素)分辨率，并提供了的光學變焦功能，可達10倍變焦，遠距離成像清晰可辯。
Ø 超大的256GB SSD數據存儲
Ø 提供可用于開發自定義應用程序的SDK工具包
Ø 超高的熱靈敏度（＜30mk）
Ø 真正的低溫漂移（即使長航時作業）
Ø 具有*均勻性的熱圖
Ø 特殊氣候室中校準，無論在測量不同溫度，還是在不同工作溫度下的測量，均達到了的精度：±2°C或±2%。
2.4 WIRIS Agro作物水分脅迫成像測量系統
——實時CWSI測量及生物量覆蓋評估，空陸雙基兩用的農業研究利器
主要特點：
l 水狀況監測-監測水分脅迫：
作物在生長季節的缺水狀況。無論作物是否灌溉。特殊彩色地圖“Crop”和“CropStep”可用。實時可視化顯示大田及作物自身水分分布狀況。
l 灌溉管理：
灌溉系統優化既包括確定合適的土壤傳感器位置，也包括結構優化。特殊彩色地圖“Water”和“WaterStep”可用。實時可視化顯示需要灌溉或無需灌溉的大田作物分布狀況。
l 表型研究：
不同的植物品種對可用水量敏感程度。Agro相機將幫助您確定與其他物種的植物相比，特定物種的植物處于水脅迫的頻率。
l 專業分析軟件-CWSI Analyzer：
CWSI Analyzer是一款用于處理CWSI圖像的桌面軟件。它允許設置正確計算CWSI所需的參數，包括表格和附加測量。該軟件的優勢是預定義的常見作物，能夠同時處理數數百幅圖像。
l 指數量化分析：
實時獲取CWSI及計算生成生物量覆蓋指數，
l 堅固、優美的結構設計：
輕質鋁合金外殼防護，為適應工業、野外環境使用，避免相機損壞的潛在風險。
應用領域：
l 農業、智慧農業
l 植物干旱脅迫分析
l 土壤水分監測保墑
l 植物表型研究
l 作物產量預估
l 農業灌溉管理
l 森林資源管理
l 海洋科學研究
附：EcoDrone無人機遙感技術應用案例集錦
