高光谱遥感作业应用方案

　　1. 系统组成

　　垂直起降固定翼高光谱遥感成像系统采用固定翼飞机，集成自主研发的ZK-VNIR-FPG480高光谱成像仪、高速数据采集控制器和高精度定位装置，可实现高质量光谱数据实时采集、存储，返回地面后可快速浏览和处理高光谱数据。整套系统可实现单架次90分钟高光谱作业，单向最大航程135km，可满足长远距离、大范围的高光谱成像作业及应用需求。

　　(1)闪电F-28垂直起降固定翼飞机

　　闪电F-28电动垂直起降固定翼无人机，具备速度快、载重大、航程远的特点，最大起飞重量18kg，巡航速度70-100km/h，最大续航时间2h，航程可达135km，抗风6级。该型飞机可靠性高，智能化巡航，一键起降，对起降场地和操作人员无高难度要求。

　　图1 闪电F-28垂直起降固定翼无人机

　　(2)ZK-VNIR-FPG480轻小型机载高光谱成像仪

　　ZK-VNIR-FPG480轻小型机载高光谱成像仪，可搭载多种无人机平台，实现高质量光谱数据实时采集、存储。设备单体重量1.4kg，谱段范围400～1000nm，光谱分辨率3nm，空间分辨率0.9m(1km飞行高度@35mm镜头)，可更换镜头，最高帧频80fps，可以满足多型飞机的巡航速度。

　　图2 ZK-VNIR-FPG480轻小型机载高光谱成像仪

　　2. 外场作业流程

　　图3 机载高光谱数据采集外场作业流程图

　　2.1 飞行航线规划

　　根据作业区域范围规划飞行航线。通常按作业区域的长度方向进行规划，飞行高度按300米计算，地面分辨率0.57m，单向航带幅宽250米，飞机巡航速度为70-100km/h，单架次飞行有效安全距离可以达到100多公里。一天作业按3架次计算，作业距离可以达到300多公里。

　　2.2 空域申请

　　因为飞行高度已经超过120米，需提前向航管部门申请任务地点周边空域，并提前上报飞行计划，针对任务作业总时间要求，建议空域申请时，考虑天气原因等因素影响，空域使用时间申请时，需留有一定余量。

　　2.3 飞行条件保障

　　a) 作业团队成员包括负责人、飞行操作手、高光谱设备工程师、地面站工程师等等;

　　b)交通保障要求：需要中大型SUV或公务舱级别的车辆用于运输和转场;

　　c)其他作业保障：需有便利的充电场所。

　　3. 内业数据处理流程

　　内业数据处理包括高光谱数据预处理和水质参数反演。

　　3.1 高光谱数据预处理

　　高光谱遥感数据预处理主要对外场采集的原始数据进行辐射校正、光谱定标、反射率计算、几何校正、影像拼接等操作，作业流程见图4。

　　图4 高光谱遥感数据预处理流程

　　高光谱遥感数据预处理主要使用了自主开发的高光谱数据预处理软件HSDPS V2.0(见图5)。HSDPS软件对原始的光谱数据去除探测器的条纹噪声，标定光谱中心波长，计算数据的反射率，对影像的地理位置和正射关系进行校正。

　　图5 高光谱数据预处理软件HSDPS V2.0

　　3.2水质参数反演处理

　　首先基于经过预处理的高光谱反射率数据通过提取水体，然后分别导入各水质参数开放式反演算法，对提取的水体高光谱数据进行叶绿素a、藻蓝素、悬浮物、总氮、总磷、氨氮、COD等指标定量反演，最后对反演结果进行统计学分析和评估，结合卫星地图或正射地图，制成水体各参数的可视化效果影像，处理流程见图6。

　　图6 水体参数反演流程图