无人机遥感河道监测方案

一、概述

目前，传统的河道水资源监测主要依据相关部门管理需求和经济允许条件通过布设断面监测站点，依靠地面人工或半自动监测手段获取水资源信息。这种传统的监测方法具有存在监测盲区、检测周期长、耗费人力物力等缺点。

针对这一情况，杭州高谱*的无人机载高光谱成像系统，能够全面、高效地解决水环境监测环节中所遇到的问题，具有*、真实、范围广、时效性强等优点，满足水污染的治理需求，并且可以做到常规巡检和应急监测一体化，提供更高效、便捷的水环境监测方式。

二、系统简介

无人机高光谱监测系统是将高光谱成像仪搭载在无人机上，实现对河道水体的图像及光谱信息采集。高光谱数据具有“图谱合一”的特点，光谱信息可用于分析物质成分和含量，实现对水体污染物和污染程度的快速监测；成像信息可用于对物质成分和含量分析实现精确定位；二者结合可以高效实现较大区域的河道污染分布分析和监测。

图1 无人机高光谱监测系统

我司系统由高光谱相机（HY-1030）、稳定云台、机载数据采集与存储系统、高清相机、机载电源、地面站等组成。支持多载荷同步触发拍照实现高精度高光谱图像拼接、可见光正射影像拼接、三维建模，真正实现一机多用，提高了无人机作业效率。小型地面站设计不仅为定位模块提供RTK功能还实现了载荷远程控制，提升了用户体验。本系统性能优异、集成度高，支持多种应用场景，能够根据应用场合进行定制化开发与升级。具体技术指标如下：

数据可支持反演的水质参数指标如下：

三、监测流程

图2 实际监测流程

无人机高光谱系统作业效率较高，根据作业区域和分辨率需求选择合适的飞行参数（高度、速度等），合理规划航迹并设置对应的高光谱相机参数即可进行数据采集。以飞行高度100m为例，其视场覆盖宽度大约35m，飞行速度4.5m/s，作业时需架设标准反射率板以获取太阳光谱分布情况便于后期将数据归一化为反射率数值。

将采集到的高光谱数据经过一系列的数据处理与分析，可以得出不同光谱曲线对应的具体指标数值，结合GPS定位信息可以将水质参数指标分布映射到地图中实现污染物鉴定及其区域定位。

四、应用案例

本套系统于2019年11月*日在江苏省xx市某河道进行飞行检测，如图3所示为本次飞行的航迹规划图，图4为原始数据图，图5为数据处理后水质参数含量图，上图为总磷沿河道的空间分布情况，中图为溶解氧沿河道的分布情况，下图为CODmn 沿河道的分布情况，比例尺如左下角所示。

图3 航迹规划图

图4 原始数据图

图5 水质参数含量图

本次测量选取了航线内某地的水质样本进行化学分析，将其分析结果与高光谱相机数据处理结果进行对比，其对比结果如表1所示，从表中可以看出无人机高光谱系统测量水质具有较高的准确性和精确度。

表1 数据结果对比