【典型案例】多光譜遙感技術(shù)在廣域水體中的應(yīng)用集錦
2023-11-17 11:51:18AI云資訊1085
廣域水體監(jiān)測作為生態(tài)環(huán)保、水產(chǎn)養(yǎng)殖、海洋管理等相關(guān)部門的重點(diǎn)工作之一,在保證一定分辨率情況下,能否對大面積純水體目標(biāo)進(jìn)行完整拼接是開展廣域水體監(jiān)測工作的重要前提。
水體作為典型弱紋理場景,傳統(tǒng)的二維建圖方法難以實(shí)現(xiàn)廣域水體的完整成圖,尤其對于單張影像中全部為水體的場景,正常的拼接流程會引起拼接影像空洞、扭曲等問題。長光禹辰針對廣域水體監(jiān)測需求,基于Yusense Map軟件,使用局部空三+DOM填充方式實(shí)現(xiàn)“湖泊水庫”、“大尺度河道”、“入海口”及“海岸線”4種廣域水體的整體拼接,以滿足用戶對大面積純水體的監(jiān)測需求。
01湖泊、水庫場景
湖泊、水庫等封閉區(qū)域水體是廣域水體的常見場景,尤其對于景觀湖、蓄水池、水源地等對水環(huán)境要求較高的區(qū)域,定期監(jiān)測有無污染情況是相關(guān)管理部門的重點(diǎn)工作內(nèi)容之一。
M300 RTK+MS600 Pro+H20
本案例選取江蘇省某湖泊作為實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo),使用M300 RTK無人機(jī)搭載長光禹辰自主研發(fā)的6通道多光譜相機(jī)MS600 Pro,獲取了完整湖泊與岸線影像,具體外業(yè)情況見下表:
使用Yusense Map軟件分步執(zhí)行波段配準(zhǔn)、二維建圖*、反射率校正,得到最終具有反射率意義的拼接影像,其中水面部分已進(jìn)行DOM填充,實(shí)現(xiàn)了完整的正射建圖,同時使用Yusense Map Plus查看水體光譜特征曲線,符合水體光譜反射特征。
點(diǎn)云分布&拼接結(jié)果&光譜曲線
使用Yusense Map Plus分別進(jìn)行富營養(yǎng)化與黑臭水分析,可以看出本案例所選湖泊整體呈現(xiàn)輕度富營養(yǎng)化情況,局部出現(xiàn)中度富營養(yǎng)化情況,與目視評估水色以及光譜曲線中紅邊波段反射較高的情況匹配程度較高,同時無黑臭水體污染,整體表明使用DOM填充方法對光譜屬性影響較小,可以滿足水體監(jiān)測需求。
水質(zhì)監(jiān)測專題圖
02 大尺度河道場景
貨運(yùn)航道、運(yùn)河等河面較寬的大尺度河道因水域面積大、流速快、水面目標(biāo)移動頻繁等情況,在保證較高空間分辨率的前提下,河道岸線與水體難以完整成圖。大尺度河道水體質(zhì)量同樣是河道管理部門重點(diǎn)關(guān)注的信息之一。
M300 RTK+MS600 Pro+H20
本案例選取江蘇省某通航河道作為實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo),水面寬度300m~450m,使用M300 RTK無人機(jī)搭載長光禹辰自主研發(fā)的6通道多光譜相機(jī)MS600 Pro,獲取了航道與兩側(cè)岸線影像,具體外業(yè)情況見下表:
使用Yusense Map軟件分步執(zhí)行波段配準(zhǔn)、二維建圖*、反射率校正,得到最終具有反射率意義的拼接影像,其中水面部分已進(jìn)行DOM填充,但受水面船只頻繁運(yùn)動的影響,拼接影像中會存在波浪,一定程度影響數(shù)據(jù)分析,使用Yusense Map Plus查看無波浪水體光譜特征曲線,符合水體光譜反射特征。
點(diǎn)云分布&拼接結(jié)果&光譜曲
使用Yusense Map Plus分別進(jìn)行富營養(yǎng)化與黑臭水分析,可以看出本案例所選航道整體呈現(xiàn)輕度富營養(yǎng)化情況,主要原因是水面整體均呈現(xiàn)較高的反射特征,與常規(guī)水體差異明顯,且實(shí)際水色偏綠,與實(shí)際情況匹配度較高,同時無黑臭水體污染,整體表明使用DOM填充方法對光譜屬性影響較小,可以滿足水體監(jiān)測需求。
水質(zhì)監(jiān)測專題圖
03 入??趫鼍?/strong>
入??谑呛拥琅c海洋的交匯處,常分布著濱海濕地、河口濕地等重要自然資源,同時作為淡水與海水混合的區(qū)域,水體交換產(chǎn)生的污染情況也是生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的重點(diǎn)工作之一。水域面積大、空間分布復(fù)雜導(dǎo)致入??谒w質(zhì)量監(jiān)測難度較大。
M300 RTK+MS600 Pro+H20
本案例選取山東省某入海閘口作為實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo),使用M300 RTK無人機(jī)搭載長光禹辰自主研發(fā)的6通道多光譜相機(jī)MS600 Pro,獲取了內(nèi)流河、入??诎毒€與海面復(fù)合場景的影像,具體外業(yè)情況見下表:
使用Yusense Map軟件分步執(zhí)行波段配準(zhǔn)、二維建圖*、反射率校正,得到最終具有反射率意義的拼接影像,其中水面部分已進(jìn)行DOM填充,但海面波浪明顯,拼接影像中存在較多波浪與浪花,一定程度影響數(shù)據(jù)分析,使用Yusense Map Plus查看無波浪水體光譜特征曲線,符合水體光譜反射特征。
點(diǎn)云分布&拼接結(jié)果&光譜曲線
使用Yusense Map Plus分別進(jìn)行富營養(yǎng)化與黑臭水分析,可以看出本案例所選入海口中的內(nèi)流河部分整體呈現(xiàn)中度富營養(yǎng)化情況,海水部分呈現(xiàn)輕度富營養(yǎng)化與中營養(yǎng)趨勢。其中輕度富營養(yǎng)化區(qū)域主要集中在入海閘口與景觀岸線附近,閘口定期開放引起內(nèi)流河水體流向海洋,同時景觀岸線處底質(zhì)堅固、水下高程較高,水體流速相對較慢,結(jié)合水動力分析符合富營養(yǎng)化空間分布規(guī)律,同時整體無黑臭水體污染,因此使用DOM填充方法對光譜屬性影響較小,可以滿足水體監(jiān)測需求。
水質(zhì)監(jiān)測專題圖
04海岸線場景
海岸線是研究陸-??臻g關(guān)系的重要場景,陸地與海洋間物質(zhì)相互作用易引起水環(huán)境變化,進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性,尤其對于紅樹林、海島等重要生態(tài)保護(hù)區(qū)域,海岸線水體的水質(zhì)監(jiān)測尤為重要。
M300 RTK+MS600 Pro
本案例選取山東省某濱海岸線作為實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo),使用M300 RTK無人機(jī)搭載長光禹辰自主研發(fā)的6通道多光譜相機(jī)MS600 Pro,獲取了陸面與海面復(fù)合場景的影像,具體外業(yè)情況見下表:
使用Yusense Map軟件分步執(zhí)行波段配準(zhǔn)、二維建圖*、反射率校正,得到最終具有反射率意義的拼接影像,其中水面部分已進(jìn)行DOM填充。此海岸線屬外海區(qū)域,海面波浪明顯,拼接影像中存在大量波浪與浪花,一定程度影響數(shù)據(jù)分析,使用Yusense Map Plus查看無波浪水體光譜特征曲線,符合水體光譜反射特征。
點(diǎn)云分布&拼接結(jié)果&光譜曲線
使用Yusense Map Plus分別進(jìn)行富營養(yǎng)化與黑臭水分析,可以看出本案例所選海岸線中的水體受海浪影響明顯,產(chǎn)生大量耀斑,多波段均呈現(xiàn)較高反射特性,海水部分呈現(xiàn)中營養(yǎng)與貧營養(yǎng)趨勢,其中中營養(yǎng)區(qū)域主要集中在岸線附近,水面中因船只波浪影響產(chǎn)生少量中營養(yǎng)區(qū)域,整體符合海洋水體常態(tài)化趨勢,對于出現(xiàn)的少量黑臭水體區(qū)域,經(jīng)分析主要是由于浪花的高反射特性引起的系統(tǒng)誤差,不影響整體水環(huán)境的評估結(jié)果,因此使用DOM填充方法對光譜屬性影響較小。
水質(zhì)監(jiān)測專題圖
05案例總結(jié)
本次案例驗(yàn)證了“湖泊水庫”、“大尺度河道”、“入??凇奔啊昂0毒€”4種常見的廣域水體場景,結(jié)合實(shí)例結(jié)果,基于Yusense Map實(shí)現(xiàn)的局部空三+DOM填充的方法可以基本滿足常規(guī)場景下的廣域水體處理與分析方法,但若遇波浪、水面耀斑、水面倒影引起的水體目標(biāo)性狀變化的情況,會一定程度影響數(shù)據(jù)處理與分析準(zhǔn)確度。
使用Yusense Map實(shí)現(xiàn)廣域水體拼接的功能并非流程化工具,需要進(jìn)行如點(diǎn)云修繕、填充影像匹配、DOM編輯等輔助性操作,歡迎有相關(guān)需求的用戶聯(lián)系長光禹辰詳細(xì)溝通。
*本文所述二維建圖方法與Yusense Map常規(guī)二維建圖方法存在差異,歡迎聯(lián)系長光禹辰了解詳情。
關(guān)于長光禹辰
長光禹辰成立于2017年,是一家由中國科學(xué)院長春光機(jī)所和青島高新區(qū)聯(lián)合成立的高新技術(shù)企業(yè),公司核心團(tuán)隊來自長春光機(jī)所空間光學(xué)部,在光譜遙感、光電探測領(lǐng)域具有深厚的理論基礎(chǔ)和豐富的工程經(jīng)驗(yàn),掌握完整的光譜儀器系統(tǒng)設(shè)計、先進(jìn)的嵌入式視覺開發(fā)、復(fù)雜場景定量遙感智能調(diào)光、高精度自動輻射校正、光譜數(shù)據(jù)半定量反演及應(yīng)用等核心技術(shù),形成了以MS200、MS400、MS600、AQ300、AQ600等系列多光譜相機(jī)為代表的無人機(jī)載光譜遙感硬件產(chǎn)品線,提供Wifi Web、DJI Pilot等多種相機(jī)參數(shù)設(shè)置及控制方式,依托Yusense Map/Map Plus光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理及分析軟件、Yusense Cloud端云一體化服務(wù)平臺,在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、生態(tài)、環(huán)保、警用等領(lǐng)域開展了深入的行業(yè)應(yīng)用。公司專注于無人機(jī)航空遙感與光電探測領(lǐng)域,持續(xù)推出革新的軟硬件產(chǎn)品,落地更豐富的行業(yè)應(yīng)用場景,致力于用技術(shù)和產(chǎn)品推動行業(yè)進(jìn)步。
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