— 生態(tài) · 農(nóng)業(yè) · 健康 —
時(shí)間：2019-10-15
作者：易科泰
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Ecodrone?無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)
——基于多光譜成像與紅外熱成像技術(shù)的作物表型、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)應(yīng)用方案
在全球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(tài)技術(shù)公司以自主研發(fā)Ecodrone?無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)為基礎(chǔ)，引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)的多光譜及紅外熱成像技術(shù)，為作物表型及精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究提供全新的應(yīng)用方案。
易科泰公司憑借多年在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域儀器技術(shù)研發(fā)集成及推廣經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合多光譜成像及紅外熱成像技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，率先將其引入Ecodrone?專業(yè)無(wú)人機(jī)遙感平臺(tái)和陸基作物表型測(cè)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)，通過選配多光譜、紅外熱成像、高光譜及葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)，并配合土壤水分、空氣溫濕度、莖流等監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，組成完整的陸空雙基作物數(shù)字化系統(tǒng)，從而使精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究手段由事后分析評(píng)價(jià)階段轉(zhuǎn)為事中控制及事先預(yù)防階段，為野外大田作物表型研究、水分脅迫監(jiān)測(cè)、產(chǎn)量預(yù)估、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)及指導(dǎo)灌溉等方面，提供方便、快速、一體化的解決方案。
一 Ecodrone?專業(yè)無(wú)人機(jī)遙感平臺(tái)
1.1 UAS-4輕便型無(wú)人機(jī)
主要特點(diǎn)：
l 
自主研發(fā)4旋翼便攜型專業(yè)無(wú)人機(jī)平臺(tái)（專利號(hào)ZL 2016 2 1103365.8），榮獲第24屆中國(guó)楊凌農(nóng)業(yè)高新科技成果博覽會(huì)“后稷獎(jiǎng)”
l空機(jī)懸停時(shí)間達(dá)高60分鐘，有效作業(yè)時(shí)間可達(dá)50分鐘以上
l具備信號(hào)干擾保護(hù)，故障保護(hù)，低電壓自動(dòng)保護(hù)，一鍵自動(dòng)返航降落功能
l標(biāo)配高清RGB鏡頭實(shí)時(shí)圖像回傳，飛行現(xiàn)場(chǎng)盡收眼底。
l模塊式設(shè)計(jì)、強(qiáng)大的可擴(kuò)展性能和兼容性，可自由隨時(shí)隨地更換監(jiān)測(cè)設(shè)備、滿足各種野外監(jiān)測(cè)要求，可同時(shí)搭載2種不同的監(jiān)測(cè)設(shè)備如高清RGB相機(jī)、紅外熱成像和多光譜相機(jī)等
l可選配RGB鏡頭、多光譜鏡頭、NDVI鏡頭、紅外熱成像鏡頭、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)模塊等
l全方位頂尖專家支持，包括無(wú)人機(jī)專家、光譜遙感專家、生態(tài)環(huán)境專家等
l專業(yè)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)支持、培訓(xùn)
主要技術(shù)指標(biāo)：
l裸機(jī)重量1850g，標(biāo)配起飛重量4600g（包括電池、云臺(tái)、鏡頭），最大起飛重量8000g
l外形尺寸：916mm x 916mm x 220mm（螺旋槳及支架等展開），對(duì)稱軸距650mm
l抗風(fēng)能力：5級(jí)（8m/s 、28.8km/h)
l抗雨能力：在小雨天氣可執(zhí)行作業(yè)任務(wù)，但是不推薦雨天作業(yè)
l高精度GPS模塊，支持GPS／北斗雙模
l具備航點(diǎn)導(dǎo)航、定點(diǎn)、懸停、定高、航線、區(qū)域覆蓋、環(huán)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
l遙控器：工作頻率840MHz，通道數(shù)10，發(fā)射功率（EIRP）FCC 100 dBm，控制距離5km（無(wú)干擾環(huán)境下可達(dá)15km）
l在線圖傳（FPV接收）：工作頻段5.8G，支持DVR黑匣子功能，最大距離5km
l地面站軟件（筆記本電腦用戶自備）：一站式智能軟件系統(tǒng)，具備飛行監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置、語(yǔ)音報(bào)讀功能，內(nèi)嵌地形地貌數(shù)據(jù)，全自動(dòng)規(guī)劃航線，支持一鍵返航
1.2 UAS-8 多光譜與紅外熱成像無(wú)人機(jī)遙感平臺(tái)
主要特點(diǎn)：
l自主研發(fā)8旋翼多功能無(wú)人機(jī)平臺(tái)，適應(yīng)高海拔、低氣壓等復(fù)雜嚴(yán)苛環(huán)境，海拔5000m以上高原地區(qū)可安全作業(yè)。
l強(qiáng)大的可擴(kuò)展性能和兼容性，最多可同時(shí)搭載3種不同傳感器，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能。
l一次飛行可同時(shí)搭載10通道雙機(jī)多光譜成像系統(tǒng)、雙光紅外熱成像及RGB相機(jī)，同步獲取10通道多光譜數(shù)據(jù)、紅外熱成像數(shù)據(jù)、RGB彩色影像，真正做到事半功倍。
l可選配RGB鏡頭、多光譜鏡頭、高光譜鏡頭、3D LiDAR傳感器、NDVI專業(yè)鏡頭、紅外熱成像鏡頭、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。
l采用開源框架，集成自主雙機(jī)熱備份飛控，多重保護(hù)確保飛行安全。
l全方位頂尖專家支持，包括無(wú)人機(jī)專家、遙感專家、生態(tài)環(huán)境專家等。
主要技術(shù)指標(biāo)：
l最大起飛重量16Kg，有效載荷6Kg。
l最大懸停時(shí)間： 50min（無(wú)負(fù)載），40min（負(fù)載1.5kg）。
l抗風(fēng)性能：5級(jí)風(fēng)可安全飛行（10m/s）、瞬間可承受6級(jí)風(fēng)(13m/s)。
l抗雨能力：小雨天氣可執(zhí)行作業(yè)任務(wù)，但是不推薦雨天作業(yè)。
l標(biāo)配高清RGB鏡頭實(shí)時(shí)圖像回傳，飛行現(xiàn)場(chǎng)盡收眼底。
l遙控器工作頻率：840MHz，最大通信距離（無(wú)干擾、無(wú)阻擋）：≥15km
l等效全向輻射功率（EIRP）：10dBm@900M、13dBm@5.8G、20dBm@2.4G
l視頻輸出接口：HDMI，SDI，USB
l協(xié)同功能：支持多機(jī)互聯(lián)
l地面站軟件（筆記本電腦用戶自備）：一站式智能軟件系統(tǒng)，具備飛行監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置、語(yǔ)音報(bào)讀功能，內(nèi)嵌地形地貌數(shù)據(jù)，全自動(dòng)規(guī)劃航線，支持一鍵返航
二 光譜成像傳感器技術(shù)
2.1 RedEdge-MX多光譜成像相機(jī)
RedEdge-MX相機(jī)，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(jiān)固耐用并久經(jīng)考驗(yàn)的專業(yè)無(wú)人機(jī)載多光譜傳感器。，可無(wú)縫集成于EcoDrone UAS-4/8平臺(tái)，組成即時(shí)可用的科研級(jí)無(wú)人機(jī)多光譜遙感系統(tǒng)，是市場(chǎng)上最靈活、最實(shí)用的解決方案之一。
主要特點(diǎn)：
l 一次飛行可同步獲取5個(gè)窄帶光譜波段。
l 高影像分辨率：120m飛行高度時(shí)分辨率可達(dá)8cm。
l SD卡存儲(chǔ)全部帶有地理位置標(biāo)簽的影像。
l 直觀的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置界面，可通過Wi-Fi設(shè)置，獨(dú)立工作。
l 全新鋁制機(jī)身，更耐用，更耐高溫。
l 用于精確、可重復(fù)測(cè)量的經(jīng)輻射計(jì)量校準(zhǔn)的光譜成像儀。
l 完全訪問原始數(shù)據(jù)，可以使用多種處理分析平臺(tái)生成輸出。
應(yīng)用領(lǐng)域：
l 作物表型及精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)
l 作物長(zhǎng)勢(shì)和農(nóng)情監(jiān)測(cè)
l 農(nóng)業(yè)災(zāi)害脅迫監(jiān)測(cè)評(píng)估
l 生態(tài)環(huán)境調(diào)查監(jiān)測(cè)
l 水資源規(guī)劃管理
l 土壤侵蝕監(jiān)測(cè)評(píng)估
l 地理信息系統(tǒng)
2.2 10通道多光譜成像系統(tǒng)
10通道多光譜成像系統(tǒng)，是在RedEdge-MX基礎(chǔ)上，新增RedEdge-MX Blue相機(jī)，組成同步10通道多光譜成像解決方案，用于高級(jí)別遙感和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究。本系統(tǒng)以新的RedEdge-MX Blue為特色，在原有5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)波段基礎(chǔ)上，加上一組新的濾波器，使更多、更詳細(xì)的分析成為可能，如淺水環(huán)境監(jiān)測(cè)和葉綠素效率及植物紅邊坡度的詳細(xì)分析。
主要特點(diǎn)：
l 一次飛行同步獲取10通道多光譜影像，飛行作業(yè)事半功倍
l 同一無(wú)人機(jī)即可同時(shí)搭載RedEdge-MX和RedEdge-MX Blue，無(wú)需更換無(wú)人機(jī)平臺(tái)
l 結(jié)合下行光傳感器和GPS進(jìn)行流線型集成，確保精確的環(huán)境光校準(zhǔn)
l 雙機(jī)共用一套DLS和GPS，節(jié)省成本和重量的同時(shí)，確保雙機(jī)同時(shí)、同步、同光線
l 可與EcoDrone UAS-4/8無(wú)人機(jī)平臺(tái)組成即飛即用（Ready-to-fly）系統(tǒng)
l 配備固定支架和快速安裝連接器，可兼容DJI等無(wú)人機(jī)平臺(tái)
l 利用新增的海岸藍(lán)色波段監(jiān)測(cè)淺水環(huán)境（氣溶膠、浮質(zhì)等）
l 利用新增的紅、綠及兩個(gè)紅邊波段詳細(xì)分析葉綠素效率或紅邊坡度
l 兩相機(jī)波段可任意互換使用，允許用戶創(chuàng)建多種新的指數(shù)模型及詳細(xì)分析
技術(shù)參數(shù)：
重量 |
508.8g（含兩個(gè)傳感器、雙機(jī)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(lán)（444,28）、綠（531,14）、紅（650,16）、紅邊（705,10）、紅邊（740,18） 藍(lán)（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(duì)齊） |
分辨率 |
1280×960（單波段1.2MP） |
地面采樣間隔 |
8cm/像素（120m相對(duì)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(wǎng)，可移除Wi-Fi，外部觸發(fā)，GPS，SDHC |
視場(chǎng)角 |
47.2° |
觸發(fā)選項(xiàng) |
定時(shí)模式、重疊模式、外部觸發(fā)模式、人工觸發(fā)模式 |
溫度 |
0-40℃環(huán)境（無(wú)氣流）；0-50℃環(huán)境（氣流＞0.5m/s） |
套裝內(nèi)容 |
RedEdge-MX傳感器、RedEdge-MX Blue傳感器、鏡頭保護(hù)蓋、反射校準(zhǔn)板、DLS及GPS、線纜、安裝螺絲、快速轉(zhuǎn)接板、硬質(zhì)運(yùn)輸箱 |
應(yīng)用領(lǐng)域：
l 作物表型及精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)
l 作物長(zhǎng)勢(shì)和農(nóng)情監(jiān)測(cè)
l 農(nóng)業(yè)災(zāi)害脅迫監(jiān)測(cè)
l 生態(tài)環(huán)境調(diào)查監(jiān)測(cè)
l 淺水環(huán)境監(jiān)測(cè)
l 植物葉綠素效率評(píng)估
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