无人机高光谱遥感技术在自然资源调查中的应用进展-莱森光学 ... ...

引言

高光谱遥感技术发展于 20 世纪 80 年代，其结合了传统的光谱探测和摄影成像技术，可同时获取目标的空间信息、光谱信息和辐射信息，形成图谱合一的数据立方体。与多光谱遥感技术相比，高光谱遥感技术能够在一个连续的光谱范围内进行窄带成像，因此光谱分辨率 更高、信息分辨能力更强，可以实现精确的目标分类和地物识别。目前，高光谱遥感系统 已经历了从航空平台到航天平台的发展过程，随着遥感技术的不断发展，研究者发现星 载高光谱仪器虽然可以提供长时间、大尺度的数据，但受卫星重访周期的限制，空间分辨率 和时间分辨率较差；航空高光谱仪器虽然空间分辨率较高，但对气象条件和使用环境有苛刻要求，且需要有专业支持团队，成本高昂，灵活性较差。随着微机电系统(MEMS)、控制与导航系统及信息处理技术的发展，无人机(UAV)作为新型遥感平台的条件逐渐成熟，同时大量微型化、高性能高光谱传感器的研发也推动了无人机与高光谱遥感的结合。作为一种新兴的遥感技术，无人机高光谱遥感可以克服云层的影响，快速、精确地向研究者提供高空间分辨率和时间分辨率的高光谱数据，有效地填补了低空高光谱遥感数据的空白。无人机高光谱遥感技术的发展对自然资源调查有着重要的技术与经济比较优势。首先，航空、航天平台的高光谱数据获取周期从几个月到几年，难以对一些短期的变化现象进行观测和研究。其次，一些地形陡峭、植被密集的区域，调查人员难以涉足，无法进行有效的实地调查。使用无人机高光谱遥感技术，能够有效解决以上问题，向研究人员提供多时态、高分辨率的高光谱数据，有效降低了高光谱遥感技术的实施成本，极大简化了自然资源调查的流程。

无人机高光谱遥感系统

2.1 组成特征

典型的无人机高光谱遥感系统由高光谱成像仪、无人机、姿态位置测量（POS）系统、 三轴稳定云台、机载计算机及固定框架组成。尽管无人机、全球定位导航系统/惯性导航模块（GNSS/IMU）、三轴稳定云台和高光谱成像仪的技术发展迅速，但各个模块在无人机 上的系统集成仍是一项具有挑战性的任务，需要考虑多种因素，例如无人机的有效载荷、续航时间、成本、成像技术、数据存储方式和 GNSS/IMU 精度等。对无人机高光谱遥感系统而言，最大有效载荷重量、续航时间以及起降方式是最主要的3个考虑因。目前，无人机平台可分为固定翼和多旋翼两类：固定翼无人机在相同的载荷下，可以提供更长的飞行时间，作业范围更大，但由于需要开阔的跑道进行起降，因而应用范围有限；多旋翼无人机结构简单、起降灵活，但是负载能力较小，且续航时间有限。在无人机高光谱遥感系统中，除了无人机平台以及搭载的高光谱成像仪之外，为了实现精确的地理配准，微型计算机和 GNSS/IMU 模块也需要集成到无人机高光谱成像系统中。由于高光谱数据一般具有空间分辨率高、光谱分辨率高和光谱通道多等特征，对 GNSS/IMU 精度要求较高，同时需要配置可靠的三轴稳定平台减少无人机振动对高光谱成像仪视轴稳定性的干扰。