Monitoring System of Water Quality by Hyperspectral Remote Sensing
admin
2022-09-17
无人机高光谱遥感水质监测系统
Monitoring System of Water Quality by Hyperspectral Remote Sensing
技术编号
SH-020
提供单位
上海盛图遥感工程技术有限公司
技术大类
生态环境保护技术
联系人
储美华
技术类型
其他生态环境保护技术
电话
13918427269
邮箱
mhuach@126.com
适用范围
测绘类
推荐单位
中国地理信息产业协会
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技术简要说明在X6L定制版无人机系统上搭载TDH-HS04CH微型成像高光谱仪,获取目标水域的高光谱遥感数据,基于光谱仪辐射分辨率、信噪比、波段带宽等参数设置,确定水质指标参数,通过典型水质参数的敏感波段选择及水质遥感反演模型建立,处理和分析高光谱遥感数据,达到水质监测的目的。整体设备具有成像清晰、噪点少、高分辨率和高速,并与轻便和低功耗相结合的特点,集成先进飞控,飞行稳定,操控便捷,只需简单练习即可上手。
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技术提供方上海盛图遥感工程技术有限公司;苏州天地衡遥感科技有限公司
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技术主要指标信息光谱范围400-1000nm,采样间隔2.4nm,光谱通道数484/242/121/60,重量1Kg,功耗≤3W。
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商业应用情况上海市中小河道水质航空遥感监测应用示范:建立遥感、地面光谱和站点数据一体化的水环境监测流程,监测水质指标的浓度和水质类别。有利于城市水环境风险管理、促进遥感技术的生态环境应用、提升水生态环境质量;通过节约采样人工及分析化验费用产生经济效益。项目所在地:上海市,工程规模:34.8万元。基于“星机地”综合遥感内陆河湖水质监测及太湖流域应用示范:构建“星机地”综合遥感立体的水环境安全监测网络,针对典型水质指标采用无人机高光谱遥感数据进行河流水质类型遥感识别监测和水环境评价。项目对南太湖地区水质监测及环境安全保护带来良好的社会和经济效益。项目所在地:江苏南太湖沿岸重点区段,工程规模:30万元。
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希望在技术转移过程中得到的帮助/支持
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商业应用单位联系人/电话/邮箱
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设备投资利用该技术进行新建一项工程,工程所必需的主要设备包括多旋翼无人机或固定翼无人机、手持光谱测试仪、标准反射率测试白板和灰板等附属设备,一次投入的投资金额需人民币200万元左右,工程规模满足一个作业团队(6人规模)外业采集和数据应用服务使用、技术寿命5年。
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年运行维护费用无人机高光谱水质遥感监测系统的运行维护时单位产品耗费的原材料8万,水、电等费用约2万元;耗费的人工费(工资)90万元;设备折旧费、修理费40万元;管理费20万元。合计维护费用160万元。
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投资回收期按照构建一个无人机高光谱遥感监测系统,一次投资200万元计算,每年按照300万元服务产值计算,静态投资回收期为2年。此处指静态投资回收期(年),是在不考虑资金时间价值的条件下,累计的经济效益等于最初的投资费用所需的时间。 计算依据:项目总投资200万元,年服务产值300万元,每年运行维护费160万,税前利润40万元,每年收回投资100万元。2年即可收回投资。
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附加效益无人机高光谱遥感监测系统适用以下领域: 精准农业、农作物长势与产量评估; 水质检测,土壤监测; 森林病虫害监测与防火监测; 草场生产力及草场监测; 湖泊与流域环境监测; 生态环境保护及矿山环境监控; 地质与矿产资源勘察; 海岸线与海洋环境监测; 气象研究; 国土安全; 灾害防治; 遥感教学与科研。 该项技术成果可以上述多个领域开展应用,可以直接带来附加效益。如精准农业、农作物长势与产量评估;森林病虫害监测与防火监测;草场生产力及草场监测等领域;技术转让方也有相关的解决方案,按照上述领域实现技术服务,每年按照2-3项技术服务估算,每项服务按照100万元收入计算,年附加值可实现200-300万元。
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综合效益基于地面监测的手段,要实现大范围水质监测,需要耗费大量的人力和物力、财力,而且全面监测一次时间周期很长。遥感技术具有宏观、大面积、波段多,重访周期快等优势,发挥星、空、地多源遥感手段水质常态化监测对于水环境风险管理具有重要作用。 在120km的中小河道水质监测中,应用本技术的单次监测费用为20万元。而常规水质监测采样需约600个,每个水样采集费300元、化验费400元计,采集化验费用总额约42万元,采用本技术节支总额22万元。 无人机高光谱遥感技术水质监测的经济效益首先体现在可以节约常规水质采样的人力、物力、财力成本。按照常规采样加分析一个站点700元计算,常规采样至少需要2个人,加上分析化验至少需要1个人,每天采30个站点的样,每个站点采3个样,化验分析费6300元/天,水质实验室分析需要3-7天完成。如果采用低空遥感技术则可以在一天飞行数公里,如果天气条件和飞行条件允许,可随时获取研究区图像数据并快速得到水质反演结果。成本主要是购买成像光谱仪的仪器使用费,因此,与常规采样,站点越多花费越高不同,如果能够大面积推广使用遥感水质监测方法,成本节约则会更加明显。
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障碍对技术转移影响等级0
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提交日期2020/12/24
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技术成熟度该技术具有较高的成熟度,已应用于上海市和苏州市等地的中小河道水质监测中。系统由高光谱相机、稳定云台、高清相机、POS模块、机载控制与数据采集模块、机载供电模块、地面站模块等部分组成。核心载荷高光谱相机完全自主研发,采用1英寸大靶面CCD图像传感器具有高光谱分辨率、高灵敏度、大视场及优异的成像性能,配合定制开发的高性能稳定云台,能够有效降低飞行过程中无人机抖动引起的图像扭曲与模糊;高光谱相机、高清相机及POS系统硬件同步采集,支持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,提高无人机作业效率;小型地面站模块配合专用手机APP实现系统状态监控及远程控制,显著提升用户操作及使用便利性,广播地面站GPS信息实现机载端RTK定位,存储地面站GPS信息,用于后期PPK处理,提升POS系统解算定位精度;系统与大疆M600 pro无人机完美适配,支持同类型的多种无人机;系统支持配件升级及定制化开发,可为特定应用领域提供高性能解决方案。
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技术适用性与使用条件低空无人机遥感其优点是数据获取便利,天气条件和飞行条件允许,可随时获取研究区图像数据,数据处理速度一天飞行图像约1-2天时间可以得到结果图。目前无人机载小型成像光谱仪和多光谱相机均有很大的应用前景。其不足是因飞行高度一般为100-300m,旋翼无人机每次成像幅宽较低,数据获取效率较低,因此,不适用于大面积水质遥感监测。 该技术适用无需系统培训,设备安装无需工具,便捷简易。上手快,维护方便。
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技术稳定性针对无人机高光谱数据特点以及实际应用需求,研究了相应的高光谱数据获取、处理、分析及应用的技术流程和手段,并对过程中存在的阴影、耀斑问题设计解决方案,适用于精细化的面域监测应用。该技术建立的基于光谱二阶微分波动指数的水质识别类型方法,直接建立光谱特征与水质类型的识别模型,该方法不受地域和季节限制,只要有光谱数据就可以使用该方法进行识别。 无人机系统可选择智能、手动以及增强型手动。无需事先绘测地形,在飞行中直接规划路线,即可进行自动飞行,操作简易、直观、高效。可靠地便携折叠机身八轴动力设计,单臂故障亦可正常降落,为作业安全提供额外保障采用创新的Y型折叠机臂设计,安装无需工具,便捷简易。体积小巧,运输方便。机身大部分采用精密成形工艺结合高强度碳纤维材料,轻盈牢固,让作业效率和可靠性全面提高。操作简易的定制遥控器,能实现超远距离实时通信控制。续航时间长,负载飞行大于60分钟,最大负载重量6Kg,安全性好,抗风能力大于7级,遥控器最大控制距离4Km,地面站最大控制距离10Km,可在海拔5千米以上地区飞行,快拆式结构设计、高度集成防雨云台套件设计,可雨中飞行。技术使用寿命5年。
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技术安全性该技术通过无人机搭载高光谱仪,可在低空实现对目标水域的水质监测,不会对水体产生二次污染,设备本身不含易燃易爆高毒性物质,不存在泄露等环境风险,无人机系统具备自动和手动操作功能,能应对各种突发状况,安全稳定。设备技术均为国产,不存在上游资源限制问题,配套设施齐全,已在上海、苏州等地推广使用,反响良好。
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技术转移推广障碍0
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知识产权转让该技术具有国内自主知识产权,已取得多项专利,技术拥有方为企业;引进技术关键环节、工艺、设备均为自主研发,可进行技术转让,技术产权转让需有关单位测评,政策途径顺畅。