易科泰推出濕地遙感監測技術方案

       第五屆中國濕地遙感大會于2023年7月27日-29日在煙臺成功舉行，本屆會議圍繞“濕地遙感與濕地修復”主題，與第27個世界濕地日“修復濕地 刻不容緩”的主題相呼應，針對濕地遙感領域基礎理論、技術方法、科學數據集等方面的新成果、新進展，以及國家和地方在濕地修復與保護等方面工作的新動態和新趨勢等開展交流與研討。

       值此大會召開之際，作為長期致力于生態環境研究監測領域技術推廣、研發與服務的國家高新技術企業，北京易科泰生態技術公司推出系列無人機遙感及近地遙感監測技術方案，為生態系統觀測、環境變化監測、碳源匯監測、水體遙感監測、濕地植物多樣性及海洋藻類遙感監測等領域提供全面解決方案。

1、ENVIS?近地遙感生態觀測系統

       ENVIS?近地遙感生態觀測系統，由軌道式近地遙感平臺、成像系統和傳感器系統（監測系統）組成，將點測量（Spot measurement）與成像測量（Space measurement）技術相結合，通過多源信息融合及建模反演，可滿足不同場景生態系統觀測需求。主要應用于原位群落或生態系統（草原、濕地、農業、林地等不同生態類型）、蒸滲儀系統生態結構要素及其生態過程觀測。   

左圖：ENVIS?近地遙感生態觀測系統；右圖：在南極利用OTC及葉綠素熒光監測模塊監測小氣候對地衣和苔蘚光合過程的影響（引自：Barták M. et al. Long-term study on vegetation responses to manipulated warming using open top chambers installed in three contrasting Antarctic habitats. Electronic Conference on Interactions between Antarctic Life and Environmental Factors, IPY-related Research Brno, October 22th-23th, 2009)

主要技術特點：

• 懸浮軌道近地遙感平臺專 利技術（ZL 2020 2 0515701.X）與SpectraScan近地遙感平臺專 利技術（ZL20212 1478998.8）,ENVIS生態環境因子監測技術（ZL 2019 2 2377914.0）

• 標配VNIR（400-1000nm）和SWIR（900-1700nm）高光譜成像觀測、Thermo-RGB成像觀測，選配激光雷達掃描分析

• 點測量（Spot measurement）與成像測量（Space measurement）技術相結合，多源信息融合，建模反演，滿足不同場景生態系統觀測需求

• 除空氣、土壤生態因子傳感器監測外，植物點測量傳感器系統包括光譜監測、冠層溫度監測、葉綠素熒光監測等，還可選配空氣CO2、葉片溫度、植物莖流等傳感器

• 可選配移動式點測量（葉片尺度或冠層尺度）儀器，如手持式葉綠素熒光測量儀、手持葉夾式高光譜儀（測量葉片光譜及VIs等）、便攜式光合儀、冠層NDVI/PRI測量儀等

• 植被指數監測：結構指數、生理指數、色素指數、光合物候指數等，基于 LUE（光利用效率）的GPP 評估模型參數如 NDVI、EVI、NDWI、 MCARI、REP2 等

• 葉綠素熒光監測：FLD3 SIF成像分析、 SIF指數監測、 Fs穩態熒光測量、LEDIF等

• Thermo-RGB融合成像分析，進一步解析冠層不同光照組分光合作用等狀態，研究分析環境(光照)、植物冠層結構、生產力等之間的相互關系

• 組合命令+位置記憶：可一鍵注冊、記錄、保存、讀取XYZ位置信息，并自定義Protocols，自動移動精 準定位，適用于野外長期固定重復測量

• 原位（in-situ）實時高時空分辨率、高通量（野外大型樣方）生態觀測

• 可選配OTC-Auto濕地群落光合自動監測系統

應用案例：混合草地群落物種多樣性研究

德國卡爾斯魯厄理工學院地理和地理生態學研究所論證了近地光譜成像監測+點測量數據應用于半自動野外生態調查的可能性，對草地物種進行了分類，并在物種和結構多樣性不同梯度下估算其覆蓋范圍，且發現處于下位層的植物也可被較準確地估算出來。（參考文獻：Lopatin J,Fassnacht F E, Kattenborn T,et al.Mapping plant species in mixed grassland communities using close range imaging spectroscopy[J]. Remote Sensing of Environment, 2017,201:12-23.）

2、PhenoPlot? SIF-高光譜成像近地遙感系統

PhenoPlot? SIF-高光譜成像近地遙感系統為輕便型或移動式高光譜成像與太陽光誘導葉綠素熒光成像（SIF）地面遙感系統，基于SpectraScan近地遙感平臺、高光譜成像技術與夫瑯和費線深度法SIF成像技術（通過FluorVision-SIF軟件進行太陽光誘導葉綠素熒光成像分析），可通過SIF及植被結構特征指數、植被冠層光合生理指數，根據LUE模型分析GPP（總初級生產力）。

目前國內普遍采用基于海洋光學QE-Pro高光譜儀技術進行冠層SIF測量監測，其缺點為只能對視野范圍內進行“點測量”得到一個平均值，不能監測空間分布差異。由易科泰生態技術公司根據夫瑯和費譜線O2-A深度葉綠素熒光提取FLD3模型，研制生產并客戶定制系列SIF-高光譜成像近地遙感觀測儀器，可對視野范圍進行高分辨率遙感成像分析，從而得到時間和空間分布差異。主要技術特點：

• 輕便型或移動式近地遙感平臺，也可客戶定制固定式懸浮雙規近地遙感平臺

• 可進行（植被反射光）高光譜成像分析

• 可基于夫瑯和費線深度法FLD3模型提取葉綠素熒光（F760），進行SIF成像分析

• 可選配Thermo-RGB融合成像分析，區分陽光照射葉片和陰影葉片的氣孔導度響應

• 植被結構指數：可成像分析NDVI、RDVI、OSAVI、EVI、MCARI、MTVI等十幾個植被結構指數，并據此成像分析LAI等

• 光合物候觀測指數：可成像分析PRI570、PRI515、CCI、NIRv，并據此成像分析GPP

• FLD3 SIF成像分析、太陽光誘導葉綠素熒光指數成像分析

• SIF（太陽光誘導葉綠素熒光）成像分析（762nm），結合LCpro T光合儀、FluorPen手持式葉綠素熒光儀等，全面分析植物葉片水平、冠層水平及景觀水平光合作用生理生態狀況

上左圖：植物反射光譜及反射率（白板校準），注意762nm的O2-A吸收峰值；上右圖：銅錢草葉綠素熒光光譜，其中藍色曲線為施加敵草?。―CMU）、紅色未施加敵草??；下圖為銅錢草太陽光誘導葉綠素熒光成像，其中左邊為未施加敵草隆，右邊施加敵草隆，施加敵草隆后由于PSII QA電子傳遞被抑 制（光化熒光淬滅阻斷），葉綠素熒光增強（上述數據均來自易科泰光譜成像與無人機遙感技術研究中心）

3、Ecodrone? UAS-4輕便型一體式多光譜-紅外熱成像遙感系統

       Ecodrone? UAS-4輕便型一體式多光譜-紅外熱成像遙感系統，基于易科泰自主專 利UAS-4遙感平臺技術，兼具輕便型、多功能、一體化、多傳感器特點，可為生態系統監測、濕地及水資源研究、土地資源調查、環境保護研究提供大范圍、高精度、數字化的解決方案，如水色水質調查、水體葉綠素含量反演、泥沙含量分析、國土資源調查、森林覆蓋及物種研究、生態環境要素動態監測等。 

主要技術特點：

• 自主專 利UAS-4平臺，榮獲第24屆中國楊凌農業高新科技成果博覽會“后稷獎”

• 同時搭載多光譜成像、紅外熱成像及RGB成像，作業時間大于20分鐘

• 一次飛行可同步獲取5/10個光譜波段、紅外熱成像/CWSI成像數據、RGB，作業效率事半功倍

• 厘米級多光譜地面分辨率，50m高度地面分辨率達3.4cm，30m高度地面分辨率可達2cm

• Thermo-RGB：640×512像素，多點黑體校準，靈敏度50或30mK，測溫范圍-25℃-150℃/-40℃-550℃，在線實時溫度測量分析，10倍光學變焦RGB鏡頭，全高清畫質，磁編碼自穩云臺，實時姿態調整，可選配CWSI成像，實時測量作物水分脅迫指數

• 應用于生態環境調查監測、精 準農業研究、病蟲害監測、農作物產量評估、生物多樣性監測等

應用案例：內陸及海岸帶濕地水質監測

內陸及海岸帶水體濕地監測污染物主要有三類，分別為浮游植物（主要是藻類，含葉綠素a）、非色素懸浮物（簡稱懸浮物，包含有機碎屑及無機懸浮顆粒）、有色可溶性有機物(CDOM，由黃腐酸、腐殖酸組成的溶解性有機物)。下圖為某市郊區河谷濕地，該區域內地物豐富，河流、灌叢、裸地交錯分布，使用無人機遙感成像技術采集該區域的光譜及影像數據，從而進行水體參數反演。

上圖自左至右依次為：原始真彩影像、假彩色影像、NDWI指數圖

上圖自左至右依次為：葉綠素a反演、懸浮物含量反演、可溶有機物(CDOM)濃度

4、Ecodrone?一體式高光譜-紅外熱成像-激光雷達無人機遙感系統

       Ecodrone?一體式高光譜-紅外熱成像-激光雷達無人機遙感系統，采用自主設計研發UAS-8專業遙感無人機平臺和國際先進傳感器系統，包括VNIR/NIR波段高光譜成像、紅外熱成像、和激光雷達，曾先后榮獲2021年《質量與認證》“十大新銳產品”及2023深圳國際生態環境監測產業博覽會“生態環境監測創新產品”獎。

主要技術特點：

• 8旋翼專業無人機遙感平臺，負載最 高可達20kg，續航時間大于20分鐘

• 采用芬蘭Specim AFX系列高光譜成像傳感器和法國YellowScan激光雷達系統

• 厘米級地面分辨率，50m高度高光譜成像地面分辨率達3.5cm，30m高度地面分辨率可達2cm

• 50m高單樣線飛行作業可自動采集形成寬度36m的樣帶高光譜成像大數據

• 高分辨率Thermo-RGB傳感器，空間分辨率640x512像素，IR高分辨率模式可達1266x1010像素，測溫靈敏度可達0.03°C

• 高密度三維點云，精確度2.5cm，最 高可達3次回波，50m飛行高度點云密度700pts/平方米；可選配高精確度LiDAR系統，精確度可達0.5cm、回波達15次

• 建議選配易科泰匹配提供的手持式葉綠素熒光儀、手持葉夾式高光譜儀、便攜式LCpro T光合儀，以測量穩態葉綠素熒光Ft、植物光譜反射指數VIs、光合作用及氣孔導度等參數

• 可選配OTC-Auto自動開啟式光合呼吸監測系統，測量監測CO2通量及H2O通量，并測量分析GEP（Gross Ecosystem Productivity）

• 可基于弗朗霍夫譜線FLD模型提取SIF（Solar-Induced-Fluorescence）（易科泰提供技術方法和分析軟件、參考文獻），無人機遙感Mapping Photosynthesis

• 同步獲取高光譜數據、紅外輻射照片、視頻與激光雷達數據，應用軟件可進行剖面分析、點云測量等，直接導出高密度三維點云、三維測量數據、地面點云、DSM、DTM、DHM等

應用案例：人工水體葉綠素a含量反演

葉綠素a是藻類的重要組成成分之一，其濃度常用于評估浮游植物的生物量，可作為水體富營養化的評價指標。易科泰光譜成像與無人機遙感技術研究中心技術人員使用Ecodrone?無人機高光譜遙感系統，對某人工水渠進行高光譜成像，分析其反射光譜，并通過模型反演葉綠素a的濃度，進一步分析該水渠富營養化程度。

左圖：水體中不同目標的反射光譜，右圖：基于不同模型的葉綠素a濃度反演指數。通過反射光譜可知，水體中的植被在水的影響下，其反射光譜明顯低于岸邊植被。

如上圖依次為：a）高光譜真彩色合成圖，b）800/650/550nm合成圖，c）歸一化葉綠素指數NDCI，d）歸一化葉綠素色素比率指數NCPI，比值指數SR。對比高光譜合成圖發現，在水體植被附近，NCPI和SR指數顯著高于其他區域，可能與富營養化后水體中產生大量藻類有關，且初步結果顯示NCPI和SR模型對葉綠素a反演精度高于NDCI。