广西省某水库高光谱遥感水质监测报告

杭州高谱成像技术有限公司

2022年6月29日

一、检测目的

1、在广西省某水库进行无人机高光谱水质飞行采集数据、并利用相应算法精准反演数据、获取坡心岭、坝首、草花岭、库中、下坡村水中COD、DO、氨氮、总磷、总氮的检测数值。

2、通过无人机高光谱检测法与传统检测方法数据比对、查看无人机高光谱检测方法的准确性是否达到预期。

二、检测仪器

产品简介

HY-9010无人机载高光谱成像系统是杭州高谱成像技术有限公司采用前沿的高光谱成像技术，充分挖掘和利用不同物质自身特有的光谱信息，结合高清相机拍摄高清图片，实现对物质定性，定量，定时，定位信息的全面检测，是一台“图谱合一” 的综合性遥感设备,高光谱成像仪、稳定云台、时空校正拼图算法均为高谱自研技术。

HY-9010无人机载高光谱成像系统支持高光谱成像仪、高清相机及POS系统硬件同步采集，小型地面站模块配合远程智控系统实现系统状态监控及远程控制，同时存储地面站GPS信息，可用于后期PPK处理，提升POS系统解算定位精度;另外支持高精度高光谱图像拼接、可见光正射影像拼接等。

HY-9010无人机载高光谱成像系统可广泛应用于水环境监测、智慧农业、林业调查、目标识别、军事反伪装等、真正实现一机多用。

产品核心部件

序号	名称	功能说明
1	转接模块	无人机载高光谱成像系统与无人机连接，起减震作用；
2	机载控制与数据采集系统	实现对将地面待测物光谱数据信息、GPS数据及可见光数据的同步触发、采集控制与存储；
3	电源	无人机载高光谱成像系统供电模块，满足系统运行2小时以上；
4	双轴云台	提供高光谱成像仪横滚、俯仰转动扭矩；
5	高清可见光相机	1500万像素高清图像采集；
6	高光谱相机	高光谱图谱信息采集；
7	无人机飞行平台	大疆M600

产品性能指标

无人机载高光谱成像系统
名称	指标	HY-9010-A	HY-9010-U	HY-9010-S
高光谱相机	光谱范围	400-1000纳米
	光谱分辨率	优于2.8纳米		优于2.5纳米
	空间分辨率	0.71mrad @ F = 35毫米
	光谱通道数	300		260
	探测器	CMOS		CCD
	探测器接口	GigE/USB3.0		GigE
	帧频	50fps/128fps		68fps
	焦距(可选)	35毫米	35毫米	35毫米
高清相机	像素	1500万
云台	机械限制范围	俯仰:-45 ° ~ 60 °;横滚:-45 ° ~ 45 °

无线传输系统	状态显示	工作状态显示	图谱数据实时显示
RTK	RTK定位精度	0.5m	10厘米，支持RTK和PPK(PPK后处理)
地面站	远程智控	/	支持远程智控调参

三、检测方案

1.无人机高光谱技术方案

2、实施方案

四、方案实施情况

1.飞行记录

2.飞行区域划定

序号	断面名称	纬度 (N)	经度 (E)
1	库中	21.596800900 °	109.232536650 °
2	下坡村库尾	21.607201300 °	109.237450290 °
3	草花岭村库尾	21.60265254 °	109.240883460 °
4	坡心岭库尾	21.612006920 °	109.230904750 °
5	坝首	21.589200229 °	109.229440652 °

水质反演数据

数据类型	参数	坡心岭	坝首	草花岭	库中	下坡村
高光谱数据原始数据	COD	3.423912	5.585739	4.845160	5.037971	4.929218
	DO	14.722274	15.410526	15.567753	15.551224	15.945395
	NH3N	1.448803	1.824138	1.986834	1.638091	1.845284
	TP	0.153314	0.151772	0.179392	0.131099	0.168256
	TN	3.986560	4.247029	4.287833	4.014344	4.212097

第三方水样检测数据

数据类型	参数	坡心岭	坝首	草花岭	库中	下坡村
第三方检测数据	COD	5.4	5.2	5.3	5.3	5.8
	DO	9.4	8.9	7.2	9.2	8.4
	NH3N	0.078	0.07	0.061	0.122	0.424

	TP	0.1	0.07	0.07	0.07	0.1
	TN	2.56	1.94	2.04	1.94	2.55

水质反演结果

*精度=(1-│高光谱数据-晓水检测│/晓水检测)* 100%

从反演训练三处场景数据来看，TP/TN/COD/DO相对精准，NH3N数据存在明显误差。红色部分数字为我司提供精确反演数据后客户提供的比对数据
数据误差可能原因:

第三方检测样本采集时间和高光谱飞行时间不一致，第三方在29日十点前提取样本，高光谱在当日中午和下午飞行，因此存在水库水温差异.温度越高含量越高.

因本身氨氮数值量级较小，数值的轻微变化导致出现倍数级的变化

数据类型	参数	训练后比对数据		训练用数据
数据类型	参数	坡心岭	坝首	草花岭	库中	下坡村
高光谱数据训练反演数据	COD	5.417088(100.3%)	5.722518(110%)	5.333593	5.42181	5.352395
	DO	8.581641(91.29%)	8.61377(96.78%)	9.413177	8.780289	8.959887
	NH3N	0.122938(157.6%)	0.137489(196.4%)	0.38668	0.259381	0.1693
	TP	0.098673(98.673%)	0.081016(115.7%)	0.09711	0.060993	0.089577
	TN	2.165575(84.59%)	2.073006(106.8%)	2.019398	2.277851	2.284012