易科泰推出湿地遥感监测技术方案

       第五届中国湿地遥感大会于2023年7月27日-29日在烟台成功举行，本届会议围绕“湿地遥感与湿地修复”主题，与第27个世界湿地日“修复湿地 刻不容缓”的主题相呼应，针对湿地遥感领域基础理论、技术方法、科学数据集等方面的新成果、新进展，以及国家和地方在湿地修复与保护等方面工作的新动态和新趋势等开展交流与研讨。

       值此大会召开之际，作为长期致力于生态环境研究监测领域技术推广、研发与服务的国家高新技术企业，北京易科泰生态技术公司推出系列无人机遥感及近地遥感监测技术方案，为生态系统观测、环境变化监测、碳源汇监测、水体遥感监测、湿地植物多样性及海洋藻类遥感监测等领域提供全面解决方案。

1、ENVIS®近地遥感生态观测系统

       ENVIS®近地遥感生态观测系统，由轨道式近地遥感平台、成像系统和传感器系统（监测系统）组成，将点测量（Spot measurement）与成像测量（Space measurement）技术相结合，通过多源信息融合及建模反演，可满足不同场景生态系统观测需求。主要应用于原位群落或生态系统（草原、湿地、农业、林地等不同生态类型）、蒸渗仪系统生态结构要素及其生态过程观测。   

左图：ENVIS®近地遥感生态观测系统；右图：在南极利用OTC及叶绿素荧光监测模块监测小气候对地衣和苔藓光合过程的影响（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)

主要技术特点：

• 悬浮轨道近地遥感平台专 利技术（ZL 2020 2 0515701.X）与SpectraScan近地遥感平台专 利技术（ZL20212 1478998.8）,ENVIS生态环境因子监测技术（ZL 2019 2 2377914.0）

• 标配VNIR（400-1000nm）和SWIR（900-1700nm）高光谱成像观测、Thermo-RGB成像观测，选配激光雷达扫描分析

• 点测量（Spot measurement）与成像测量（Space measurement）技术相结合，多源信息融合，建模反演，满足不同场景生态系统观测需求

• 除空气、土壤生态因子传感器监测外，植物点测量传感器系统包括光谱监测、冠层温度监测、叶绿素荧光监测等，还可选配空气CO2、叶片温度、植物茎流等传感器

• 可选配移动式点测量（叶片尺度或冠层尺度）仪器，如手持式叶绿素荧光测量仪、手持叶夹式高光谱仪（测量叶片光谱及VIs等）、便携式光合仪、冠层NDVI/PRI测量仪等

• 植被指数监测：结构指数、生理指数、色素指数、光合物候指数等，基于 LUE（光利用效率）的GPP 评估模型参数如 NDVI、EVI、NDWI、 MCARI、REP2 等

• 叶绿素荧光监测：FLD3 SIF成像分析、 SIF指数监测、 Fs稳态荧光测量、LEDIF等

• Thermo-RGB融合成像分析，进一步解析冠层不同光照组分光合作用等状态，研究分析环境(光照)、植物冠层结构、生产力等之间的相互关系

• 组合命令+位置记忆：可一键注册、记录、保存、读取XYZ位置信息，并自定义Protocols，自动移动精 准定位，适用于野外长期固定重复测量

• 原位（in-situ）实时高时空分辨率、高通量（野外大型样方）生态观测

• 可选配OTC-Auto湿地群落光合自动监测系统

应用案例：混合草地群落物种多样性研究

德国卡尔斯鲁厄理工学院地理和地理生态学研究所论证了近地光谱成像监测+点测量数据应用于半自动野外生态调查的可能性，对草地物种进行了分类，并在物种和结构多样性不同梯度下估算其覆盖范围，且发现处于下位层的植物也可被较准确地估算出来。（参考文献：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-高光谱成像近地遥感系统

PhenoPlot® SIF-高光谱成像近地遥感系统为轻便型或移动式高光谱成像与太阳光诱导叶绿素荧光成像（SIF）地面遥感系统，基于SpectraScan近地遥感平台、高光谱成像技术与夫琅和费线深度法SIF成像技术（通过FluorVision-SIF软件进行太阳光诱导叶绿素荧光成像分析），可通过SIF及植被结构特征指数、植被冠层光合生理指数，根据LUE模型分析GPP（总初级生产力）。

目前国内普遍采用基于海洋光学QE-Pro高光谱仪技术进行冠层SIF测量监测，其缺点为只能对视野范围内进行“点测量”得到一个平均值，不能监测空间分布差异。由易科泰生态技术公司根据夫琅和费谱线O2-A深度叶绿素荧光提取FLD3模型，研制生产并客户定制系列SIF-高光谱成像近地遥感观测仪器，可对视野范围进行高分辨率遥感成像分析，从而得到时间和空间分布差异。主要技术特点：

• 轻便型或移动式近地遥感平台，也可客户定制固定式悬浮双规近地遥感平台

• 可进行（植被反射光）高光谱成像分析

• 可基于夫琅和费线深度法FLD3模型提取叶绿素荧光（F760），进行SIF成像分析

• 可选配Thermo-RGB融合成像分析，区分阳光照射叶片和阴影叶片的气孔导度响应

• 植被结构指数：可成像分析NDVI、RDVI、OSAVI、EVI、MCARI、MTVI等十几个植被结构指数，并据此成像分析LAI等

• 光合物候观测指数：可成像分析PRI570、PRI515、CCI、NIRv，并据此成像分析GPP

• FLD3 SIF成像分析、太阳光诱导叶绿素荧光指数成像分析

• SIF（太阳光诱导叶绿素荧光）成像分析（762nm），结合LCpro T光合仪、FluorPen手持式叶绿素荧光仪等，全面分析植物叶片水平、冠层水平及景观水平光合作用生理生态状况

上左图：植物反射光谱及反射率（白板校准），注意762nm的O2-A吸收峰值；上右图：铜钱草叶绿素荧光光谱，其中蓝色曲线为施加敌草隆（DCMU）、红色未施加敌草隆；下图为铜钱草太阳光诱导叶绿素荧光成像，其中左边为未施加敌草隆，右边施加敌草隆，施加敌草隆后由于PSII QA电子传递被抑 制（光化荧光淬灭阻断），叶绿素荧光增强（上述数据均来自易科泰光谱成像与无人机遥感技术研究中心）

3、Ecodrone® UAS-4轻便型一体式多光谱-红外热成像遥感系统

       Ecodrone® UAS-4轻便型一体式多光谱-红外热成像遥感系统，基于易科泰自主专 利UAS-4遥感平台技术，兼具轻便型、多功能、一体化、多传感器特点，可为生态系统监测、湿地及水资源研究、土地资源调查、环境保护研究提供大范围、高精度、数字化的解决方案，如水色水质调查、水体叶绿素含量反演、泥沙含量分析、国土资源调查、森林覆盖及物种研究、生态环境要素动态监测等。 

主要技术特点：

• 自主专 利UAS-4平台，荣获第24届中国杨凌农业高新科技成果博览会“后稷奖”

• 同时搭载多光谱成像、红外热成像及RGB成像，作业时间大于20分钟

• 一次飞行可同步获取5/10个光谱波段、红外热成像/CWSI成像数据、RGB，作业效率事半功倍

• 厘米级多光谱地面分辨率，50m高度地面分辨率达3.4cm，30m高度地面分辨率可达2cm

• Thermo-RGB：640×512像素，多点黑体校准，灵敏度50或30mK，测温范围-25℃-150℃/-40℃-550℃，在线实时温度测量分析，10倍光学变焦RGB镜头，全高清画质，磁编码自稳云台，实时姿态调整，可选配CWSI成像，实时测量作物水分胁迫指数

• 应用于生态环境调查监测、精 准农业研究、病虫害监测、农作物产量评估、生物多样性监测等

应用案例：内陆及海岸带湿地水质监测

内陆及海岸带水体湿地监测污染物主要有三类，分别为浮游植物（主要是藻类，含叶绿素a）、非色素悬浮物（简称悬浮物，包含有机碎屑及无机悬浮颗粒）、有色可溶性有机物(CDOM，由黄腐酸、腐殖酸组成的溶解性有机物)。下图为某市郊区河谷湿地，该区域内地物丰富，河流、灌丛、裸地交错分布，使用无人机遥感成像技术采集该区域的光谱及影像数据，从而进行水体参数反演。

上图自左至右依次为：原始真彩影像、假彩色影像、NDWI指数图

上图自左至右依次为：叶绿素a反演、悬浮物含量反演、可溶有机物(CDOM)浓度

4、Ecodrone®一体式高光谱-红外热成像-激光雷达无人机遥感系统

       Ecodrone®一体式高光谱-红外热成像-激光雷达无人机遥感系统，采用自主设计研发UAS-8专业遥感无人机平台和国际先进传感器系统，包括VNIR/NIR波段高光谱成像、红外热成像、和激光雷达，曾先后荣获2021年《质量与认证》“十大新锐产品”及2023深圳国际生态环境监测产业博览会“生态环境监测创新产品”奖。

主要技术特点：

• 8旋翼专业无人机遥感平台，负载Z 高可达20kg，续航时间大于20分钟

• 采用芬兰Specim AFX系列高光谱成像传感器和法国YellowScan激光雷达系统

• 厘米级地面分辨率，50m高度高光谱成像地面分辨率达3.5cm，30m高度地面分辨率可达2cm

• 50m高单样线飞行作业可自动采集形成宽度36m的样带高光谱成像大数据

• 高分辨率Thermo-RGB传感器，空间分辨率640x512像素，IR高分辨率模式可达1266x1010像素，测温灵敏度可达0.03°C

• 高密度三维点云，精确度2.5cm，Z 高可达3次回波，50m飞行高度点云密度700pts/平方米；可选配高精确度LiDAR系统，精确度可达0.5cm、回波达15次

• 建议选配易科泰匹配提供的手持式叶绿素荧光仪、手持叶夹式高光谱仪、便携式LCpro T光合仪，以测量稳态叶绿素荧光Ft、植物光谱反射指数VIs、光合作用及气孔导度等参数

• 可选配OTC-Auto自动开启式光合呼吸监测系统，测量监测CO2通量及H2O通量，并测量分析GEP（Gross Ecosystem Productivity）

• 可基于弗朗霍夫谱线FLD模型提取SIF（Solar-Induced-Fluorescence）（易科泰提供技术方法和分析软件、参考文献），无人机遥感Mapping Photosynthesis

• 同步获取高光谱数据、红外辐射照片、视频与激光雷达数据，应用软件可进行剖面分析、点云测量等，直接导出高密度三维点云、三维测量数据、地面点云、DSM、DTM、DHM等

应用案例：人工水体叶绿素a含量反演

叶绿素a是藻类的重要组成成分之一，其浓度常用于评估浮游植物的生物量，可作为水体富营养化的评价指标。易科泰光谱成像与无人机遥感技术研究中心技术人员使用Ecodrone®无人机高光谱遥感系统，对某人工水渠进行高光谱成像，分析其反射光谱，并通过模型反演叶绿素a的浓度，进一步分析该水渠富营养化程度。

左图：水体中不同目标的反射光谱，右图：基于不同模型的叶绿素a浓度反演指数。通过反射光谱可知，水体中的植被在水的影响下，其反射光谱明显低于岸边植被。

如上图依次为：a）高光谱真彩色合成图，b）800/650/550nm合成图，c）归一化叶绿素指数NDCI，d）归一化叶绿素色素比率指数NCPI，比值指数SR。对比高光谱合成图发现，在水体植被附近，NCPI和SR指数显著高于其他区域，可能与富营养化后水体中产生大量藻类有关，且初步结果显示NCPI和SR模型对叶绿素a反演精度高于NDCI。