- 2025-01-21 09:33:05無(wú)人機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)
- 無(wú)人機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)是一種將激光雷達(dá)系統(tǒng)安裝在無(wú)人機(jī)平臺(tái)上,進(jìn)行空間三維信息獲取的技術(shù)。它利用激光脈沖測(cè)量距離,通過(guò)掃描獲取地表或物體的三維坐標(biāo)信息,具有高精度、高效率、大范圍覆蓋等優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)可應(yīng)用于地形測(cè)繪、森林資源調(diào)查、城市規(guī)劃、電力線路巡檢等多個(gè)領(lǐng)域,能夠快速生成三維模型,為決策提供支持。無(wú)人機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)的出現(xiàn),極大地提升了空間數(shù)據(jù)獲取的靈活性和便捷性。
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無(wú)人機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)資訊
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- 中芬聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室續(xù)簽合作協(xié)議 共同推動(dòng)光學(xué)檢測(cè) 激光雷達(dá)等項(xiàng)目
- 中科院與芬蘭地球空間研究所續(xù)簽了中芬聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室合作協(xié)議。
無(wú)人機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)產(chǎn)品
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無(wú)人機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)問(wèn)答
- 2025-08-16 10:20:41戴永江《激光雷達(dá)技術(shù)》電子書
- 戴永江《激光雷達(dá)技術(shù)》電子書PDF 上下冊(cè)誰(shuí)有
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- 2023-05-26 14:15:35力高泰新品 ‖ 機(jī)載高精度N2O、CH4、CO2溫室氣體測(cè)量平臺(tái)
- 根據(jù)世界氣象組織WMO溫室氣體公報(bào)(第18期,2022/10/26),世界平均地表CO2、CH4和N2O的濃度持續(xù)增高,其中CO2為415.7±0.2 ppm,CH4為1908±2 ppb,N2O為334.5±0.1 ppb?,F(xiàn)有溫室氣體觀測(cè)方法包括遙感衛(wèi)星的柱濃度測(cè)量、大氣本底濃度測(cè)量、城市高塔大氣濃度測(cè)量、渦度相關(guān)通量觀測(cè)、近地面大氣廓線測(cè)量、土壤溫室氣體通量測(cè)量、地基傅里葉變換光譜法遙測(cè)等。對(duì)于更高時(shí)空分辨率的地表測(cè)量需求,如近地表溫室氣體泄漏監(jiān)測(cè)、特定區(qū)域溫室氣體排放強(qiáng)度評(píng)估、衛(wèi)星遙感溫室氣體數(shù)據(jù)驗(yàn)證等,都需要?jiǎng)?chuàng)新的觀測(cè)技術(shù)和方法。目前,遙感衛(wèi)星可用于大氣柱濃度溫室氣體的測(cè)量,結(jié)合使用高塔和無(wú)人機(jī)觀測(cè),可以對(duì)區(qū)域尺度的溫室氣體排放進(jìn)行評(píng)估。其中,由于無(wú)人機(jī)溫室氣體觀測(cè)具有機(jī)動(dòng)靈活的特點(diǎn),可以幫助研究者們獲取更高時(shí)空分辨率的數(shù)據(jù),成為衛(wèi)星遙感和定點(diǎn)高塔觀測(cè)數(shù)據(jù)的有益補(bǔ)充。衛(wèi)星、飛機(jī)和無(wú)人機(jī)的典型測(cè)量范圍 圖源/ Bing Lu等,2020前人的部分工作包括:在固定翼飛機(jī)上(SkyArrow ERA,意大利Magnaghi Aeronautica S.p.A.公司)搭載LI-7500 二氧化碳和水汽分析儀(Gioli B等,2006,2007;Carotenuto F等,2018),測(cè)量大氣邊界層的CO2通量以及估算點(diǎn)源CO2釋放強(qiáng)度;搭載LI-7700甲烷分析儀(Gasbarra D等,2019),研究垃圾填埋場(chǎng)的CH4排放。LI-7500應(yīng)用于Sky Arrow ERA 測(cè)量平臺(tái) 圖源/trevesgroup.com近些年來(lái),隨著激光光譜技術(shù)的進(jìn)步,光反饋-腔增強(qiáng)激光吸收光譜技術(shù)(OF-CEAS)脫穎而出。這種新技術(shù)在極大提高測(cè)量精確度(詳見(jiàn)下文的說(shuō)明)的同時(shí),實(shí)現(xiàn)了光腔縮小的目標(biāo)。如LI-COR推出了系列高精度溫室氣體分析儀,光腔體積只有6.41cm3,極大縮短了測(cè)量響應(yīng)時(shí)間——小于2秒;另外這種技術(shù)能耗低,僅為22w,兩節(jié)鋰電支持8個(gè)小時(shí)的測(cè)量。重量也僅有10.5kg,非常適合在無(wú)人機(jī)上使用。為滿足新興科研需求,北京力高泰科技有限公司與天津飛眼無(wú)人機(jī)科技有限公司合作,共同開(kāi)發(fā)出了機(jī)載高精度N2O、CH4、CO2溫室氣體測(cè)量平臺(tái)。采用光反饋-腔增強(qiáng)激光吸收光譜技術(shù)(OF-CEAS),高精度測(cè)量N2O、CH4、CO2濃度,適合移動(dòng)式大氣濃度測(cè)量。2018年推出LI-7810高精度CH4、CO2、H2O分析儀LI-7815高精度CO2、H2O分析儀2020年推出LI-7820高精度NO2、H2O分析儀2023年推出LI-7825高精度CO2同位素、NH3分析儀測(cè)量平臺(tái)主要技術(shù)參數(shù)溫室氣體測(cè)量響應(yīng)時(shí)間(T10-T90):≤2s測(cè)量精度:CO2: 0.04ppm@400ppm(5s數(shù)據(jù)平均)CH4: 0.25ppb@2000ppb(5s數(shù)據(jù)平均)N2O: 0.20ppb@330ppb(5s數(shù)據(jù)平均)LI-7825精度δ13C 1秒信號(hào)平均為 < 0.5 ‰;5分鐘信號(hào)平均為0.04 ‰δ18O5分鐘信號(hào)平均為 < 0.1 ‰@400 ppmδ17O5分鐘信號(hào)平均為 < 0.4 ‰@400 ppm起飛重量:45kg工作時(shí)間:>45分鐘標(biāo)準(zhǔn)巡航速度:8m/smax巡航速度:15m/s抗風(fēng)能力:max5級(jí)風(fēng)使用環(huán)境:-20℃~45℃;可小雨中飛行測(cè)量高度:0-2000m應(yīng)用案例A Pilot Experiment使用機(jī)載高精度CH4、CO2溫室氣體測(cè)量平臺(tái),研究某工業(yè)園區(qū)的溫室氣體排放。測(cè)量期間假設(shè):(1)工業(yè)園區(qū)處于不間斷的常規(guī)運(yùn)行狀態(tài);(2)飛行測(cè)量期間大氣條件穩(wěn)定;(3)大氣邊界層內(nèi)溫室氣體和氣象條件的垂直變化遠(yuǎn)大于水平變化;(4)測(cè)量高度的溫室氣體與空氣混合充分,且以平流為主。根據(jù)以上條件,飛行需要滿足的低度應(yīng)大于粗糙度子層(通過(guò)風(fēng)溫濕廓線確定,或估算為研究區(qū)內(nèi)建筑物平均高度的3倍),并位于近地層內(nèi)。無(wú)人機(jī)應(yīng)盡量保持勻速運(yùn)動(dòng)并平穩(wěn)飛行,俯仰角不大于5°,橫滾角不大于20°,盡量保持與地面的相對(duì)高度穩(wěn)定(仿地飛行)。需要在大氣邊界層湍流發(fā)展顯著的時(shí)間段開(kāi)展測(cè)量,一般為上午10:00至下午4:00。同時(shí),為了盡可能減少垂直輸送方向上的誤差,風(fēng)速以2-3級(jí)為宜,避免在陰天、雨天等不利氣象條件下開(kāi)展監(jiān)測(cè)。采用基于控制體積的質(zhì)量守恒法對(duì)園區(qū)開(kāi)展走航式測(cè)量,此方法也稱為自上而下排放強(qiáng)度反演算法(Top-down Emission Rate Retrieval Algorithm, TERRA)。根據(jù)對(duì)園區(qū)不同高度監(jiān)測(cè)斷面的測(cè)量數(shù)據(jù),計(jì)算得到東西南北四個(gè)斷面的平流通量以及垂直向上的溫室氣體排放強(qiáng)度。飛行中的機(jī)載高精度CH4、CO2溫室氣體測(cè)量平臺(tái)樣地與方法Materials and Methods該樣地平均海拔1400m,年降雨量小于300mm,主導(dǎo)風(fēng)向偏西風(fēng)。在2022年12月進(jìn)行試飛。主要進(jìn)行兩方面測(cè)量:(1)背景樣地大氣CH4、CO2濃度垂直廓線;(2)沿工業(yè)園區(qū)外圍飛行,測(cè)量垂直大氣方向上CH4和CO2濃度。另外,飛行過(guò)程中會(huì)同步采集風(fēng)向、風(fēng)速、空氣溫濕度、大氣壓強(qiáng)、經(jīng)緯度坐標(biāo)、海拔信息等。測(cè)量航跡原始數(shù)據(jù)質(zhì)量控制QA/QC采用滑動(dòng)均值濾波方法對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行異常值檢驗(yàn),對(duì)大于5倍測(cè)量數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差的點(diǎn)位,標(biāo)記為異常值并剔除,用線性插值方法進(jìn)行數(shù)據(jù)插補(bǔ)。一個(gè)測(cè)量架次,如果異常數(shù)據(jù)超過(guò)30%,標(biāo)記為無(wú)效測(cè)量,需要重新補(bǔ)測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果Results背景樣地大氣廓線就CO2而言,飛行上升過(guò)程測(cè)量的CO2濃度要低于在下降過(guò)程中測(cè)量的濃度。在飛行上升過(guò)程中,近地面測(cè)得的CO2濃度高,約為715mg/m3;隨著測(cè)量高度的攀升,CO2濃度存在下降的趨勢(shì),在1900m至2000m時(shí),CO2濃度降低至約680mg/m3。在下降過(guò)程中,2000-1900米區(qū)間內(nèi)存在一個(gè)小高峰,濃度約為800mg/m3,約1600m-1700m之間存在一個(gè)峰值,濃度約為900mg/m3。CO2 大氣廓線CH4 大氣廓線就CH4而言,飛行上升過(guò)程測(cè)量的CH4濃度要略低于在下降過(guò)程中測(cè)量的濃度。近地表的CH4濃度高,約為1.24mg/m3。隨著高度增加,CH4濃度下降,在2020米左右時(shí),CH4濃度降至1.16 mg/m3。工業(yè)園區(qū)在園區(qū)南部,測(cè)量得到3處高CO2濃度區(qū),一處距離地表75-100m處,濃度約為495ppm;第二處距地面175-200m處,濃度約為505ppm;第三處距地面100-125m,濃度約為520ppm。CH4數(shù)據(jù)類似,距離地面100-125m處,存在CH4高濃度區(qū)域,濃度約3794.35ppb。CO2數(shù)據(jù)的空間網(wǎng)格化CH4數(shù)據(jù)的空間網(wǎng)格化排放強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)標(biāo)量守恒方程和散度定理,認(rèn)為控制體積內(nèi)的質(zhì)量變化與通過(guò)控制體積表面的綜合質(zhì)量通量相等??梢酝ㄟ^(guò)在排放源周圍構(gòu)建控制體積,在忽略大氣沉降的情況下,對(duì)控制體積四個(gè)表面和上表面進(jìn)行通量計(jì)算,然后進(jìn)行積分,最終獲得排放控制體積內(nèi)部的排放強(qiáng)度。數(shù)據(jù)顯示,該工業(yè)園的CO2的排放強(qiáng)度約為12.539 kg/s ± 0.640 kg/s;CH4排放強(qiáng)度為 21.521 g/s ±3.424 g/s。實(shí)驗(yàn)結(jié)論Conclusions使用機(jī)載高精度N2O、CH4、CO2溫室氣體測(cè)量平臺(tái),結(jié)合數(shù)學(xué)模型,能夠?qū)μ囟▍^(qū)域的溫室氣體排放強(qiáng)度進(jìn)行定量評(píng)估。參考文獻(xiàn)【1】世界氣象組織溫室氣體公報(bào) - 第18期【2】Bing Lu, Phuong D. Dao, Jiangui Liu, Yuhong He, Jiali Shang. 2020. Recent advances of hyperspectral imaging technology and applications in agriculture. Remote Sensing 12(16): 1-44.【3】Carotenuto F, Gualtieri G, Miglietta F, et al. Industrial point source CO 2 emission strength estimation with aircraft measurements and dispersion modelling[J]. Environmental monitoring and assessment, 2018, 190: 1-15.【4】Gasbarra D, Toscano P, Famulari D, et al. Locating and quantifying multiple landfills methane emissions using aircraft data[J]. Environmental Pollution, 2019, 254: 112987.【5】Gioli B, Miglietta F, Vaccari F P, et al. The Sky Arrow ERA, an innovative airborne platform to monitor mass, momentum and energy exchange of ecosystems[J]. 2006.
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- 2023-05-09 09:29:50Ecodrone?一體式高光譜-激光雷達(dá)無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)——森
- 在陸地生態(tài)系統(tǒng)中,森林是最 大的有機(jī)碳庫(kù),是陸地中重要的碳匯和碳源,因此了解森林生態(tài)系統(tǒng)在碳循環(huán)中的作用,對(duì)于研究陸氣系統(tǒng)的碳循環(huán)乃至全 球碳循環(huán)都是一個(gè)基礎(chǔ),具有重要的意義。易科泰光譜成像與無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)研究中心最 新推出Ecodrone?一體式高光譜-激光雷達(dá)無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng),助力森林碳循環(huán)研究及應(yīng)用。性能特點(diǎn):8旋翼專業(yè)無(wú)人機(jī)遙感平臺(tái),搭載VNIR/NIR高光譜成像、機(jī)載PC及激光雷達(dá)可飛行作業(yè)20分鐘以上,有效覆蓋面積超10ha厘米級(jí)地面分辨率,50m高度高光譜成像地面分辨率達(dá)3.5cm,30m高度(用于高分辨率林木表型分析)地面分辨率可達(dá)2cm50m高單樣線飛行作業(yè)可自動(dòng)采集形成寬度36m的樣帶高光譜成像大數(shù)據(jù)高密度三維點(diǎn)云,精確度2.5cm,最 高可達(dá)3次回波,50m飛行高度點(diǎn)云密度700pts/m2專業(yè)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)方案,同步獲取高光譜與激光雷達(dá)數(shù)據(jù),應(yīng)用軟件可直接得出近百種植被光譜反射指數(shù)、高密度三維點(diǎn)云、三維測(cè)量數(shù)據(jù)、分類點(diǎn)云、DTM等應(yīng)用于大范圍、多維度的森林遙感研究、碳循環(huán)研究、林木三維表型測(cè)量、植被資源調(diào)查、森林物種多樣性研究、植被生物及非生物脅迫分析、環(huán)境及生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化研究等案例一:森林碳庫(kù)分布研究森林地上生物量(AGB)的估算對(duì)于碳循環(huán)建模和氣候變化緩解方案的制定至關(guān)重要。來(lái)自意大利、美國(guó)和英國(guó)的研究人員將主動(dòng)和被動(dòng)傳感器結(jié)合,其中被動(dòng)型高光譜數(shù)據(jù)記錄了潛在與森林生物量相關(guān)的冠層光譜信息,并將這些信息與主動(dòng)型小型激光雷達(dá)獲取的參數(shù)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了在不同尺度上對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的有機(jī)碳分布進(jìn)行遙感計(jì)算。 研究區(qū)域位于塞拉利昂的戈拉雨林國(guó)家公園 (GRNP) 內(nèi),處于西非潮濕的上幾內(nèi)亞森林帶的最西端,該地區(qū)的森林主要為濕潤(rùn)低地常綠林,部分地區(qū)主要為干燥低地常綠和半落葉林類型。圖1.1 位于塞拉利昂和利比里亞之間的研究區(qū)域研究人員采用偏最 小二乘回歸(PLSR)處理多輸入和多重共線性問(wèn)題,計(jì)算投影中的重要性變量(VIP),以評(píng)價(jià)各預(yù)測(cè)因子對(duì)生物量的重要性。結(jié)果表明,當(dāng)單獨(dú)使用高光譜波段時(shí),其預(yù)測(cè)能力有限(R2 =0.36),用植被指數(shù)替代高光譜波段的改善較小(R2 =0.67),僅基于激光雷達(dá)指標(biāo),PLS預(yù)測(cè)AGB的決定系數(shù)(R2)為0.64,當(dāng)再將高光譜波段添加到激光雷達(dá)度量中,精度得到了適度的提高(R2 =0.70)。圖1.2 (左)不同輸入的預(yù)測(cè)與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)AGB的散點(diǎn)圖:(A)激光雷達(dá)指標(biāo),(B)高光譜波段,(C)激光雷達(dá)指標(biāo)和 VI,(D)激光雷達(dá)指標(biāo)和高光譜波段;(右)7個(gè)高度等級(jí),每個(gè)等級(jí)間隔10m的70個(gè)樣地(總面積= 87500m2)范圍的AGB和樹(shù)木數(shù)量森林是碳的主要吸收者,它所固定的碳相當(dāng)于其他植被類型的2倍,本研究中提出的高光譜和激光雷達(dá)數(shù)據(jù)融合相關(guān)的發(fā)現(xiàn)非常具有意義,有助于擴(kuò)大該系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合適用性的研究,進(jìn)而對(duì)全 球氣候變化研究做出更重要的貢獻(xiàn)。案例二:森林碳匯定量評(píng)估比較森林地上生物量生物量是影響氣候變化和森林生產(chǎn)力的重要因素,因此評(píng)估森林對(duì)碳匯和碳循環(huán)的貢獻(xiàn)程度具有重要的意義。韓國(guó)科研人員借助高精度激光雷達(dá)數(shù)據(jù)、數(shù)字航空攝影測(cè)量圖像、高光譜圖像等空間信息,對(duì)森林碳匯信息進(jìn)行定量評(píng)估。研究區(qū)位于韓國(guó)慶尚南道巨濟(jì)市,該區(qū)域森林密度相對(duì)較低,樹(shù)種多樣,森林資源豐富,選取研究區(qū)內(nèi)2km*2km的區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集?;诟吖庾V數(shù)據(jù)中每個(gè)樹(shù)種的光譜信息,使用馬氏距離法對(duì)樹(shù)種進(jìn)行精確分類,基于高密度的LiDAR數(shù)據(jù)提取森林資源。圖2.1 從左至右依次為:研究區(qū);激光雷達(dá)數(shù)據(jù);高光譜圖像圖2.2 (左)樹(shù)種分類結(jié)果;(右)利用高密度激光雷達(dá)數(shù)據(jù)提取地理和森林資源的結(jié)果將激光雷達(dá)與數(shù)字航拍圖像、高光譜圖像相結(jié)合計(jì)算了混交林、針葉林和闊葉林的碳匯,同時(shí)通過(guò)對(duì)森林資源的樹(shù)種和年齡信息進(jìn)行量化,借助激光雷達(dá)和數(shù)字圖像信息對(duì)樹(shù)種、年份、區(qū)域的碳匯進(jìn)行計(jì)算。利用激光雷達(dá)信息和圖像分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)選定的區(qū)域、行政區(qū)、年份進(jìn)行森林信息和碳匯評(píng)估分析,實(shí)現(xiàn)了精確地碳匯信息提取,結(jié)果如2.3/2.4所示。圖2.3 多傳感器結(jié)合的混交林、針葉林和闊葉林的碳匯估算結(jié)果圖2.4 基于激光雷達(dá)和圖像信息的森林信息和碳匯評(píng)估,從左至右:第 一行(激光雷達(dá)數(shù)據(jù);DSM;DEM;樹(shù)高信息);第二行(樹(shù)種信息圖;增長(zhǎng)量分析圖;碳吸收分布圖;土地覆蓋圖)易科泰生態(tài)技術(shù)公司致力于生態(tài)-農(nóng)業(yè)-健康研究發(fā)展與創(chuàng)新應(yīng)用,為碳源碳匯定量評(píng)估、植被資源調(diào)查、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、森林遙感研究、林木表型分析、林業(yè)測(cè)繪等領(lǐng)域提供一體化多傳感器立體遙感技術(shù)方案。參考文獻(xiàn):[1] Laurin G V, Chen Q, Lindsell J A, et al. Above ground biomass estimation in an African tropical forest with lidar and hyperspectral data[J]. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2014, 89: 49-58.[2] Choi B G, Na Y W, Shin Y S. A Comparative Study of Carbon Absorption Measurement Using Hyperspectral Image and High Density LiDAR Data in Geojedo[J]. Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography, 2017, 35(4): 231-240.
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