曜宇无人机助力水域环保，机载高光谱成像仪精准水质溯源

摘要：本案例描述了曜宇航空在检测水质污染领域的科技创新。在江苏沿海某地利用机载高光谱技术，一天内完成了20公里河道的检测和溯源任务。通过无人机搭载高光谱chu安敢其获取其高光谱图像反射数据，构建总氮(TN)、总磷(TP)、叶绿素 (CHL-a)、悬浮物 (TSS)、和浊度(TUB)的监测模型并研究其浓度空间分布，以期为不同水体的水质监测提供新的技术手段。突破了传统检测方式中存在很多弊端，例如人工抽样效率低下，结果无法代表整个流域的污染情况，且无法溯源等。在本次项目中测区附近地形起伏大，难以找到合适的起降位置，曜宇航空使用自研无云-LONG 120电动多旋翼无人机，可续航120分钟，为操作人员减少了选择多个起降点的困难，大大提高了水质溯源的效率。为河流的水质检测提供了全新的数据来源和技术手段，同时也为湖泊、河流的水环境保护及治理提供了依据。

关键词：机载高光谱；科技创新；水质检测；国产无人机；水质溯源

案例正文：

我国河流、湖泊众多，伴随经济的高速发展，人类活动的增强，河流、湖泊水质污染问题日益严重，已经成为制约城市可持续发展的关键因素，因此有必要利用高新技术手段展开河流、湖泊水质污染问题研究，及时、快速的提供河流、湖泊的水质状况，保障人们正常的生产生活。

2023年8月江苏省沿海某地，河道水质监测站总数据严重超标。9月经过多次排查，人工采样依旧无法确认污染源，当即采取支流限流等措施。10月曜宇航空携带高光谱成像仪，前往当地水域协助检测，仅用四个架次就完成了20公里水域的检测任务。

曜宇航空为何能突破传统水质检测方式的壁垒？为用户节约更多的时间和效率？这样的成绩离不开他们一直以来坚持不懈的走科技创新之路。

打破传统监测局限，开启水环境保护新思路

测区河道全场约20公里，由入海口往内陆延伸。河道主干及直流最宽约200米、最窄部分只有80米，途中经过6个村镇，沿途存在超过20家化肥、养殖、农药生产厂家。河道因氮磷超标，河面漂浮大量水草，几乎无船舶通行。全河道平均间隔5公里设有一处公安水质监测站，每日定时进行数据采集。

水草覆盖，回溯难度大。河道阶段性存在大量水草覆盖区域，据当地环保局描述，人工河道水质检测困难，配备无人巡检船难以跨越水草密集区域，人工河边采样数据回溯难度大，数据呈现不够直观。

污染偷排往往会避开公安监测站定时检测时间，接近入海口水域流速快，很难被水质自动站捕捉，甚至可以规避在线检测。人工采样数据由现场至实验室到结果流程过长，难以形成时效性。

传统检测取样回实验室分析的模式中，“沧海一粟”的样品难以代表整体环境状况。监测效率极其低下，无法与变化频繁的环境问题相匹配，决策支撑性不够，不能及时的检测水质污染状况，因此对于小微水域中水质参数的空间分布情况，需要采用新的方法予以解决。近年来随着无人机发展的日渐成熟，无人机搭载高光谱相机的应用领域不断拓展，然而目前针对无人机高光谱技术对水体（如湖泊、河流等）的水质研究甚少。

持续探索全光谱感知能力

机载高光谱的推出是曜宇航空在全光谱感知能力上又一引领行业的技术创新。在产品研发过程中，为了解决高光谱成像分析物质特征时会受到复杂环境的影响，如光照、温度、安装地理位置等环境的变化，均有可能会影响水质参数的准确性。曜宇航空进行了系统性的设计和研发，攻克了多项技术难关。

曜宇航空的飞手以江苏沿海某地的河流为研究对像，通过无人机搭载高光谱传感器获取其高光谱图像反射率数据，构建总氮(TN)、总磷(TP)、叶绿素 (CHL-a)、悬浮物 (TSS)、和浊度(TUB)的监测模型并研究其浓度空间分布，以期为不同水体的水质监测提供新的技术手段。

通过对本次项目前期难点的分析，曜宇航空选配拥有120分钟续航时间的无云-LONG 120无人机，四块大容量电池，高光谱成像仪的组合，由两人携带设备前往现场挑战这次的河道巡检任务。

无云-LONG 120电动多旋翼无人机负载约2kg高光谱设备，并提供供电后，测试可持续飞行约90分钟。更具现场情况，河道边存在大量高压线及风力发电机，无人机作业高度设置在200米，航速最大7.2m/s，航道覆盖全河面，且为后期溯源考虑向两岸扩容100米（例：若河道200宽，则扫描带宽为300m）。全航线由地面站提前设置，无需现场规划。

本次项目中，利用无人机高光谱技术构建水质参数如总氮、总磷、悬浮物、浊度、叶绿素a的监测模型，将监测模型反演到无人机高光谱影像上制作总氮、总磷、悬浮物、浊度、叶绿素a的空间分布图。

项目总结

经过四个架次的飞行任务，本次作业十分顺利，完成20公里水域扫描任务。当日配合公安监测站于早08：00开始第一条任务航线，全长6公里，单架次完成任务，起飞点距离航道2公里，共计4航线300米带宽。全场20公里测区，共用时320分钟，四架次完成任务。

数据处理工作高效完成。于下午两点进行数据分析，得出河道水质分析图表3张（高锰酸盐、总磷、总氮）。次日送至当地环保部门进行数据比对，下午环保局派驻现场人员对比图表可疑排放点进行搜寻。

次日晚得到反馈，通过公安水质监测站检测数据以及现场实地情况抽查得出结论，充分肯定了对于高光谱成像仪的数据准确率，以及对于水质溯源的高效性。目前，卫星遥感技术对水质参数的监测研究已基本成熟，但受卫星遥感影像空间分辨率、时间分辨率等因素的影响，卫星遥感无法针对小范围城市河流、湖泊的进出排水口进行实时监测。本研究利用无人机高光谱技术，根据已建立的指数模型，在水面上空获取水体的高光谱影像，通过在线反演可实时观察水环境的水质参数总氮、总磷、叶绿素a、悬浮物、浊度的变化，为城市河流的水质监测提供了全新的数据来源和技术手段，同时也为湖泊、河流的水环境保护及治理提供了依据。突破传统现场采样局限和效率，是现在能过最为快速和直观的水质污染源溯源方案。

案例点评：

曜宇航空的产品一直以高性能高可靠性和高执行力为基础，他们信守承诺，对产品品质有着极高的“强迫症”，我们非常放心的和曜宇展开合作，他们的不断创新的精神也一直感染我们。他们在机载高光谱的努力也不断深入到各行各业，为低空经济增加新的引擎动力

——前蔡司中国陈志民

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