一、政策背景

“绿水青山就是金山银山”是我国新时期全面发展的基本理念，“山水林田湖草是生命共同体”是当下生态文明建设和环境治理的基本思想，随着以水环境监察与保护为重点的众多环保政策逐渐发布，我国河湖生态环保进入了新的阶段。

河湖库与养殖池是自然环境中水体的主要承载体与表现形式，而其中对于河道水质污染的监察是水环境监察的重点工作。

二、行业现状

传统手段对于水污染的监察往往依靠专业技术人员沿河采集水样并送至实验室检验，不仅人力物力成本高，且水样采集仅可代表采集点附近的水质情况，无法表示河道整体水污染情况；卫星遥感手段虽可大面积低成本了解水质污染情况，但对于部分乡村野河、城市排水渠等细小河道目标无法精准分析。

近年来，无人机巡查技术逐渐为人们所了解，实时查看水体污染、高清变焦确认污染区的方式使水环境监察产生巨大变革，但传统的可见光、热红外无法定量感知水体的污染程度。因此，迫切需求一种高精度、高时效性的河道水环境巡检技术和装备。

三、技术基础

水污染主要分为富营养化与黑臭污染，其中，富营养化污染是因水体氮磷元素堆积产生的营养物质含量高的情况，直接导致藻类爆发、水华等现象，严重影响水环境生态安全；黑臭污染是指水体溶解氧含量降低导致水体变黑并产生恶臭气味的情况，直接导致水体功能丧失，严重时甚至影响人类活动。

水体遭受富营养化或黑臭污染时，水体本身产生多种分子变化，多光谱遥感技术以水污染引起水质光谱反射特性这一特点为核心，使用“光谱成像+模型运算”的方式，可实现富营养化与黑臭污染的精准识别，避免因目视查看可见光/热红外影像识别污染源而引起的误判。

长光禹辰推出的AQ600 Pro视频多光谱相机，依托先进的实时配准、同步标定技术和强大的边缘计算能力，将水质污染反演算法移植机上进行，可实现富营养化与黑臭污染实时分析与视频级展示。依托大疆M300 RTK无人机，同步挂载H20/H20T高清变焦相机，使用长光禹辰自研地面站控制软件Yusense Fly，组成的多光谱水环境巡查无人机系统，可实时、准确进行水污染指标反演与污染点变焦取证，并支持对取证位置进行路径导航，完美解决“有没有污染、污染在哪里、如何取证”河道巡检的三大核心问题。

四、系统特点

● 4.1 飞行系统综合控制

长光禹辰自研地面站软件Yusense Fly可实现无人机、可见光/热红外载荷与多光谱载荷的综合控制，并提供“视频模式”与“遥感模式”两种作业方式，视频巡河、航拍遥感两不误。

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● 4.2 水污染指数实时反演

在“视频模式”的工作状态下，可实现富营养化与黑臭污染指标的实时反演，颠覆传统多光谱影像离线处理并分析的水质监察方式。同时包含的NDVI、NDRE、GNDVI等遥感指数也可用于水岸植被的辅助分析工具。

左滑查看更多（左视图：多光谱，右视图：可见光）

● 4.3 双载荷联动

使用Yusense Fly，实现双载荷的同步指向与同步控制，保证双屏画面成像视场始终相同，避免目标错位。同时可控制多光谱、可见光、热红外影像分屏/全屏展示，充分了解目标状态。

双负载联动，同步指向

多源视频共视场（左视图：多光谱，右视图：可见光）

多源视频切换显示，全屏展示

● 4.4 目标点一键导航

对于拍照取证的目标点信息，既可通过高德地图导航的形式直接前往查看，也可复制坐标分享至其他设备，便于外业团队成员间的协同。

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五、应用流程

时值初春，我们选取了青岛的一处水产养殖场进行飞行测试与数据验证。

● 5.1 设备准备

本次任务使用DJI M300 RTK无人机为飞行平台，挂载AQ600 Pro多光谱相机和H20T双光相机，使用Yusense Fly进行飞行控制。

● 5.2 灰板定标

打开Yusense Fly软件，进入“视频模式”，默认显示多光谱的RGB镜头与H20T的可见光影像，使用“自动灰板识别”功能进行多光谱相机标定，保证反演结果的准确性。

● 5.3 飞行监测

手动起飞，切换不同的光谱指数与模型进行目标区域的异常位置探测。

左滑查看更多（左视图：多光谱，右视图：可见光）

整体区域在可见光影像中显示并无异样，但在飞行至北部养殖区时，切换至黑臭污染模块下发现水质出现大范围异常，使用H20T变焦观察发现水面颜色发现与相邻养殖区出现明显色差，初步判断为黑臭污染。

多光谱、可见光等视场

可见光长焦模式

同时也发现了在正常水面中出现了部分水质异常点，使用H20T指向变焦并进行了拍照取证，发现了大量水底泥堆。

● 5.4 实地勘察

对于在飞行任务中拍摄的异常点位置，根据所记录目标点经纬度前往实地查勘，发现正常水体中的异常点为池内虾类推拱起的泥堆，附近堆积了一些腐烂的虾类；而一旁大面积的异常水体，经与养殖户了解，该区域长时间未进行换水加氧，整个养殖区处于荒废状态，池塘内溶解氧含量降低，整体表现出黑臭污染特征。

AQ600 Pro视频多光谱相机在视频模式下也会同步保存16bit的原始TIFF格式多光谱图片，利用同步获取的该养殖区内航飞多光谱影像，将内业数据处理的结果与视频模式下的反演结果进行对比，二者对于富营养化与黑臭污染的反演结果完全吻合。

六、应用方向

视频多光谱水环境巡查系统是无人机技术与光谱视频成像技术相结合的新物种，无人机监察保证水环境监测的便携性，光谱遥感增加的水污染识别的准确性，视频探测提高水环境巡查的实时性和易用性，降低了使用门槛，全面提升了对河湖库与水产养殖池水环境污染情况的监测能力。

此外，视频多光谱水环境巡查系统由于无需内业处理，直接输出视频结果，可以作为无人自动机库的标准巡视负载，进一步提高水环境监测的自动化程度，使水环境监测工作真正向无人化迈进。

关于我们

长光禹辰成立于2017年，是一家由中国科学院长春光机所和青岛高新区联合成立的高新技术企业，公司核心团队来自长春光机所，形成了以MS600多光谱相机为代表的无人机载光谱遥感硬件产品线、以Yusense Map/Map Plus为依托的光谱数据预处理及分析软件和以Yusense Cloud为依托的端云一体化服务平台，并在农业、林业、生态、环保、警用等领域开展了深入的行业应用。公司专注于无人机航空遥感与光电探测领域，持续推出革新的软硬件产品，落地更丰富的行业应用场景，致力于用技术和产品推动行业进步。