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用于草地遥感的紧凑型光谱仪

用于草地遥感的紧凑型光谱仪

本文关键词: 农业/食品控制/自动化
摘要

作者Yvette Mattley,PhD

拉曼光谱法是适用于燃料鉴定和表征的卓越技术。 由于它对样品制备和鉴定及定量测定材料的能力都无要求,因此它能在多个行业中发挥多种用途也就不足为奇了。

背景

无人航空载具(UAV)和光谱仪可共同应用于多种遥感测量中。前景广阔的应用包括植物和土壤特性表征(诸如归一化植被指数,它测量了特定环?#25345;?#30340;植被数量);为判定叶面积指数而进?#22411;?#20687;检测(测定植物冠层,测量生物量、叶绿素浓度和植被覆盖率)。了解植物特征有利于实?#25351;?#26377;效的作物管理和?#36136;?#25511;制。

实验条件

由德国Jülich IBG-2植物科学研究中心的Andreas Burkart带头的跨国研究团队开发出了这一基于UAV的系统(图1),并进行了初步实验,他们从高达200米的空中收集了338-824 nm之间的高分辨率反射光谱,并测定了来自地面光谱仪的辐照度光谱。

在野外收集高光谱数据是一项非常耗时的任务,一般只能在容易进入的区域进行。 这一基于UAV的系统(面积不到2平方英寸(42 mm×40 mm),重量只有2盎司(68 g)的STS微型光谱仪)突破了这一限制,与地面光谱仪相比,将测量范围扩大了20倍。

图1:可从高达200米的空中用无人机高效地对广阔的地区进行光谱测定。

使用开源的Arduino微控制器,并借助海洋光学公司提供的客户工程学协助,研究者能用无线设备同步高空和地面光谱仪,保存光谱数据,并将数据传输給地面上的团队。

图 2:? 草地的反射比特?#36234;?#31034;了对作物健康、水土流失和环境影响的认识

结论

UAV光谱仪测定了草地、森林冠层和水的反射率,结果(主要是从10米空中得到的结果)可靠(图2)。事实上,无人机STS微型光谱仪获得的结果与地面系统的差别不大。光学分辨率在2.4-3.0 nm之间(FWHM)。

STS光谱仪由于其轻便小巧的外形,成为无人机的理想选择,它可以在任何地形上,甚至是森?#21482;?#27836;泽上,进行一系列快速、再?#20013;?#39640;的测量。该系统通过测量一片草地和其他较大区域里的不同部分,评估诸如特定地块上生长的植被和其他植物等信息。

来源

Burkart, A., Institute of Biology & Geoscience, Forschungszentrum Jülich GmbH, Jülich, Germany; Cogliati, S.; Schickling, A.; Rascher, U. A Novel UAV-Based Ultra-Light Weight Spectrometer for Field Spectroscopy, Sensors Journal, IEEE (Volume: 14, Issue: 1), Jan. 2014

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