1  背景与技术原理

肆虐东非和南亚多国的沙漠蝗虫灾害已经持续数月，其影响仍在继续扩大，如果得不到有效控制，侵入我国的可能性极大，国家林业和草原局已高度重视。大规模的沙漠蝗虫会对农业生产造成严重破坏，其繁殖期是防控的关键节点，相比于迁徙的成虫，虫卵在孵化成幼虫的过程中由于无法飞行将持续啃食农作物，造成极大的破坏力。

鉴于此，对于沙漠蝗虫的检测与提前防控对我国农业具有非常重要的意义。蝗虫卵在孵化前难以通过普通的成像设备捕捉识别，给防控带来极大的难度。但是研究表明，蝗虫成灾前会对植物表征出的光谱特征产生影响，多家研究机构给出了蝗虫数量、分布与该区域植物NDVI指数的关系。因此，通过对区域内植物NDVI指数变化趋势的追踪分析可以准确预测沙漠蝗虫迁徙方向和数量，对于我国有针对性的部署应对举措具有重要的战略意义。

NDVI指数由待测区域近红外谱段光谱平均反射率和红光谱段光谱平均反射率进行相应数学运算计算得出。无人机高光谱系统由无人机搭载高光谱成像仪及其辅助设备组成，高光谱成像仪可以获取目标区域的成像信息与光谱信息，其光谱分辨率较高能够保证目标谱段平均光谱反射率的计算精度，结合成像信息能够对不同的光谱特性进行定位。相比于卫星遥感高光谱系统和地面高光谱系统，无人机能够保证高光谱成像仪工作在合适的高度，既能够扩大视场提高检测效率又无需考虑大气与云层吸收对光谱采集带来的影响，故最适合应用于蝗虫检测。

2 蝗虫预测/检测方案

我司的高光谱专家团队依据HY-90系列产品做了部分检测和分析，做如下解决方案：

1、根据检测区域和无人机高光谱系统参数合理设计飞行方案，采集检测区域高光谱数据。

2、根据高光谱数据计算该区域NDVI指数，植被、地面等不同地物会反映出不同的NDVI指数数值，如下图所示，红色表示NDVI为接近1的正值，绿色表示NDVI为接近0的正值，蓝色表示NDVI为负值。NDVI是归一化植被指数，该值在-1到1之间，负值表示水、雪等可见光高反射区域，0表示岩石或裸土，正值表示有植被覆盖，数值的大小可以判断植物的生长状态，通过其细微的变化可以推断蝗虫灾害的发生情况。

3、将NDVI指数转化为蝗虫灾害爆发可能性或严重程度的指标后与可见光图像进行融合，做可视化显示，输出检测区域内蝗虫灾害爆发可能性和严重程度的分布情况。以下图为例，对图内中间五块实验田进行蝗虫灾害推测结果可视化输出。

                                     设备系统

我司研制的无人机高光谱系统iSpecHyper系列如下图所示，主要载荷包括高光谱相机、可见光相机、稳定云台、机载控制与数据采集系统、POS系统和机载电源。

本系统中所有探测器和POS模块采用同步触发控制，记录的高光谱数据、可见光照片、姿态信息和GPS信息具有一一对应关系，便于后期几何校正与数据拼接。地面站不仅为机载GPS系统提供差分站以提高精度，还可以远程控制载荷进行各种操作，提升用户体验。

采集的高光谱数据可以处理成反射率进行植被指数计算用于蝗虫迁徙、流行性病虫害、草地贪夜蛾等病虫害趋势的预测和定位。可见光照片可以提供检测区域高清图像，可以用于三维建模、拼接正射影像。

                                                               无人机高光谱系统技术指标

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莱森光学- iSpecHyper-VM系列无人机机载高光谱成像系统

莱森光学-多旋翼无人机高光谱成像系统iSpecHyper-VM系列是一款基于小型旋翼无人机的高性能机载高光谱成像系统。

莱森光学-多旋翼无人机高光谱成像系统光谱范围400-1000nm/900-1700nm,由高性能高光谱相机、稳定云台、高清相机、GNSS模块、机载控制与数据采集模块、机载供电模块、地面站模块等部分组成。核心载荷高光谱相机完全自主研发，采用1英寸大靶面CCD图像传感器具有高光谱分辨率、高灵敏度、大视场及优异的成像性能，配合定制开发的高性能稳定云台，能够有效降低飞行过程中无人机抖动引起的图像扭曲与模糊；同时与GPS同步触发，实现可见光照片匹配同步GPS信息；通过地面实时数据平台实时观测飞行器采样点并可利用地面端设置采集的航线预览及矫正功能；有辐射度校正、反射率校正、区域校正等批处理能力。辅助相机可实时可见、监控拍摄效果，有图像实时回传功能；有辐射度校正、反射率校正、区域校正等批处理能力，光谱相机控制、数据采集、自动曝光、自动扫描速度匹配、辅助摄像头功能、支持远程遥控、支持巡航、惯导采集模式，数据支持Envi等主流遥感软件，实时常用植被指数计算功能、光谱及图像数据预览、建库、建立指标解译库等功能

莱森光学-多旋翼无人机高光谱成像系统与大疆M600 pro/M300RTK无人机完美适配，支持同类型的多种无人机；系统支持配件升级及定制化开发，为教育科研、智慧农业、林业调查、水环境监测、目标识别、军事反伪装等行业高端应用领域提供高性能解决方案。

详情可见：http://www.lisenoptics.cn/duoxuanyiwurenjigaoguangpuchengxiangxitong/833.html

莱森光学- iSpecHyper-VS系列高光谱成像相机/便携式高光谱成像系统

莱森光学-iSpecHyper-VS系列高光谱成像相机是莱森光学（LiSen Optics）专门用于公安刑侦、物证鉴定、精准农业、矿物地质勘探等领域的最新产品，主要优势具有体积小、帧率高、独有高光通量分光设计、信噪比灵敏度高、大靶面探测器、高像质等特点。iSpecHyper-VS采用了透射光栅外置推扫或内置原理高光谱成像，系统集成高性能数据采集与分析处理系统，高速接口传输，全靶面高成像质量光学设计 ，物镜接口为标准C-Mount，可根据用户需求更换物镜。iSpecHyper-VS系列高光谱成像相机，广泛应用于公安刑侦、物证鉴定、精准农林、遥感遥测、 工业检测、 医学医疗、采矿勘探等各领域。

莱森光学-iSpecHyper-VS系列高光谱成像相机/便携式高光谱成像系统主要技术特点

² 光谱范围400-1000nm或900-1700nm，分辨率优于3nm

² 独有高光通量分光成像设计、信噪比灵敏度高

² 高性能CMOS/CCD/InGaAs(TE Cooled)图像传感器，数据格式支持ENVI,支持多区域ROI

² 可选配电控自动对焦技术、自动曝光、自动成像扫描匹配

² 全靶面高成像质量光学设计，点列斑直径小于0.5像元

² 多种焦距物镜镜头（12.5/25mm/35mm/75mm）可根据用户需求更换物镜

² 多种光学附件可选：户外太阳光源、实验室太阳匀化光源工作台、三脚架（野外专用）、数据线、电源线、电源（外置电源模块）、仪器便携式手提箱（定制三防箱）、专业高光谱采集软件

详情可见：

http://www.lisenoptics.cn/gaoguangpuchengxiangxiangji/834.html

莱森光学- iSpecField-系列手持式/便携式地物光谱仪

莱森光学-iSpecField系列地物光谱仪是莱森光学（LiSen Optics）专门用于野外遥感测量、土壤环境、矿物地质勘探等领域的最新明星产品，由于其操作灵活、便携方便、光谱测试速度快、光谱数据准确是一款真正意义上便携式地物光谱仪。iSpecField系列地物光谱仪光谱范围250-1100nm/250-1700nm/250-2500nm,采用了工业级触控显示屏手柄探头，手柄探头同时采用了独有光学设计内置摄像头（相机）、GPS、激光指示器、内置光学快门控制，同时地物光谱仪主机与工业级触控显示屏手柄探头一体化设计，可野外现场直接进行地物光谱操作测量，野外操作更加便捷方便，非常适合复杂的野外地物光谱测量。

莱森光学-iSpecField系列地物光谱仪主要技术特点

² 光谱范围250-1100nm/250-1700nm/250-2500nm，固定全息光栅一次性快速扫描分光

² 2048像素面阵BT-CCD，256/512像元InGaAs，高像素双路探测器同步测量，光谱精度高、分辨率高

² 主机与工业级触控显示手柄探头一体化结构，野外测量无需额外电脑，操作灵活

² 最短积分时间30微秒，测量动态范围大，7吋高清触控显示远程触发一键测量

² 内置＞800万像素自动对焦摄像头（相机）、GPS、激光指示器、内置光学快门控制

² GPS定位、地物图像、角度测量、距离测量、空气温湿度测量与光谱实时对应同步

² SpecAnalysis专用地物分析软件，兼容ENVI、TSG、Arcgis等第三方工具软件，嵌入了USGS数据库和NDVI等13个植被指数

² 丰富测量光学配件：标准白板/灰板、叶片透射夹、矿物土壤专用探头、手枪式光纤探头、室内太阳光源、视场角镜头、BRDF测量附件、透反射实验室支架装置、远程触发器等可满足野外和实验室测量需求，可实现透射反射率、辐照度、辐亮度等测试

² 大容量电池，续航时间4-5小时，供电电池模块可拆卸，可配置备用电池模块，满足长时间野外测量

详情可见：

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