我校科研团队在无人机遥感光谱智能感知领域取得重要突破

（本网讯）近日，《陕西日报》刊发消息，中国科学院西安光机所副研究员李海巍、研究员王爽及我校人工智能与数据科学研究院教师宋丽瑶联合团队在无人机遥感光谱智能感知领域取得重要突破，成功攻克厘米级像素高精度光场建模难题，为无人机遥感技术的拓展应用注入了强劲动力。相关成果发表于遥感领域一区TOP期刊ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing（SCI 1区TOP，IF=10.6）。

在此项目中，我校宋丽瑶团队承担了“无人机嵌套飞行BRDF采集新范式与光照校正”部分的研究。

随着遥感定量化研究的持续深入，无人机平台凭借其高空间分辨率与灵活的数据获取能力，已成为复杂地表环境下高精度地物反演的核心支撑技术。在此背景下，我校人工智能与数据科学研究院宋丽瑶博士所在团队聚焦无人机遥感光谱智能感知领域，在定量遥感核心技术方向取得重要突破。

针对当前建模过程中面临的光照变化剧烈、地形起伏复杂以及BRDF采集效率低下等难题，研究团队在陕西省科技厅专项和陕西省教育厅自然科学专项的支持下，系统提出了一种具备区域自适应能力的无人机多角度BRDF快速建模与光照校正一体化方法，实现了厘米级像素尺度的高精度光场建模，大幅提升了复杂环境下遥感数据的辐射一致性与建模效率。该成果不仅在理论层面推动了无人机遥感光谱智能感知技术的发展，还为农业生产、生态监测、资源调查等应用领域提供了具备工程可行性的解决方案，相关研究实现了厘米级像素的高精度光场建模，为无人机遥感技术的发展与应用开辟了新路径。

新范式：嵌套飞行驱动的无人机BRDF多角度数据智能获取体系

为实现复杂观测几何下地表双向反射分布函数（BRDF）的高精度建模，团队创新设计了“多矩形嵌套飞行”策略，以实现对0°~25°观测天顶角范围内、间隔5°的多角度数据采集。每一观测天顶角对应一套包含三个嵌套矩形的航线，每个矩形边长相等，相邻矩形间夹角30°，可完整覆盖0°~360°方向的12组观测方位角信息。在每个天顶角下，飞行高度与横向偏移根据角度调整，确保成像方向始终朝向目标区域。该方法结合高机动性无人机平台与稳定角度控制系统，显著提升了BRDF多角度数据采集的效率。

该设计不仅提高了单位时间内的有效采样密度，也为后续BRDF反演提供了高度结构化、多维协同的原始数据支撑。

新方法：区域自适应的光照因子动态校正机制

在无人机遥感BRDF建模中，团队创新性地提出了一种面向复杂地表场景的光照因子动态校正机制，针对多时相、多角度高光谱影像中太阳辐照度快速变化所引发的亮度不一致问题，突破了传统静态光照假设与简单线性修正方法的局限。该方法引入高时间分辨率的大气下行辐照度连续观测装置，通过实时记录实验期间各时刻各波段的太阳辐照强度，建立了反映时间变化特征的光照扰动序列，并在光谱维度上利用高斯函数重建辐照度设备响应函数，对中心波长和半高宽进行精准漂移建模，实现与无人机多光谱成像系统的响应等效映射，构建跨设备、跨波段的一致性校正因子。通过将归一化光照因子嵌入像元级反射率反演流程，精确校正多角度成像过程中光照条件的非稳定性，进而显著提升了输入数据的辐射一致性与空间同质性，为Hapke、Kernel和RPV等BRDF模型在非理想成像条件下的稳健拟合提供了高质量数据支撑。同时，该方法具备区域自适应性，能够根据不同ROI区域在时间、光谱和几何空间上的变化自动生成最优光照校正参数集，实现了厘米级像元层面辐射校正的精准控制，有效提升了BRDF建模在复杂光照扰动环境下的稳定性与精度，为无人机遥感数据的真实反射特性建模提供了可靠保障，具有显著的理论推广价值和工程应用潜力。

应用验证：从建模精度到工程推广

为验证所提方法的可靠性与实用价值，团队在典型区域开展了多次实地飞行与实验验证。将构建的BRDF建模结果与支持向量机（SVM）分类模型结合使用，分类精度由原始91.65%提升至97.23%，在地物分类识别中表现出显著提升。同时，针对标准靶标构建的单像素BRDF模型与扩散区域模型进行比对，分别从空间维度（RMSE）与光谱维度（SAM）对模型的拟合效果进行量化评估，进一步验证了模型的高精度建模能力。

该系统方法不仅适用于农业作物监测、林地结构建模、土地利用监管等常规场景，更具备向智慧农业、生态监测、资源调查等工程领域推广的技术潜力。

科研平台与技术体系建设

本项研究依托我校人工智能与数据科学研究院的科研平台开展，在人工智能算法设计、遥感数据处理、复杂环境建模等方向积累了深厚技术基础。在学院领导与多学科交叉团队的协同支持下，研究团队联合地理信息、环境科学与计算机视觉等领域专家，构建了覆盖从数据获取、预处理、建模、优化到应用推广的完整技术链条。

目前，研究团队已在BRDF建模、辐射校正、多源遥感融合等方向取得系列研究成果，相关研究先后发表于国内外核心期刊与会议论文10余篇，申请国家发明专利3项，登记软件著作权1项。研究团队亦与多家遥感测绘、农业信息化与生态环境领域的企业建立了合作关系，具备良好的工程转化基础。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924271625002199?via%3Dihub=

文、图：宋丽瑶  审核：王建国  编辑：杨笑