高光譜在基礎設施檢查和腐蝕檢測的應用

可以從空中或地面獲取高光譜數據和圖像，以便遠程檢測材料降解情況。

隨著時間的推移，所有材料都會退化，當這些材料為建筑物、大壩、塔、橋、鐵路和道路等基礎設施提供結構完整性，或以管道和電線的形式提供能量輸送時，早期檢測既可以節省材料壽命，也可以節省金錢。

圖1.在獨立機構開展的研究中，美國商業、住宅和運輸部門的直接腐蝕成本估計為每年近1380億美元。圖片由美國交通部提供。

圖2.高光譜成像（HSI）可以為基礎設施所有者和運營商在理想情況是在材料嚴重受損之前提供檢測材料退化的能力。使用無人機平臺可以避免使用昂貴且潛在危險的載人飛機操作。近一項研究的3幅圖像（下方三幅圖）顯示了在VNIR和SWIR范圍內使用HSI技術的鋼樣品的光譜特征。

根據一項全面的研究，直接成本每年接近1380億美元，與腐蝕相關的間接成本每年超過2750億美元。這些隨著時間的推移而增加。傳統的現場檢測方法可能是勞動密集型的，而且只能提供一個廣泛領域的一角。我們的希望是，一個小地區準確地代表了一個大得多的地區，因為大塊區域不可能花費同樣成本的方式進行檢測。

Headwall提供商用現貨（COTS）以及定制的高光譜成像（HSI）傳感器和交鑰匙解決方案，設計用于廣泛區域的遙感，并覆蓋可見光和近紅外光譜。

Headwall HSI傳感器可用于檢測以下應用：

•瀝青降解

•各種聚合物的腐蝕

•黑色金屬的氧化

•油漆狀態

•植被侵占

•水池或多余水分的存在

除了高光譜成像之外，Headwall還在輕型無人機上提供了帶有光探測和測距（LiDAR）系統和HSI的集成平臺，并具有數據融合功能。 甚至可以同時通過捕獲點云以創建具有關于被掃描對象的高光譜信息的高分辨率數字高程模型（DEM）。 由于載人飛行操作的高成本，無人駕駛檢查在基礎設施所有者和運營商之間獲得了關注。 這些成本不僅包括運營成本，還包括保險成本和潛在的事故責任。 在直升機檢查飛行期間發生塔架和電線撞擊時，即使在相對較低的高度，死亡率也可能超過35％。

高光譜遙感的益處

價值主張

•高級檢測

•優化維修計劃

•降低生命危險

•減少責任

•潛在的BVLOS運營

無論是檢查道路還是跑道，通過眼睛進行耗時的視覺檢查或甚至在要檢查的表面上滾動成像系統都需要花費大量的時間。 我們可以對DJI Matrice 600 Pro UAV上的Headwall的Hyperspec®Nano或Co-Aligned VNIR-SWIR傳感器有效載荷等低空機載解決方案進行編程，以遵循精確的飛行路徑，優化檢測效率。

圖3. 基于DJI Matrice 600 Pro的Headwall無人機配備了共同對準的VNIR-SWIR傳感器和LiDAR，在哈茲菲爾德 - 杰克遜亞特蘭大機場允許的情況下掃描跑道。

圖4. 比如管道、電力線路和塔架。由于環境條件以及它們所承載的物質而容易呈現老化和腐蝕結構的特性，耗時且具有潛在危險性的目視檢查成本高昂且危險，而使用高分辨率彩色（RGB）攝像機進行的檢查可能會錯過使用高光譜成像檢測到的故障早期警告信號。

配備HSI和可選的LiDAR的無人機可以在幾個小時內完成自動檢測，而不是將繁忙的跑道關閉幾天進行繁瑣的地面檢查。

與載人航班相比，航班可以快速安排，并大大降低運營開銷。飛行計劃和記錄，包括捕獲精確的GPS數據，是軟件包的內置功能，以及在航班之間快速卸載高光譜和LiDAR數據。

Headwall HSI傳感器具有各種波長范圍和形狀因子，還可用于地面實況成像以增強機載成像。這些傳感器堅固，小巧，輕便，便于運輸和安裝。可見光 - 紅外（VNIR）傳感器可用于識別植被的侵蝕，短波近紅外（SWIR）傳感器可用于對地形，人造結構進行成像，甚至可識別可指示的化學特征基礎材料的條件。用于實驗室的臺式掃描工作站站也可用于對現場采集的樣品進行更詳細的分析，或者可掃描的材料用于建立光譜“庫”，以便在現場快速檢測。