無人機搭載日光誘導クロロフィル蛍光システム

ガイアスカイ-SP-SIF無人機搭載日光誘導クロロフィル蛍光システム基本原理：

日光誘導葉緑素蛍光モニタリングシステムと回転翼ドローンの結合は正確な農業モニタリングの新しい応用を開拓した。葉緑素蛍光は豊富な光合成情報を含み、植生、農作物、葉片、樹木冠層などの反射スペクトル信号中の蛍光情報を抽出することにより、蛍光パラメータ、葉緑素などの生化学パラメータ（地面瞬時環境条件下で測定）を結合し、異なる環境下（肥料、水分、病気ストレス、病虫害など）作物の葉緑素蛍光スペクトル特徴とその蛍光指標とその他のパラメータ（冠層温度、表面への放射照度、葉緑素含有量測定）との関係を判断することができ、そのため、有機葉緑素蛍光モニタリング技術は高効率、適時、迅速、鋭敏、無損失探査作物植生などの生理状態と環境関係の理想的なモニタリング技術は、植生などの健康状態の評価に広く応用できる。

ガイアスカイ-SP-SIF無人機搭載日光誘導クロロフィル蛍光システム構成技術指標：

システム構造の紹介：

モジュール化集積、構造標準化、システム構造の調整、調整を必要とせず、要求に応じてドローンに取り付けるだけでよく、無線図伝送データ線を通じてシステムとドローン、地上監視プラットフォームの相互接続を実現する。無人機の雲台を通じてシステムに独立した電力を供給する。下り光ファイバと独立モジュールの固定はイメージングレンズの切り替えを容易にし、補助カメラは収集領域を観察、監視するために独立モジュールに統合される。上り余弦補正機能はモジュール化を実現し、リアルタイムで太陽光照射信号を収集し、その透過率が高く、均一化効果がよく、適応帯域の範囲が広い。GPS情報は収集エリアの位置情報を正確に位置決めすることができる。

技術上の利点：

・システム集積度が高い、

・システムの操作性が良く、操作が簡単である；

・監視を補助し、収集エリアを正確に位置決めする、

・ワンタッチ収集、

・反射、蛍光スペクトル表示及び出力、

・定点巡航、

・絶対放射スケーリング、

・リアルタイム太陽光余弦補正モジュール、

・GPSモジュール、

・35 mm/50 mmイメージングレンズと裸光ファイバモード切り替え、

・特殊光ファイバ構造、高速で上り下り信号の切り替えを完成し、上下で同期収集を実現することを確保する、

・ドローン、地上両用可能、

・高精細図伝送一体構造はシステム制御（操作、データ伝送など）を確保する、

・複数のデータ処理モデル。

基本原理：

無人機搭載日光誘導葉緑素蛍光（SIF）自動観測システム（専li号：20202517297）（GaiaSky-SIF）のハードウェア構成には、光ファイバ分光器、光ファイバ、光路切替モジュール及びスイッチ、監視カメラ、収集制御ユニット及び校正モジュール等の部分が含まれる。現在、主に高感度光ファイバ分光器及びその部品を採用し、植生葉緑素蛍光及び高スペクトル野外連続安定高周波観測に用いることができる。システムは無人機載置プラットフォーム下の植生冠層の高周波高／超分光観測を実現することができる。観測周波数は10 s/回に達することができ、1回の飛行で複数のスペクトルを見ることができる。同時に、このシステムの上りと下りの2つの通路の二重余弦観測は、地物の検出範囲が大幅に向上し、市場が商業化された製品である。

●日光誘導クロロフィル蛍光SIF（Sun/Solar-induced Chlorophyll Fluorescence）は、太陽光照射条件下で植物が光合成中心から放射するスペクトル信号（650〜800 nm）であり、赤色光（690 nm前後）と近赤外（760 nm前後）の2つのピークを有し、植物の実際の光合成の動的変化を直接的に反映することができる。

●SIFリモートセンシングは近年急速に発展してきた植生リモートセンシング技術であり、現在の植生リモートセンシング観測の不足を補うことができ、陸上生態系の炭素循環と植生モニタリングなどに新しい構想と技術を提供した。

●「緑度」観測に基づく植生指数（例えばNDVI）に代表される植生リモートセンシングは、過去30年間、地球生物圏のマクロスケールからの理解と認識を大きく促進してきたが、植物の「潜在光合成」を「緑度」でしか探査できなかった。

・葉緑素蛍光は植生光合成生理学的検出において特殊な技術的優位性があり、「実際の光合成」の直接検出方法である。

・植生葉緑素蛍光リモートセンシングは、この10年間の植生リモートセンシング分野の画期的な研究の最前線であると言える。研究と技術の発展に伴い、SIFリモートセンシングはここ10数年来大きく進歩した。

放射線スケール：

光路システム全体で放射スケーリングを行い、分光計で収集したDN値を放射照度（mW/m 2/nm）または放射輝度の単位（mW/m 2/nm/sr）に変換する必要がある。放射線スケーリングは、裸光ファイバと余弦補正器を接続する光路をそれぞれスケーリングする必要があります。放射スケーリングとは、分光計の各画素における応答強度を、既知のスペクトル出力電力を有するランプを用いて較正することをいう。絶対放射スケーリングはスペクトル全体の形状と大きさを変え、計器の単一計器応答関数（IRF）を補正し、分光計で測定したDigital Number（DN）を物理量に変換した。スケーリング係数は、次の式で計算されます。

ここで、αは計算された放射スケーリング係数であり、Lは標準光源の放射輝度または放射照度であり、DCは分光計が光を入れない場合に測定した暗電流値である。放射線による較正後のスペクトルの単位は単位面積当たり波長当たりの電力出力であり、標準光源は通常単位をµW/cm 2/nmと表現し、その数値に10を掛けて単位をmW/m 2/nmに変換することが好ましく、放射輝度変換関係は同じである。

大規模、高スループット植物クロロフィル蛍光イメージング測定分析は適切な解決策を提供し、陸空双基高スペクトルリモートセンシング分析に適している。主に次の分野で使用されています。

●植物光合成と蛍光測定

●植物製図と植生健康特徴

●森林資源調査評価

●農作物の生育評価

●陸空双基高スペクトルリモートセンシングモニタリング