本發(fā)明屬于土壤生態(tài)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種大面積土壤重金屬污染程度的空地一體化協(xié)同監(jiān)測系統(tǒng)及方法，具體涉及一種基于高光譜面源監(jiān)測和libs點源監(jiān)測的大面積土壤重金屬污染程度空地一體化協(xié)同監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大、城市環(huán)境污染的加劇以及農(nóng)藥和化肥的不合理使用，土壤重金屬污染程度不斷加劇，而且污染面積也在不斷擴大。重金屬污染物主要是指hg(汞)、cd(鎘)、pb(鉛)、cr(鉻)、cu(銅)、ni(鎳)、co(鈷)、sn(錫)以及類金屬as(砷)等。由于重金屬污染物在土壤中移動差、滯留時間長、難被微生物降解，并可經(jīng)水、植物等介質(zhì)最終影響人體健康，因此對大面積土壤中的重金屬種類和含量進行快速準(zhǔn)確監(jiān)測，進而全面評價土壤重金屬的污染程度，為治理與防范土壤重金屬危害提供可靠依據(jù)，具有非常重要的意義。

國內(nèi)外傳統(tǒng)的土壤重金屬檢測大多采用現(xiàn)場采樣后通過實驗室化學(xué)試劑和光譜儀器等方法進行分析。雖然這些檢測方法的準(zhǔn)確度較高，但其分析周期長，檢測過程中容易產(chǎn)生二次污染，難以實現(xiàn)對大面積土壤重金屬污染程度的快速實時檢測。近年來，隨著世界各國對土壤重金屬檢測方面的大力投入，出現(xiàn)了libs(laser-inducedbreak-downspectroscopy，激光誘導(dǎo)擊穿光譜)、高光譜遙感等一系列新技術(shù)。但這些土壤重金屬檢測方法有優(yōu)點，也存在不足，僅憑單種方法難以實現(xiàn)對大面積土壤中的重金屬種類和含量進行快速準(zhǔn)確監(jiān)測。比如：中國發(fā)明專利201610045040.7和201610828001.4公開的libs裝置具有現(xiàn)場實時檢測、樣品無需特殊制備、低檢測限、測量精度高、操作便捷和多元素同時分析等優(yōu)點，但該方法局限于小區(qū)域檢測，難以獲取大面積土壤重金屬污染程度的監(jiān)測數(shù)據(jù)。另一方面，國內(nèi)外已提出將具有高光譜分辨率和連續(xù)光譜波段的高光譜遙感技術(shù)應(yīng)用于土壤重金屬污染程度檢測，以實現(xiàn)大范圍、非破壞性和非接觸元素的快速監(jiān)測。但在實際應(yīng)用當(dāng)中，由于被污染土壤中重金屬的含量比較低，反映在光譜中的信號會比較微弱，而且土壤質(zhì)地、濕度、有機質(zhì)、氧化鐵等的含量都會對土壤光譜特征產(chǎn)生影響，因此目前利用高光譜遙感技術(shù)檢測土壤重金屬污染程度的精度往往不高。

綜上所述，如何快速準(zhǔn)確監(jiān)測大面積土壤重金屬種類和含量成為迫切需要解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于高光譜面源監(jiān)測和libs點源監(jiān)測的大面積土壤重金屬污染程度空地一體化協(xié)同監(jiān)測系統(tǒng)及方法。采用本發(fā)明可快速、準(zhǔn)確完成大面積土壤重金屬種類和含量的檢測。

本發(fā)明的系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案是：1.一種土壤重金屬污染程度的空地一體化協(xié)同監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：由空中高光譜面源監(jiān)測端、地面libs點源監(jiān)測端和地面監(jiān)控端組成；

所述空中高光譜面源監(jiān)測端包括無人機、高光譜成像儀、工業(yè)相機、激光掃描儀、精密可控轉(zhuǎn)臺、pos設(shè)備、智能處理器、通信設(shè)備和電源模塊；所述高光譜成像儀、工業(yè)相機、激光掃描儀、精密可控轉(zhuǎn)臺、pos設(shè)備、智能處理器、通信設(shè)備和電源模塊均集成在所述無人機上；所述智能處理器分別與所述高光譜成像儀、工業(yè)相機、激光掃描儀、精密可控轉(zhuǎn)臺、pos設(shè)備、通信設(shè)備連接；所述電源模塊分別與所述無人機、高光譜成像儀、工業(yè)相機、激光掃描儀、精密可控轉(zhuǎn)臺、pos設(shè)備、智能處理器、通信設(shè)備連接；

所述地面libs點源監(jiān)測端包括無人小車、遠距離libs設(shè)備、工業(yè)相機、激光掃描儀、精密可控轉(zhuǎn)臺、pos設(shè)備、智能處理器、通信設(shè)備和電源模塊；所述遠距離libs設(shè)備、工業(yè)相機、激光掃描儀、精密可控轉(zhuǎn)臺、pos設(shè)備、智能處理器、通信設(shè)備和電源模塊均集成在所述無人小車上；所述智能處理器分別與所述遠距離libs設(shè)備、工業(yè)相機、激光掃描儀、精密可控轉(zhuǎn)臺、pos設(shè)備、通信設(shè)備連接；所述電源模塊分別與所述無人小車、遠距離libs設(shè)備、工業(yè)相機、激光掃描儀、精密可控轉(zhuǎn)臺、pos設(shè)備、智能處理器、通信設(shè)備連接；

所述地面監(jiān)控端包括工控機、大容量數(shù)據(jù)存儲設(shè)備和通信設(shè)備；所述工控機通過與通信模塊連接，進行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送控制指令；所述工控機與大容量數(shù)據(jù)存儲設(shè)備進行連接，由工控機把處理之后的數(shù)據(jù)送到大容量數(shù)據(jù)存儲設(shè)備進行存儲；

所述工控機用于控制所屬無人機及無人小車工作，所述無人機完成對大面積土壤重金屬污染程度的粗測，給出存在土壤重金屬污染的特定區(qū)域位置；所述無人小車協(xié)同完成對這些特定區(qū)域位置內(nèi)土壤重金屬污染物種類和含量的準(zhǔn)確檢測。

本發(fā)明的方法所采用的技術(shù)方案是：一種土壤重金屬污染程度的空地一體化協(xié)同監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：地面監(jiān)控端規(guī)劃無人機的航跡，并操控?zé)o人機飛向指定的監(jiān)測區(qū)域；

步驟2：高光譜成像儀采用推掃成像方式實時獲取監(jiān)測區(qū)域內(nèi)土壤的高光譜圖像，pos設(shè)備實時測量無人機的平臺姿態(tài)和位置，工業(yè)相機和激光掃描儀實時獲取周圍環(huán)境的視覺和激光數(shù)據(jù)；同時將監(jiān)測數(shù)據(jù)和自身的狀態(tài)參數(shù)實時發(fā)送給智能處理器；

步驟3：智能處理器采集、緩存和壓縮高光譜圖像、視覺和激光數(shù)據(jù)、平臺姿態(tài)和位置數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，并通過通信設(shè)備將壓縮后的數(shù)據(jù)發(fā)送給地面監(jiān)控端；

步驟4：地面監(jiān)控端對高光譜圖像進行實時處理，并判斷高光譜數(shù)據(jù)是否到達預(yù)期要求；

若是，則執(zhí)行步驟5；

若否，則地面監(jiān)控端給空中高光譜面源監(jiān)測端發(fā)送控制指令，由智能處理器控制精密可控轉(zhuǎn)臺調(diào)節(jié)高光譜成像儀的視場角，并回轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟2；

步驟5：判斷高光譜圖像是否存在可疑的土壤重金屬污染區(qū)域；

若是，則地面監(jiān)控端操控?zé)o人機降低飛行高度，并使無人機暫時處于懸停狀態(tài)，對該區(qū)域進行近距離觀測，然后執(zhí)行步驟6；

若否，則執(zhí)行步驟6；

步驟6：判斷無人機是否完成所有區(qū)域的監(jiān)測；

若是，則無人機監(jiān)測結(jié)束，回收無人機；

若否，則回轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟2；

步驟7：地面監(jiān)控端從監(jiān)測結(jié)果中找出存在重金屬污染的土壤區(qū)域，并結(jié)合空中高光譜面源監(jiān)測端提供的位置數(shù)據(jù)和視覺數(shù)據(jù)，對無人小車的行駛路徑進行規(guī)劃,并操控?zé)o人小車駛向指定的監(jiān)測區(qū)域；

步驟8：在無人小車行駛過程中，搭載的工業(yè)相機和激光掃描儀實時獲取周圍環(huán)境的視覺和激光數(shù)據(jù)，pos設(shè)備實時測量無人小車的平臺姿態(tài)和位置，同時將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時發(fā)送給無人小車上搭載的智能處理器；

步驟9：智能處理器采集、緩存和壓縮視覺激光數(shù)據(jù)、平臺姿態(tài)和位置數(shù)據(jù)，并通過通信設(shè)備將壓縮后的數(shù)據(jù)發(fā)送給地面監(jiān)控端；

步驟10：地面監(jiān)控端通過通信設(shè)備接收地面libs點源監(jiān)測端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行實時處理，以實現(xiàn)對無人小車周圍監(jiān)測環(huán)境的感知和行駛路徑的調(diào)整優(yōu)化；

步驟11：判斷無人小車是否到達監(jiān)測區(qū)域；

若是，則執(zhí)行步驟12；

若否，則回轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟8；

步驟12：遠距離libs獲取監(jiān)測區(qū)域內(nèi)土壤的libs光譜數(shù)據(jù)，pos設(shè)備實時測量無人小車的平臺姿態(tài)和位置，光學(xué)相機和激光掃描儀實時獲取周圍環(huán)境的視覺和激光數(shù)據(jù)；同時將監(jiān)測數(shù)據(jù)和自身狀態(tài)參數(shù)實時發(fā)送給智能處理器；

步驟13：智能處理器采集、緩存和壓縮libs光譜數(shù)據(jù)、視覺激光數(shù)據(jù)、平臺姿態(tài)和位置數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，并通過通信設(shè)備將壓縮后的數(shù)據(jù)發(fā)送給地面監(jiān)控端；

步驟14：判斷l(xiāng)ibs光譜數(shù)據(jù)是否達到預(yù)期要求；

若是，則執(zhí)行步驟15；

若否，則地面監(jiān)控端通過通信設(shè)備給地面libs點源監(jiān)測端發(fā)送控制指令，由智能處理器控制精密可控轉(zhuǎn)臺調(diào)節(jié)遠距離libs的視場角，并回轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟12；

步驟15：地面監(jiān)控端提取監(jiān)測區(qū)域內(nèi)土壤重金屬的種類和含量，同時結(jié)合位置數(shù)據(jù)、視覺激光數(shù)據(jù)，繪制出土壤重金屬污染程度的三維空間分布圖，并由大容量數(shù)據(jù)存儲器完成高光譜數(shù)據(jù)和libs光譜數(shù)據(jù)的實時存儲；

步驟16：判斷無人小車是否完成所有指定區(qū)域的監(jiān)測；

若是，則無人小車監(jiān)測結(jié)束，回收無人小車，本流程結(jié)束；

若否，則回轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟7。

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有有益成果：

采用空中高光譜面源監(jiān)測端和地面libs點源監(jiān)測端，實現(xiàn)了大面積土壤重金屬種類和含量的快速、準(zhǔn)確檢測，可減少大面積土壤重金屬污染程度的評估時間和誤差，從而為治理與防范土壤重金屬危害提供可靠依據(jù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的系統(tǒng)原理圖；

圖2是本發(fā)明實施例的方法流程圖。

具體實施方法

為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請見圖1，本發(fā)明提供的一種土壤重金屬污染程度的空地一體化協(xié)同監(jiān)測系統(tǒng)，由空中高光譜面源監(jiān)測端、地面libs點源監(jiān)測端和地面監(jiān)控端組成；

高光譜面源監(jiān)測端包括無人機、高光譜成像儀、工業(yè)相機、激光掃描儀、精密可控轉(zhuǎn)臺、pos設(shè)備(由慣性導(dǎo)航單元、gps接收機以及數(shù)據(jù)處理單元組成)、智能處理器、通信設(shè)備和電源模塊，其中無人機用于搭載高光譜成像儀等各類設(shè)備；高光譜成像儀用于獲取土壤的高光譜圖像；工業(yè)相機和激光掃描儀分別用于獲取監(jiān)測場景的視覺數(shù)據(jù)和激光數(shù)據(jù)；精密可控轉(zhuǎn)臺用于調(diào)節(jié)高光譜成像儀的視場角度；pos設(shè)備用于獲取無人機的平臺姿態(tài)和位置數(shù)據(jù)；智能處理器包括監(jiān)控子模塊和數(shù)據(jù)采集子模塊，其中監(jiān)控子模塊負(fù)責(zé)對無人機及其搭載的各種設(shè)備進行控制以及監(jiān)測所有設(shè)備單元的工作狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集子模塊負(fù)責(zé)采集、緩存和壓縮高光譜圖像、視覺激光數(shù)據(jù)、平臺姿態(tài)和位置數(shù)據(jù)、監(jiān)測裝置自身狀態(tài)參數(shù)，并通過通信設(shè)備將壓縮后的數(shù)據(jù)實時發(fā)送給地面監(jiān)控端；通信設(shè)備用于向地面監(jiān)控端發(fā)送壓縮后的數(shù)據(jù)以及接收來自地面監(jiān)控端的控制指令；電源模塊用于為無人機及其搭載的設(shè)備單元提供動力。

地面libs點源監(jiān)測端包括無人小車、遠距離libs設(shè)備、工業(yè)相機、激光掃描儀、精密可控轉(zhuǎn)臺、pos設(shè)備(由慣性導(dǎo)航單元、gps接收機以及數(shù)據(jù)處理單元組成)、智能處理器、通信設(shè)備和電源模塊，其中無人小車用于搭載遠距離libs等各類設(shè)備；遠距離libs設(shè)備用于獲取土壤的libs光譜數(shù)據(jù)；光學(xué)相機和激光掃描儀分別用于獲取監(jiān)測場景的視覺數(shù)據(jù)和激光數(shù)據(jù)；精密可控轉(zhuǎn)臺用于調(diào)節(jié)遠距離libs設(shè)備的視場角度；pos設(shè)備用于獲取無人小車的平臺姿態(tài)和位置數(shù)據(jù)；智能處理器包括監(jiān)控子模塊和數(shù)據(jù)采集子模塊，其中監(jiān)控子模塊負(fù)責(zé)對無人小車及其搭載的各種設(shè)備進行控制以及監(jiān)測所有設(shè)備單元的工作狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集子模塊負(fù)責(zé)采集、緩存和壓縮libs光譜數(shù)據(jù)、視覺激光數(shù)據(jù)、平臺姿態(tài)和位置數(shù)據(jù)、監(jiān)測裝置自身狀態(tài)參數(shù)，并通過通信設(shè)備將壓縮后的數(shù)據(jù)實時發(fā)送給地面監(jiān)控端；通信設(shè)備用于向地面監(jiān)控端發(fā)送壓縮后的數(shù)據(jù)以及接收來自地面監(jiān)控端的控制指令；電源模塊用于為無人小車及其搭載的設(shè)備單元提供動力。

地面監(jiān)控端包括工控機、大容量數(shù)據(jù)存儲設(shè)備和通信設(shè)備。其中工控機作為地面監(jiān)控端的控制處理核心，主要負(fù)責(zé)通過通信設(shè)備接收空中高光譜面源監(jiān)測端和地面libs點源監(jiān)測端發(fā)送過來的監(jiān)測數(shù)據(jù)；通過通信設(shè)備分別向空中高光譜面源監(jiān)測端和地面libs點源監(jiān)測端發(fā)送控制指令；處理高光譜圖像和libs光譜數(shù)據(jù)，并顯示土壤重金屬污染程度的三維空間分布圖；大容量數(shù)據(jù)存儲設(shè)備用于存儲經(jīng)工控機處理過后的高光譜圖像和libs光譜數(shù)據(jù)；通信設(shè)備用于接收來自空中高光譜面源監(jiān)測端和地面libs點源監(jiān)測端的壓縮數(shù)據(jù)以及發(fā)送來自地面監(jiān)控端的控制指令。

本發(fā)明方法的具體實施中，首先由空中高光譜面源監(jiān)測端完成對大面積土壤重金屬污染程度的粗測，給出存在土壤重金屬污染的特定區(qū)域位置。同時，地面libs點源監(jiān)測端協(xié)同完成對這些特定區(qū)域位置內(nèi)土壤重金屬的準(zhǔn)確檢測，包括重金屬污染物的種類和含量。最后由地面監(jiān)控端顯示土壤重金屬污染程度的三維空間分布圖。下面結(jié)合圖2所示的流程圖詳細(xì)說明本發(fā)明的方法，本發(fā)明提供的一種土壤重金屬污染程度的空地一體化協(xié)同監(jiān)測方法，包括以下步驟：

步驟1，地面監(jiān)控端根據(jù)監(jiān)測區(qū)域的面積、位置參數(shù)和地形地貌等信息，將監(jiān)測區(qū)域劃分成若干測繪條帶，依據(jù)這些測繪條帶規(guī)劃無人機的航跡(比如無人機飛行的高度、速度和方向)，并操控?zé)o人機飛向指定的監(jiān)測區(qū)域。

步驟2，在無人機的飛行過程中，所搭載的工業(yè)相機實時獲取周圍環(huán)境的視覺數(shù)據(jù)，由慣性導(dǎo)航單元、gps接收機以及數(shù)據(jù)處理單元組成的pos設(shè)備實時測量無人機的平臺姿態(tài)和位置。這些設(shè)備將監(jiān)測數(shù)據(jù)和自身的狀態(tài)參數(shù)實時發(fā)送給智能處理器。智能處理器采集、緩存和壓縮視覺數(shù)據(jù)、無人機的平臺姿態(tài)和位置數(shù)據(jù)，并通過通信設(shè)備將壓縮后的數(shù)據(jù)發(fā)送給地面監(jiān)控端。地面監(jiān)控端通過通信設(shè)備接收空中面源監(jiān)測端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并對視覺數(shù)據(jù)和無人機的位置數(shù)據(jù)進行分析以判斷無人機是否已到達指定的監(jiān)測區(qū)域。其中，工業(yè)相機與智能處理器之間通過minicameralink數(shù)據(jù)接口進行通信；pos設(shè)備與智能處理器通過串口rs232進行通信。

步驟3，當(dāng)無人機到達指定監(jiān)測區(qū)域之后，高光譜成像儀采用推掃成像方式實時獲取監(jiān)測區(qū)域內(nèi)土壤的高光譜圖像，pos設(shè)備實時測量無人機的平臺姿態(tài)和位置，工業(yè)相機和激光掃描儀實時獲取周圍環(huán)境的視覺和激光數(shù)據(jù)。這些設(shè)備將監(jiān)測數(shù)據(jù)和自身的狀態(tài)參數(shù)實時發(fā)送給智能處理器。智能處理器采集、緩存和壓縮高光譜圖像、視覺激光數(shù)據(jù)、無人機的平臺姿態(tài)和位置數(shù)據(jù)、各類監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，并通過通信設(shè)備將壓縮后的數(shù)據(jù)發(fā)送給地面監(jiān)控端。其中，高光譜成像儀通過cameralink數(shù)據(jù)接口將高光譜圖像發(fā)送給智能處理器，同時智能處理器通過usb接口設(shè)置高光譜成像儀的工作參數(shù)以及獲取該設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)；激光掃描儀與智能處理器之間通過以太網(wǎng)進行通信；智能處理器以采集完一幀高光譜圖像作為時間基準(zhǔn)，然后添加與該圖像對應(yīng)的采集時間、視覺激光數(shù)據(jù)、平臺姿態(tài)和位置數(shù)據(jù)、各類監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，最后利用如中國發(fā)明專利cn201310019967.x所描述的通用圖像壓縮方法完成上述數(shù)據(jù)的壓縮，并利用如中國發(fā)明專利cn201210129099.6所描述的無線圖傳通信系統(tǒng)完成將壓縮后的數(shù)據(jù)發(fā)送給地面監(jiān)控端。

步驟4，地面監(jiān)控端通過通信設(shè)備接收高光譜面源監(jiān)測端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并對高光譜圖像進行實時處理。當(dāng)發(fā)現(xiàn)高光譜圖像沒有達到預(yù)期要求時，地面監(jiān)控端通過通信設(shè)備給空中面源監(jiān)測端發(fā)送控制指令。空中面源監(jiān)測端的智能處理器通過通信設(shè)備接收控制指令，并控制精密可控轉(zhuǎn)臺調(diào)節(jié)高光譜成像儀的視場角。其中，地面監(jiān)控端對高光譜圖像進行的處理包括：(1)平臺姿態(tài)和位置數(shù)據(jù)與高光譜數(shù)據(jù)之間的匹配處理；(2)將高光譜數(shù)據(jù)以bil格式進行存儲；(3)高光譜圖像的幾何校正；(4)土壤光譜數(shù)據(jù)的預(yù)處理，比如一階微分處理；(5)依據(jù)重金屬種類污染土壤光譜特性，采用多元逐步回歸法反演出土壤重金屬含量。

步驟5，當(dāng)從高光譜處理結(jié)果中發(fā)現(xiàn)可疑的土壤重金屬污染區(qū)域時，地面監(jiān)控端操控?zé)o人機降低飛行高度，并使無人機暫時處于懸停狀態(tài)，以便對該區(qū)域進行近距離觀測。當(dāng)完成對該區(qū)域內(nèi)土壤重金屬的檢測之后，地面監(jiān)控端操控?zé)o人機對下一塊土壤區(qū)域進行檢測。

步驟6，地面監(jiān)控端從高光譜監(jiān)測結(jié)果中找出存在重金屬污染的土壤區(qū)域，并結(jié)合與高光譜圖像對應(yīng)的平臺位置數(shù)據(jù)和視覺數(shù)據(jù)，對無人小車的行駛路徑進行規(guī)劃(比如監(jiān)測地點、車速和行駛方向),并操控?zé)o人小車駛向指定的監(jiān)測區(qū)域。

步驟7，在無人小車行駛過程中，搭載的工業(yè)相機和激光掃描儀實時獲取周圍環(huán)境的視覺和激光數(shù)據(jù)，pos設(shè)備實時測量無人小車的平臺姿態(tài)和位置。這些設(shè)備將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時發(fā)送給智能處理器。智能處理器采集、緩存和壓縮視覺激光數(shù)據(jù)、無人小車的平臺姿態(tài)和位置數(shù)據(jù)，并通過通信設(shè)備將壓縮后的數(shù)據(jù)發(fā)送給地面監(jiān)控端。

步驟8，地面監(jiān)控端通過通信設(shè)備接收libs點源監(jiān)測端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并對所述數(shù)據(jù)進行實時處理，以實現(xiàn)對無人小車周圍監(jiān)測環(huán)境的感知和行駛路徑的調(diào)整優(yōu)化。比如當(dāng)發(fā)現(xiàn)行駛路徑中存在障礙物時，地面監(jiān)控端操控?zé)o人小車規(guī)避障礙物。其中，地面監(jiān)控端利用基于視覺數(shù)據(jù)和激光數(shù)據(jù)的即時定位與地圖構(gòu)建(slam)技術(shù)實現(xiàn)對無人小車周圍監(jiān)測環(huán)境的感知和行駛路徑的調(diào)整優(yōu)化。

步驟9，當(dāng)無人小車達到指定監(jiān)測區(qū)域之后，遠距離libs設(shè)備獲取監(jiān)測區(qū)域內(nèi)土壤的libs光譜數(shù)據(jù)，pos設(shè)備實時測量無人小車的平臺姿態(tài)和位置，光學(xué)相機和激光掃描儀實時獲取周圍環(huán)境的視覺和激光數(shù)據(jù)。這些設(shè)備將監(jiān)測數(shù)據(jù)和自身的狀態(tài)參數(shù)實時發(fā)送給智能處理器。其中，遠距離libs設(shè)備與智能處理器之間通過以太網(wǎng)進行通信。

步驟10，智能處理器采集、緩存和壓縮libs光譜數(shù)據(jù)、視覺激光數(shù)據(jù)、平臺姿態(tài)和位置數(shù)據(jù)、監(jiān)測裝置自身狀態(tài)參數(shù)，并通過通信設(shè)備將壓縮后的數(shù)據(jù)發(fā)送給地面監(jiān)控端。智能處理器對上述數(shù)據(jù)的處理與步驟3基本一致，除了將高光譜數(shù)據(jù)替換成libs光譜數(shù)據(jù)。

步驟11，地面監(jiān)控端通過通信設(shè)備接收libs點源監(jiān)測端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并對libs光譜數(shù)據(jù)進行實時處理。當(dāng)發(fā)現(xiàn)libs光譜數(shù)據(jù)沒有達到預(yù)期要求時，地面監(jiān)控端通過通信設(shè)備給libs點源監(jiān)測端發(fā)送控制指令，由智能處理器控制精密可控轉(zhuǎn)臺調(diào)節(jié)libs設(shè)備的視場角。其中，地面監(jiān)控端采用如中國發(fā)明專利cn201610828001.4所描述的方法對libs光譜數(shù)據(jù)進行處理。

步驟12，地面監(jiān)控端從libs光譜處理結(jié)果中提取監(jiān)測區(qū)域內(nèi)土壤重金屬的種類和含量，同時結(jié)合位置數(shù)據(jù)、視覺激光數(shù)據(jù)，基于三維gis平臺繪制出土壤重金屬污染程度的三維空間分布圖，并由大容量數(shù)據(jù)存儲器完成高光譜數(shù)據(jù)和libs光譜數(shù)據(jù)的實時存儲。

步驟13，當(dāng)完成對規(guī)定區(qū)域的檢測任務(wù)后，地面監(jiān)控端操控?zé)o人機返回地面，操控?zé)o人小車返回指定地點。

為保證操作的靈活性，本發(fā)明中的無人機采用旋翼無人機，比如藍天飛揚無人機mc8-1200八軸航拍飛行器。同時考慮到監(jiān)測場景地形的復(fù)雜性，本發(fā)明中的無人小車采用履帶式全地形無人小車，比如hangfa航發(fā)機器人nc2四輪差動智能移動平臺車。

為避免無人機(或無人小車)和搭載設(shè)備之間的相互干擾，電源模塊采用兩套獨立的大容量鋰電池分別為無人機(或無人小車)和搭載設(shè)備進行單獨供電。

為降低空中高光譜面源監(jiān)測端和地面libs點源監(jiān)測端的重量和功耗，智能處理器采用結(jié)構(gòu)緊湊的單板計算機實現(xiàn)，同時配備一塊fpga芯片完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的高速采集、緩存和壓縮。

為確保通信數(shù)據(jù)的正確性，在開始執(zhí)行航拍任務(wù)之前，測試無人機、無人小車與地面監(jiān)控端之間的通信鏈路是否正常。

為完成對大面積土壤重金屬污染程度的快速監(jiān)測，空中高光譜面源監(jiān)測端在完成對一塊土壤區(qū)域的檢測之后(包括降低無人機的飛行高度，并使無人機處于懸停狀態(tài)，以便對土壤區(qū)域進行近距離觀測)，立即開展對下一塊土壤區(qū)域的檢測。當(dāng)?shù)孛姹O(jiān)控端從高光譜面源監(jiān)測結(jié)果中發(fā)現(xiàn)存在土壤重金屬污染的區(qū)域之后，立即操控?zé)o人小車對該區(qū)域內(nèi)的土壤重金屬污染物種類和含量進行準(zhǔn)確檢測。當(dāng)無人小車完成對該區(qū)域內(nèi)重金屬污染的檢測之后，立即前往下一塊區(qū)域進行檢測。所述操作可以達到對大面積土壤重金屬污染程度的空地一體化協(xié)同監(jiān)測效果。

本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)大面積土壤重金屬種類和含量的快速、準(zhǔn)確檢測，可減少大面積土壤重金屬污染程度的評估時間和誤差，從而為治理與防范土壤重金屬危害提供可靠依據(jù)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對本發(fā)明專利保護范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請求保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。