無人機(jī)遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測的應(yīng)用研究

張赟 儲蒙 睢旭

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，人們逐漸意識到可持續(xù)發(fā)展的重要。大工業(yè)時代雖然經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，但這種高速發(fā)展是以犧牲環(huán)境為代價的，在倡導(dǎo)環(huán)保的時代，環(huán)境保護(hù)的重要性日益凸顯出來。在過去的十幾年中，因為資源的開采造成的霧霾、沙塵暴、環(huán)境污染、生態(tài)退化、水土流失等問題嚴(yán)重影響著人類的生存，這都是人與自然發(fā)展不和諧的插曲。想要實現(xiàn)人與自然的和諧發(fā)展，就要轉(zhuǎn)變思想觀念，和科技相聯(lián)系來保護(hù)環(huán)境。本文就無人機(jī)遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測的應(yīng)用展開探討。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);遙感技術(shù);環(huán)境監(jiān)測

引言

無人機(jī)遙感技術(shù)的發(fā)展得益于我國科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，其優(yōu)勢獨(dú)特，被廣泛應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測作業(yè)中，為環(huán)保領(lǐng)域做出突出貢獻(xiàn)。應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)，環(huán)境監(jiān)測作業(yè)執(zhí)行起來更加便利，且數(shù)據(jù)分析更為精準(zhǔn)，為相關(guān)部門決策提供更多切實依據(jù)。也就是說，無人機(jī)遙感技術(shù)能夠轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)目標(biāo)監(jiān)測方法，不斷提高環(huán)境監(jiān)測作業(yè)效率，并提供一定的動態(tài)監(jiān)測，為目標(biāo)動態(tài)空間信息獲取提供技術(shù)支持。

1無人機(jī)遙感技術(shù)優(yōu)勢分析

近年來，我國遙感技術(shù)發(fā)展迅速，在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，通過多年努力，在技術(shù)上不斷取得突破，無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。無人機(jī)遙感技術(shù)具有較強(qiáng)的實時性，結(jié)構(gòu)比較簡單，靈活性，使用過程中，一般不會出現(xiàn)比較大的風(fēng)險。與此同時，無人機(jī)遙感技術(shù)運(yùn)行成本可控，在小范圍內(nèi)地面目標(biāo)管理及監(jiān)測中發(fā)揮獨(dú)特的優(yōu)勢。經(jīng)濟(jì)發(fā)展導(dǎo)致環(huán)境更加惡化，發(fā)展與環(huán)境保護(hù)面臨更多矛盾，加之缺乏必要的信息化管理手段，導(dǎo)致很多地區(qū)環(huán)境生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞，也給環(huán)境監(jiān)測帶來較大影響。依靠傳統(tǒng)方式的環(huán)境監(jiān)測手段，無法滿足現(xiàn)階段精細(xì)化和動態(tài)化監(jiān)測需要，無人機(jī)遙感技術(shù)正是能夠解決上述問題的關(guān)鍵措施。

2無人機(jī)遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

2.1在水土保持方面的應(yīng)用

目前，無人機(jī)在水土保持方面主要通過搭載多光譜成像儀等設(shè)備，獲取多光譜圖像的實時數(shù)據(jù)信息，從宏觀角度來進(jìn)行水環(huán)境狀況的監(jiān)測。對于水域面積比較小、污染類型比較復(fù)雜、精度要求比較高的內(nèi)陸水體，無人機(jī)遙感技術(shù)還無法達(dá)到監(jiān)測要求。目前，無人機(jī)遙感技術(shù)主要針對水質(zhì)的富營養(yǎng)化、透明度、排污孔污染狀況等情況進(jìn)行監(jiān)測，對地表水環(huán)境狀況進(jìn)行直觀監(jiān)測。我國的無人機(jī)遙感技術(shù)首次應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的是遼寧省，其通過無人機(jī)遙感技術(shù)對遼河治理情況進(jìn)行航拍和監(jiān)測，得到分辨率為0.1m的實景圖像數(shù)據(jù)，通過對圖像進(jìn)行評估來掌握遼河治理的實際情況。研究表明，該技術(shù)主要應(yīng)用于物種豐富程度、河流邊坡、栽種植被以及植株成活情況等方面。例如，孫洋等人將無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用于水土保持的監(jiān)控，對朝陽市的水土保持工作進(jìn)行效果評估，從根本彌補(bǔ)了傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)中準(zhǔn)確率低、安全性低等缺點(diǎn)，使得水土保持的環(huán)境監(jiān)測朝著實效性、低成本、自動化方向發(fā)展。

2.2在環(huán)境污染場景中的運(yùn)用

無人機(jī)系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)進(jìn)行收集信息，在惡劣的環(huán)境中，人力無法到達(dá)的地方，無人機(jī)就派上了用場，操作控制無人機(jī)即可通過惡劣的環(huán)境中，來手機(jī)信息進(jìn)行工作。例如，某海底輸油管道因為操作人員的違規(guī)使用致使原油泄漏，造成海洋污染，影響居民生活對居民的健康造成很大影響，這個時候就可以使用無人機(jī)進(jìn)行檢測和收集信息，利用信息進(jìn)行整理來制定準(zhǔn)確的方案，提高信息利用的效率，保護(hù)了工作人員的安全。

2.3大氣環(huán)境監(jiān)測方面

地面監(jiān)測是目前大氣環(huán)境監(jiān)測的主要手段，而對于一些排煙類的大氣污染物還沒有很好的浮空采樣監(jiān)測方法。無人機(jī)可以很好地彌補(bǔ)這一方面的缺陷，可以人工控制其在空中位置的停留并進(jìn)行監(jiān)測，這樣極大地降低了大氣環(huán)境中高空污染物的檢測難度。在大氣環(huán)境監(jiān)測方面，目前我國的無人機(jī)遙感技術(shù)可以實時監(jiān)測環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、粒子濃度、二氧化氮和臭氧等指標(biāo)。例如，楊海軍等人以化學(xué)工業(yè)區(qū)為研究對象，利用無人機(jī)遙感技術(shù)對污染氣體中的NO、CO、SO2等進(jìn)行監(jiān)測。在對我國大氣環(huán)境進(jìn)行實時監(jiān)測的同時，無人機(jī)可以通過搭載采樣器的方式，采集大氣樣本。其返回實驗室后，人們可以進(jìn)行進(jìn)一步的檢測分析。無人機(jī)遙感技術(shù)所具有的視野、高度、連續(xù)性是傳統(tǒng)的人工取樣方式所無法達(dá)到的。

2.4在空氣質(zhì)量環(huán)境監(jiān)測中的運(yùn)用

大工業(yè)的發(fā)展，雖然帶來了經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的廢氣也成為了一大問題，機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，汽油、煤炭燃燒的石油化工廢氣，機(jī)動車排放的廢氣對大氣的污染十分嚴(yán)重。無人機(jī)的使用刻不容緩，在檢測方面無人機(jī)遙感技術(shù)發(fā)揮著重要作用，通過設(shè)備檢測獲得遙感圖像，根據(jù)圖像可以知道監(jiān)測中的各個指標(biāo)其中有二氧化氮、PM2.5、溫度、濕度等成分。利用無人機(jī)可以采集大氣樣本在進(jìn)行分析檢測，通過地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理與分析，對大氣安全指標(biāo)進(jìn)行對比。

2.5環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測方面

在發(fā)生突發(fā)事件后，尤其是比較嚴(yán)重的環(huán)境污染事故，現(xiàn)場的情況非常危險，也有可能遇到交通不便或相關(guān)人員無法進(jìn)入污染區(qū)域的情況。無人機(jī)遙感技術(shù)一方面可以保障相關(guān)人員的人身安全，另一方面也能夠大大降低應(yīng)急工作難度，提高應(yīng)急工作效率。在這種情況下，無人機(jī)遙感技術(shù)可以迅速到達(dá)指定地點(diǎn)，通過搭載影像設(shè)備，懸浮在事故區(qū)域上空，全方位地觀察事故現(xiàn)場的實際情況，如污染物擴(kuò)散、周邊環(huán)境布局、事故發(fā)展程度等情況，為應(yīng)急事件的處理和決策提供準(zhǔn)確有效的數(shù)據(jù)信息。比如，在2010年大連新港的輸油管線爆炸事故中，爆炸引起大量原油流入海域，造成了50km2海域的污染。傳統(tǒng)技術(shù)是無法對事故進(jìn)行快速的監(jiān)測和控制的，因此環(huán)保部門及時調(diào)配無人機(jī)進(jìn)行監(jiān)測，在環(huán)境比較惡劣的情況下，完成低空飛行作業(yè)，迅速提供了準(zhǔn)確的原油污染監(jiān)測數(shù)據(jù)，為應(yīng)急處理人員提供了至關(guān)重要的技術(shù)支持。

3無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用展望

我國自加入《巴黎協(xié)定》氣候變化協(xié)議后，在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域開展多項工作。通過近幾年來無人機(jī)技術(shù)在民領(lǐng)域的應(yīng)用情況可以看出，無人機(jī)遙感技術(shù)能夠從空間維度上對環(huán)境變化進(jìn)行監(jiān)測，為環(huán)境監(jiān)察提供切實依據(jù)。但是，除了上述應(yīng)用優(yōu)勢外，也存在一定問題。其一，采集影像幅寬相對較小，比較容易出現(xiàn)漏拍現(xiàn)象，在一定程度增加數(shù)據(jù)處理工作量。為有效避免此類問題，應(yīng)結(jié)合環(huán)境監(jiān)測作業(yè)區(qū)域內(nèi)部現(xiàn)有地形圖，科學(xué)合理設(shè)計GCP分布，及時提升幾何糾正精度。其二，遙感技術(shù)控制下的無人機(jī)，在使用過程中，由于無人機(jī)質(zhì)量輕，其所能產(chǎn)生的慣性比較有限，因此導(dǎo)致飛行姿態(tài)缺乏穩(wěn)定性，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集排列出現(xiàn)一定問題。針對這個問題，建議對無人機(jī)硬件平臺缺陷進(jìn)行囧事還進(jìn)，強(qiáng)化飛行穩(wěn)定性及安全性。也就是說，我們既要看到無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，也要正視技術(shù)問題，采取一定方法進(jìn)行相應(yīng)控制，使無人機(jī)技術(shù)發(fā)揮最大性能。

結(jié)語

無人機(jī)遙感技術(shù)因其安全性高、成本較低、實用性強(qiáng)、高效精準(zhǔn)、機(jī)動靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用前景非常廣闊。目前，我國無人機(jī)遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用還處于起步階段，隨著技術(shù)不斷進(jìn)步和完善，無人機(jī)遙感技術(shù)將在大氣環(huán)境、水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和應(yīng)急事件等方面發(fā)揮更加重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

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