無人機遙感在水污染防治中的應用

閆浩

1.天津航天中為數據系統科技有限公司

2.天津市智能遙感信息處理技術企業(yè)重點實驗室

為全面加強水生態(tài)環(huán)境污染控制，我國開展了各類水污染排查整治專項行動，利用無人機遙感技術實施水污染排查整治。無人機具有成本低、影像精度高、實時性強、機動性高等優(yōu)點,可作為水污染排查整治的一種重要技術手段。本文主要對無人機遙感技術在水污染防治中的應用進行分析,提出無人機應用于水污染防治的可行性,并對未來發(fā)展進行展望。

近年來,我國不斷加強生態(tài)環(huán)境保護，國民生態(tài)環(huán)保意識逐漸提高。為認真踐行國家生態(tài)文明政策，以改善水生態(tài)環(huán)境質量為核心，建立排污（水）口底數清單，厘清和落實區(qū)域水生態(tài)環(huán)境保護責任，掌握水污染情況,做好污染對水生態(tài)環(huán)境影響的有效評價，為構建精細化水污染防治管理體系提供依據。目前，我國無人機遙感技術和信息技術發(fā)展迅速,為水污染防治提供了良好的技術條件，能有效提高生態(tài)環(huán)境保護的水平和效率。

無人機遙感技術

無人機遙感是以無人機平臺為載體，利用自動駕駛、通信、傳感器、遙感應用等技術，獲取各類空間信息，并基于數據處理與分析技術，形成高精度二維、三維影像模型，進行信息顯示與應用。

相較傳統人工巡查、揭發(fā)舉報等水污染防治方法，無人機遙感的優(yōu)勢更加顯著，其不僅調查工作效率高，能降低大量人工成本，而且所獲取的數據精度相對較高，對地物識別能力較強。此外，無人機機動性更強，安全性更高，能夠在人員無法到達的環(huán)境，實現數據采集與處理，為水污染防治提供實時、真實、全面的信息。

無人機遙感在水污染防治中的應用

無人機遙感在水污染防治中的應用，包括水污染防治數字化影像建設、監(jiān)督執(zhí)法、應急處置等方面，有利于提升水污染防治質量和效率。

無人機數字化影像獲取

圖1 垂起固定翼無人機（左）和數碼相機（右）。

我國幅員遼闊、水系發(fā)達、湖泊眾多，因此水污染防治迫在眉睫，傳統水污染防治方法工作量大且繁雜，需要投入大量人力物力，但防治效率和質量卻不高，所以水污染防治必然順應現代科技的發(fā)展，進行數字化建設、智慧化管理，提高水污染防治質量和效率。

（1）數據采集

一般水污染防治監(jiān)測多在海、河、湖等面積較大、環(huán)境較為復雜的區(qū)域，可選用垂直起降固定翼無人機，它對起降場地要求低、易操控。無人機搭載相應任務載荷，按預設飛行航線和拍照參數，獲取所需監(jiān)測區(qū)域的高分辨率影像。

（2）數據處理

影像數據處理一般選用Pix4D、Photoscan等影像拼接軟件。影像數據處理是獲取高分辨率數字正射影像的關鍵步驟之一，主要包括數據準備、影像預處理、空中三角測量、數字正射影像圖制作等工作。

（3）數據分析

獲取高分辨率正射影像后利用Arcgis軟件對正射影像進行矢量標繪、信息提取等，提取出溝、渠、管、涵洞等排污（水）口的位置坐標及可能存在的廢水源，建立排污（水）口底數清單，厘清和落實區(qū)域水生態(tài)環(huán)境情況，為構建精細化水污染防治管理體系提供數據支撐。

（4）水污染防治管理平臺建設

基于獲得的二維、三維、矢量等數據，開發(fā)水污染防治管理平臺，實現更加精細化的海、河、湖水生態(tài)環(huán)境管理，明確責任，出現問題能夠高效迅速查找到原因。平臺可以實現分級管理、任務管理、信息查詢、巡查管理等功能，結合水污染防治巡查手機APP，各級管理人員按權限登錄，管理個人的巡查任務，根據提供的基礎數據信息進行實地核查，巡查人員通過手機APP實時上傳巡查信息，可對原有信息進行新增、刪減、修改等操作，為水污染防治工作提供決策數據和服務支撐。

圖2 數據處理流程圖。

圖3 數據分析與提取。

無人機監(jiān)督執(zhí)法

在水污染防治過程中，水污染監(jiān)管和水污染調查具有工作面廣、工作量大、工作要求高等特征。而無人機遙感能夠實現地空一體化監(jiān)管，滿足水污染監(jiān)督執(zhí)法工作需求，加強水污染防治工作的監(jiān)督與管控力度，提升水污染監(jiān)督執(zhí)法質量與效果。

根據不同的巡查任務、巡查區(qū)域，相關機構可以攜帶或布設不同的無人機。

（1）小型無人機自動機場布設

在大型工業(yè)園區(qū)和重點工業(yè)設施點，可布設小型無人機自動機場，無人機安裝4G/5G網絡模塊，遠程一鍵操控起飛降落、自主充放電、實時回傳監(jiān)視監(jiān)測數據，實現全天候定點巡查或日常巡查，任務載荷可根據任務需求自動進行更換。

（2）操控簡單的便攜式無人機

如果重點巡查、取證或巡查區(qū)域比較分散時，可選用操控簡單的便攜式無人機，該無人機攜帶數碼相機，實時傳輸視頻、照片，讓現場巡查人員及時監(jiān)視監(jiān)測和分析，發(fā)現問題時可抵近拍照并記錄位置坐標，為巡查人員追溯提供位置信息，以便快速、準確發(fā)現問題區(qū)域的情況。

在實際應用中，無人機為工作人員提供信息支持?；跓o人機影像資料和科學分析方法，監(jiān)督執(zhí)法具有規(guī)范性、準確性、合法性、時效性、科學性。

圖4 小型無人機自動機場。

圖5 集成數碼相機與紅外熱成像儀的任務載荷。

圖6 無人機喊話器。

無人機應急處置

當發(fā)生污水跨界污染和危險物質泄漏事件時，要及時開展人員疏散救治、污染攔截、泄漏源封堵、水環(huán)境應急監(jiān)測等應急救援工作，此時響應速度、現場情況獲取尤為重要。而無人機能充分發(fā)揮作用，攜帶紅外熱成像儀、高清攝像機、喊話器等多用途任務載荷快速進場，對污染情況進行排查，迅速定位污染源，為特情處置提供空中信息支持；無人機將監(jiān)測數據實時回傳至指揮部，為指揮決策提供數據支持，進一步提升應急人員處置能力。同時對污染地點進行空中拍攝分析，對泄露污染物引起的次生危害、流向進行預判，引導人群疏散撤離。

目前工業(yè)高速發(fā)展,水生態(tài)系統出現越來越多的問題，部分工廠在生產過程中，將污水直接排放到河流中，水體水質逐漸惡化，水系內污染物質大量積累，河流湖泊形成黑臭水體,不利于生態(tài)系統穩(wěn)定發(fā)展。如果及時對水生態(tài)環(huán)境進行充分保護，會使環(huán)境呈現嶄新的發(fā)展局面，促進社會可持續(xù)性發(fā)展，水資源重新回到清澈狀態(tài)，保障人民的生命健康。

隨著科學技術的創(chuàng)新發(fā)展，無人機遙感在水污染防治中的應用將深入發(fā)展，并發(fā)揮至關重要的作用。