基于無人機(jī)遙感技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究進(jìn)展

鄒志芬　史曉云　張代榮　秦容　羅婧

摘要：指出了無人機(jī)遙感技術(shù)由于其獨(dú)一無二的優(yōu)勢(shì)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面具有極大的潛力。從無人機(jī)遙感技術(shù)特征、優(yōu)勢(shì)入手，著重分析了目前無人機(jī)遙感技術(shù)在國(guó)內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用，以期為促進(jìn)無人機(jī)遙感技術(shù)更好地在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；遙感技術(shù)；環(huán)境監(jiān)測(cè)；研究進(jìn)展

中圖分類號(hào)：X87

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2017）8016602

1引言

長(zhǎng)期以來，我國(guó)環(huán)保監(jiān)測(cè)方面一直存在“門難進(jìn)、臉難看、證據(jù)難找”的情況。即使環(huán)保部門勒令環(huán)境污染較為嚴(yán)重的企業(yè)進(jìn)行整改，但很多企業(yè)忽視環(huán)保，仍然違規(guī)生產(chǎn)、頂風(fēng)作案。部分企業(yè)甚至不配合環(huán)保局人員調(diào)查，拒絕甚至對(duì)環(huán)保檢查人員進(jìn)行攻擊。選擇新型的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)以應(yīng)對(duì)當(dāng)前的嚴(yán)峻形勢(shì)，顯得非常迫切。

無人機(jī)具有快速機(jī)動(dòng)、預(yù)警響應(yīng)能力快的特點(diǎn)，可以通過車載或者地面方式從多種地域直接發(fā)射，快速到達(dá)工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域.對(duì)污染發(fā)生位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)側(cè)，通過滑行和傘降的方式進(jìn)行回收取證。無人機(jī)遙感技術(shù)在短時(shí)間內(nèi)快速而且準(zhǔn)確地獲取遙感數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，帶動(dòng)了其在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的快速發(fā)展。

2無人機(jī)遙感技術(shù)

2.1無人機(jī)簡(jiǎn)介

無人機(jī)（UnmannedAerialVehicle，縮寫UAV）是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。根據(jù)其系統(tǒng)組成和飛行特點(diǎn)，無人機(jī)可分為滑跑滑翔型、彈射起飛滑橇降落型、手拋傘降型、旋翼直升機(jī)四大類型，其特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域見表1。

2.2無人機(jī)遙感系統(tǒng)

無人機(jī)遙感系統(tǒng)（Unmanned Aerial Vehicle Remote Sensing ）

以先進(jìn)的無人駕駛飛行器為平臺(tái)，負(fù)載數(shù)字遙感設(shè)備（數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝錄機(jī)等）進(jìn)行拍攝和記錄，通過遙感數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)行影像的同步傳輸，以實(shí)現(xiàn)對(duì)采集對(duì)象信息的實(shí)時(shí)調(diào)查與監(jiān)測(cè)，且可以完成遙感數(shù)據(jù)處理、建模和應(yīng)用分析的應(yīng)用技術(shù)。無人駕駛飛行器技術(shù)和通訊技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、GPS差分定位技術(shù)、遙測(cè)遙控技術(shù)和遙感應(yīng)用技術(shù)相互結(jié)合組成的無人機(jī)遙感系統(tǒng)，具有自動(dòng)化、智能化、專題化，可以快速獲取國(guó)土、資源、環(huán)境等的空間遙感信息（圖1）。

2.3無人機(jī)遙感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.3.1作業(yè)安全、效果直接。

無人機(jī)監(jiān)督執(zhí)法不受空間與地形條件等各方面的干擾，可以比常規(guī)的監(jiān)管執(zhí)法手段更為獨(dú)立，直接取得第一手的真實(shí)情況。無人機(jī)遙感系統(tǒng)具備面積覆蓋、垂直或傾斜均能成像的技術(shù)能力，尤其是搭載的高精度數(shù)碼成像設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)回傳的視頻信號(hào)，在視頻終端清晰成像，現(xiàn)場(chǎng)情況辨識(shí)度可以精確到0.1m，能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)指揮工作提供實(shí)時(shí)的幫助。同以往的環(huán)保現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督檢查相比，無死角，更直接安全。

2.3.2目的明確、操作簡(jiǎn)單

無人機(jī)遙感系統(tǒng)智能化和自動(dòng)化水平均比較高?？梢酝ㄟ^在系統(tǒng)中事先設(shè)置飛行路線來達(dá)到無人駕駛，并且在飛行中通過不斷的微細(xì)校對(duì)和調(diào)整來達(dá)到對(duì)目標(biāo)的精確測(cè)量?，F(xiàn)在的無人機(jī)遙感系統(tǒng)可以通過視頻系統(tǒng)后手柄來完成操作。

2.3.3使用成本低

目前無人機(jī)最多能加載5kg油，一次飛行任務(wù)可以到達(dá)100多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，能夠在空中持續(xù)飛行16h以上。無人機(jī)體形小，耗費(fèi)低，系統(tǒng)的保養(yǎng)和維修簡(jiǎn)便，具有監(jiān)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、區(qū)城廣、使用成本低的優(yōu)點(diǎn)。

3環(huán)境監(jiān)測(cè)

3.1無人機(jī)遙感技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

由于內(nèi)陸水體具有污染類型多樣、環(huán)境復(fù)雜且水域面積相對(duì)小的特點(diǎn)，要求數(shù)據(jù)精度非常高，目前無人機(jī)還達(dá)不到要求，因此在內(nèi)陸水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究相對(duì)較少。目前水環(huán)境監(jiān)測(cè)主要是借助系統(tǒng)搭載的多光譜成像儀生成多光譜圖像，從宏觀上觀測(cè)水質(zhì)狀況，提供諸如水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化、水華、水體透明度、懸浮物排污口污染狀況等信息的專題圖，直觀全面地監(jiān)測(cè)地表水環(huán)境質(zhì)量狀況，從而達(dá)到對(duì)水質(zhì)特征污染物監(jiān)視性監(jiān)測(cè)的目的。國(guó)內(nèi)無人機(jī)第一次應(yīng)用于環(huán)保領(lǐng)域是在遼寧省，采用無人機(jī)遙感系統(tǒng)對(duì)遼河流域進(jìn)行的遼河治理現(xiàn)狀航拍和遙感監(jiān)測(cè)進(jìn)展順利，可以得到分辨率為0.1 m的實(shí)景圖像數(shù)據(jù)，對(duì)這些圖像進(jìn)行技術(shù)評(píng)估，可以及時(shí)掌握遼河治理重點(diǎn)區(qū)域的動(dòng)態(tài)變化情況。

3.2無人機(jī)遙感技術(shù)在大氣環(huán)境環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)無人機(jī)遙感系統(tǒng)在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)方面可監(jiān)測(cè)的指標(biāo)主要包括臭氧、粒子濃度、溫度、濕度、NO2和壓力等?？裳杆俨槊鳝h(huán)境現(xiàn)狀具有視域廣、及時(shí)連續(xù)的特點(diǎn)。無人機(jī)不僅可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)大氣環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，還可搭載采樣器，在空中采集大氣樣品后送回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)分析。

3.3無人機(jī)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

目前，無人機(jī)遙感技術(shù)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)方面應(yīng)用主要實(shí)現(xiàn)方式表現(xiàn)為利用數(shù)碼相機(jī)或光譜類設(shè)備（如紅外攝影機(jī)、紅外掃描儀、微波輻射計(jì)等）獲取遙感影像，通過地面控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)拼接與處理，提取宏觀環(huán)境監(jiān)測(cè)或大范圍監(jiān)測(cè)指標(biāo)。應(yīng)用領(lǐng)域體現(xiàn)在森林資源調(diào)查、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、生態(tài)環(huán)境等方面。

3.4在環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

一旦突發(fā)環(huán)境污染事件發(fā)生后，在情況危險(xiǎn)、交通不利等不利因素下，相關(guān)應(yīng)急處理人員無法到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，而無人機(jī)遙感系統(tǒng)可快速趕到污染事故所在空域，系統(tǒng)搭載的影像平臺(tái)可實(shí)時(shí)傳遞影像信息，立體的查看事故現(xiàn)場(chǎng)、污染物排放情況和周圍環(huán)境敏感點(diǎn)分布情況，監(jiān)控事故進(jìn)展，為環(huán)境保護(hù)決策提供準(zhǔn)確信息。無人機(jī)遙感系統(tǒng)的使用，不僅保障了現(xiàn)場(chǎng)工作人員的人身安全，同時(shí)也大幅度的降低了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境應(yīng)急工作人員的工作難度。如發(fā)生在2010年的大連新港30萬t級(jí)油輪輸油管線爆炸事件，當(dāng)時(shí)原油入海造成約50 km2海域受到污染，傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)無法控制。環(huán)保部在第一時(shí)間調(diào)配無人機(jī)攜帶遙感系統(tǒng)趕赴現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了“天—空—地”同步監(jiān)測(cè)。無人機(jī)遙感系統(tǒng)在惡劣條件下多次成功完成低空飛行監(jiān)測(cè)作業(yè)，提供的海面油污發(fā)展監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以動(dòng)態(tài)反映溢油發(fā)生發(fā)展情況，為當(dāng)時(shí)的環(huán)境應(yīng)急管理提供了重要技術(shù)支持。

5結(jié)語

無人機(jī)遙感技術(shù)作為一項(xiàng)極具潛力的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)，具有實(shí)時(shí)傳輸影像、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、系統(tǒng)保養(yǎng)維修簡(jiǎn)便、實(shí)用成本低、覆蓋區(qū)域廣、使用用途多、機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，正在快速發(fā)展。目前我國(guó)正在建設(shè)“天-空-地”一體化環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系，并且已經(jīng)在自然地質(zhì)災(zāi)害、大氣、內(nèi)陸水體、海洋、生態(tài)預(yù)警等多個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域取得了一些研究成果。相信隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，無人機(jī)遙感技術(shù)將在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮日益重要的作用。

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