基于無人機遙感技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測研究進(jìn)展

鄒培華

（遂昌縣環(huán)境監(jiān)測站 浙江麗水 323300）

1 引言

大工業(yè)時代雖然經(jīng)濟高速發(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，這篇文章無人機遙感技術(shù)結(jié)合環(huán)境保護(hù)來論述。

2 無人遙感系統(tǒng)

2.1 無人機遙感系統(tǒng)的概述

無人機遙感技術(shù)，是根據(jù)先進(jìn)的無人駕駛的飛行器技術(shù)、傳感器技術(shù)、遙測遙控技術(shù)、通訊科技、GPS定位技術(shù)和遙感應(yīng)用技術(shù)來共同產(chǎn)生作用。包含傳感器、遙感數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等。傳感器是傳輸數(shù)據(jù)的重要的環(huán)節(jié)，隨著科技的發(fā)展，傳感器的發(fā)展也呈現(xiàn)大面積、多光譜、數(shù)字化方向發(fā)展的趨勢，這就會使數(shù)據(jù)的精確度得到進(jìn)一步的提高。數(shù)據(jù)處理技術(shù)例如影像處理技術(shù)對數(shù)據(jù)的是實時監(jiān)控的要求很高，這一方面需要加大科技研究，分為兩類：地面準(zhǔn)實時處理和機上實時處理，通過這兩種處理技術(shù)能夠更好的確定影響的位置信息，提高信息的準(zhǔn)確率，更好的為保護(hù)環(huán)境服務(wù)。數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，就是通過飛行器、遙感設(shè)備把高度、速度、方向等數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，無人機設(shè)備獲取的影像信息等進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)[1]。

2.2 設(shè)備運轉(zhuǎn)的步驟

設(shè)備的運轉(zhuǎn)可以分為三個部分，前期內(nèi)業(yè)和外業(yè)、后期內(nèi)業(yè)。前期內(nèi)業(yè)主要是操作無人機飛行平臺系統(tǒng)、遙感監(jiān)測系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)、動態(tài)遙感系統(tǒng)等操作，利用這些系統(tǒng)保證工作的順利進(jìn)行，為下一步的外業(yè)工作打下堅實基礎(chǔ)。外業(yè)工作也是十分繁重的，信息進(jìn)行收集后開始對獲取的信息進(jìn)行檢測。我國國內(nèi)的無人機技術(shù)由人工遙控起飛，進(jìn)入設(shè)定范圍后，開啟自動飛行模式，利用GPS進(jìn)行檢測控制，完成任務(wù)后，使其人工控制降落。后期作業(yè)主要是對信息進(jìn)行整理分析并作出方案[2]。

2.3 無人機設(shè)備的優(yōu)勢

操作安全，無人機的使用不受空間地形等自然方面的限制比起人工的測量節(jié)省人力物力以及損耗，可以直接獲得準(zhǔn)確信息進(jìn)行分析。而且相比較人力測量，無人機面積覆蓋廣、并且小巧輕便易攜帶、損耗低。機器的使用可以通過加油來飛行，飛行10h用3kg油左右。無人機的具有較高的智能化和自動化等特征。通過在系統(tǒng)中明確路線以及目標(biāo)來進(jìn)行無人駕駛，不僅可以無人駕駛而且還能通過系統(tǒng)操作進(jìn)行測量和調(diào)整來獲得精確的數(shù)據(jù)?？偟膩碚f，無人機的優(yōu)點有損耗成本低、操作安全、覆蓋面廣、精確采集信息、實時性強等[3]。

3 無人機在環(huán)境監(jiān)測中的運用

3.1 在環(huán)境污染場景中的運用

無人機系統(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，無人機就派上了用場，操作控制無人機即可通過惡劣的環(huán)境中，來手機信息進(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[4]。

3.2 在礦產(chǎn)開發(fā)中環(huán)境破壞中的運用

在開采礦產(chǎn)資源中，會改變地理環(huán)境造成地表的分裂，使地表景觀發(fā)生巨變。例如開采煤炭的過程中會造成水土流失、地表塌陷、生態(tài)惡化等現(xiàn)象，在這種情況下，無人機遙感設(shè)備可以迅速的獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，最后得出可靠的方案來對生態(tài)環(huán)境進(jìn)行恢復(fù)改善[5]。

3.3 在森林生態(tài)環(huán)境中的運用

森林作為“地球之肺”是復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，不但可以凈化空氣而且可以改善人類的居住環(huán)境；提供資源、棲息地。并且森林可以加固土壤，制止水土流失，防風(fēng)固沙；并且可以控制全球變暖，所以森林的作用非常大。目前森林資源的開采十分嚴(yán)重，森林火災(zāi)現(xiàn)象頻繁發(fā)生，而無人機遙感技術(shù)就有助于監(jiān)測火災(zāi)情況以及分析數(shù)據(jù)進(jìn)行救援，這可以減輕火災(zāi)給森林帶來的損害，加強防火機制。自然災(zāi)害也頻繁發(fā)生，無人機即可迅速獲知數(shù)據(jù)以及圖像，并對信息進(jìn)行快速分析處理，為災(zāi)害的治理提供了準(zhǔn)確的信息[6]。

3.4 在水域監(jiān)測中的運用

經(jīng)濟發(fā)展的迅猛，在這發(fā)展的同時，環(huán)境地理狀態(tài)也發(fā)生了改變，所以水系也發(fā)生了變化，很多河流的流域情況已經(jīng)不能準(zhǔn)確的反映其情況，無人機遙感技術(shù)的運用又派上了用場，例如檢測河流的水質(zhì)情況，分析河流污染情況與檢測污染物的來源等。遙感系統(tǒng)可以對水系進(jìn)行重新測量并且實時性的收集信息進(jìn)行分析對比，實現(xiàn)信息的共享，建立全國的河流信息系統(tǒng)，并根據(jù)信息得出結(jié)論[8]。

3.5 在空氣質(zhì)量環(huán)境監(jiān)測中的運用

大工業(yè)的發(fā)展，雖然帶來了經(jīng)濟的高速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的廢氣也成為了一大問題，機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)，汽油、煤炭燃燒的石油化工廢氣，機動車排放的廢氣對大氣的污染十分嚴(yán)重。無人機的使用刻不容緩，在檢測方面無人機遙感技術(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[9]。

3.6 在地震災(zāi)害中的運用

在發(fā)生地震后，交通癱瘓、通訊中斷、電力也被阻斷，不僅改變了地貌而且把很多鄉(xiāng)鎮(zhèn)夷為平地。在這種艱難的情況下通過人力很難知道地震后的情況而且很難與其原貌相比較。無人機遙感系統(tǒng)可以分析出房屋的倒塌情況，得出倒塌率，分析地貌地形及其受災(zāi)情況，針對無人機遙感反饋的影響可以分析出受災(zāi)程度，并預(yù)測地震帶來的次生災(zāi)害并公布預(yù)警，大大提高了救災(zāi)的時效性，并且為抗震救災(zāi)的措施提供技術(shù)支持。

3.7 在核輻射中的運用

在核輻射污染的區(qū)域憑借人類自己是很難不被感染的，依靠無人機遙感技術(shù)操作人員不僅可以遠(yuǎn)離核輻射區(qū)域，免受危害，而且也可以了解到核輻射污染的情況以及分析狀況明確下一步的任務(wù)。如在蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站發(fā)生泄漏事件，這些泄漏物質(zhì)嚴(yán)重污染了土地，危害著人類的健康安全，至今還有深遠(yuǎn)影響，由于那個時代還未出現(xiàn)無人機，無法檢測其污染程度，由此可見，無人機在核污染方面的應(yīng)用是十分重要的[10]。

3.8 在噴發(fā)火山中的運用

操縱無人機攜帶高清攝像機對噴發(fā)的火山進(jìn)行調(diào)查，抵達(dá)難以進(jìn)入的區(qū)域進(jìn)行，無人機就可以快速獲得現(xiàn)場的狀況，對災(zāi)情進(jìn)行實時的評估，運用GPS定位系統(tǒng)，通過測量收集數(shù)據(jù)來繪制地圖，建立數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理。

4 無人機的應(yīng)用前景以及存在的不足

4.1 存在的不足

無人機遙感系統(tǒng)作為一種自動化、智能化的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，具有有損耗成本低、操作安全、覆蓋面廣、精確采集信息、實時性強等優(yōu)點，已成為GPS和航空觀測的補充。隨著無人機的發(fā)展，其運用也呈現(xiàn)多方面發(fā)展的趨勢，可是在發(fā)展的過程中也出現(xiàn)了許多問題，許多關(guān)鍵技術(shù)沒有得到解決。

4.1.1 設(shè)計問題

無人機因為其有小巧輕便、易攜帶的特點，會有一定的條件限制，降落條件限制，尤其受天氣限制比較大。因為經(jīng)常在低空作業(yè)，無人機會受到大風(fēng)（風(fēng)向、風(fēng)速）的影響。但如果增加無人機的重量，其就會很笨重，消耗的能源就會增大，其優(yōu)勢就會減弱。所以如何在增加重量有減少損耗還要提高飛行的速度，這就是亟待解決的問題。

4.1.2 數(shù)據(jù)傳遞技術(shù)

無人機遙感系統(tǒng)的其中一環(huán)節(jié)就是對信息的傳輸與分析技術(shù)。無人機連接的數(shù)碼相機收集的數(shù)據(jù)還不夠精確，這就使數(shù)據(jù)有了誤差，采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制的時候，會有圖像的誤差，如何提高影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和傳輸?shù)男蔬@又是一個技術(shù)上的難關(guān)。

4.1.3 數(shù)據(jù)處理技術(shù)

遙感技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)的處理與分析也十分重要，通過無人機收集數(shù)據(jù)傳入到系統(tǒng)中，根據(jù)遙感影像分析數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實現(xiàn)影像高品質(zhì)與飛行高質(zhì)量發(fā)展，來達(dá)到高技術(shù)的要求。

4.1.4 市場混亂

無人機遙感系統(tǒng)沒有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)定和規(guī)范，現(xiàn)在無人機遙感系統(tǒng)正在初步發(fā)展呈現(xiàn)蓬勃狀態(tài)，其發(fā)展市場極其廣泛，所以其發(fā)展應(yīng)有一定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

4.2 發(fā)展前景及展望

無人機在突發(fā)事件、災(zāi)害監(jiān)測、人員救助方面發(fā)揮著重要作用，并且可以進(jìn)行實時監(jiān)控，對資源的監(jiān)測，國土資源的調(diào)查以及村落建設(shè)等。我國提倡建設(shè)社會主義新農(nóng)村，進(jìn)行城鎮(zhèn)規(guī)劃的數(shù)據(jù)分析等，無人機發(fā)揮著積極作用。

無人機搜集的影像信息可以和衛(wèi)星遙感影像相結(jié)合，生成其高分辨率的影像，提高圖像的精確度，增加影像中的信息，以便來分析數(shù)據(jù)，進(jìn)行下一階段的數(shù)據(jù)分析[11]。

結(jié)語

隨著經(jīng)濟發(fā)展的日新月異，科技也在不斷發(fā)展，無人機遙感技術(shù)作為新型科技的監(jiān)測技術(shù)，在各個方面也廣泛應(yīng)用，并在自然災(zāi)害、大氣污染、核污染、水體污染等方面發(fā)揮著積極作用，因為其有著實時性傳輸、使用時間長、成本低廉、輕小方便、機動靈活、范圍廣等優(yōu)點，其市場競爭力強，市場大。無人機遙感技術(shù)的發(fā)展會越發(fā)成熟，并對所存在的問題進(jìn)行不斷的改善，環(huán)保部門也應(yīng)該提高科技的利用率，倡導(dǎo)職員學(xué)習(xí)科技，并在工作中進(jìn)行運用，為信息的準(zhǔn)確提取和環(huán)保事業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

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[8]無人機平臺及測量技術(shù)綜測.高尚.2017-05.