無人機遙感海洋監(jiān)測技術(shù)及其發(fā)展

許欣欣

摘 要 近年來，海洋開發(fā)力度不斷擴大，不管是用海需求還是用海矛盾都非常凸出，海洋侵權(quán)問題不斷，急需能夠?qū)Ｑ筮M行全天高精度監(jiān)測的新技術(shù)，保證海洋的安全，維護海洋生態(tài)平衡。無人機是一種新型的海洋監(jiān)測技術(shù)，操作簡單，對環(huán)境的適應(yīng)能力較強，且應(yīng)用成本較低，能夠快速獲取具有高分辨率的影像，對海洋的污染和風險進行實時性監(jiān)測，以提高我國海洋的綜合發(fā)展能力。文章對無人機遙感技術(shù)的監(jiān)測現(xiàn)狀進行分析，并對無人機遙感海洋監(jiān)測技術(shù)展開重點研究，同時分析無人機遙感海洋監(jiān)測技術(shù)的具體應(yīng)用，為海洋管理提供理論支持。

關(guān)鍵詞 無人機遙感；海洋監(jiān)測；應(yīng)用；發(fā)展

中圖分類號 P7 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2019）232-0097-02

我國地域遼闊，海島眾多，隨著“海洋強國”戰(zhàn)略的實施，海島地區(qū)成為緩解國民經(jīng)濟的重要保障，同時也是維護海洋權(quán)益的重要戰(zhàn)略。目前，海島的過度開發(fā)導(dǎo)致海岸線位置發(fā)生變化，海洋生態(tài)環(huán)境惡化，嚴重影響海島資源的可持續(xù)發(fā)展。海洋經(jīng)濟的快速發(fā)展加劇了海島空間信息的應(yīng)用，急需新的技術(shù)對海洋的現(xiàn)狀進行監(jiān)測。由于海島的地勢、地貌較為復(fù)雜，常規(guī)的人工測量難以完成地理空間采集的任務(wù)，現(xiàn)有的衛(wèi)星遙感技術(shù)的分辨率較低，航空遙感成本較高，容易受到天氣的影響，使得很多海島地區(qū)的地形數(shù)據(jù)更新緩慢。近年來，無人機遙感技術(shù)得到了發(fā)展與應(yīng)用，無人機遙感技術(shù)具有高時效性、低成本的特點，同時還有高自動化的專業(yè)處理軟件的支持，能夠滿足海洋地區(qū)獲取地理空間信息的要求，獲取海岸線變化以及海洋的現(xiàn)狀，在海洋監(jiān)測中的應(yīng)用一片光明。

1 無人機遙感技術(shù)

無人機就是使用無線電智能操控不載人飛機并完成監(jiān)測任務(wù)，可以通過計算機智能操控，對空間的要求較低，操作方便，成本低，不會受到環(huán)境的影響，適應(yīng)能力非常強，適合危險系數(shù)高的任務(wù)。無人機可以搜集高分辨率的影響資料，與衛(wèi)星遙感技術(shù)相比，不會受到惡劣天氣的影響，彌補了傳統(tǒng)衛(wèi)星遠距離采集的弊端。遙感技術(shù)作為一種新興的探測技術(shù)，在電磁波理論的支撐下，能夠遠距離對物體的情況進行觀察，并搜集被監(jiān)測對象的紫外線活動，并對數(shù)據(jù)進行整合，從而完成對監(jiān)控對象的識別。通過遙感技術(shù)能夠?qū)Ω叻直媛实挠绊戀Y料進行快速查詢，對搜集到的信息進行整合和傳送，與無人機相結(jié)合，將其應(yīng)用在海洋領(lǐng)域的監(jiān)測中，能夠更好地實現(xiàn)對海洋的管理。

2 海洋監(jiān)測現(xiàn)狀及無人機的應(yīng)用需求

2.1 海洋資源環(huán)境監(jiān)測

我國有著非常豐富的海島資源，漁業(yè)發(fā)達，但是近年來海洋領(lǐng)域受到各方面的破壞。為了保護海洋環(huán)境，維護海洋領(lǐng)域安全，國家對重點海洋區(qū)域的巡邏力度加大，但是還是會受到外界條件的限制，當遇到突發(fā)事件時無法進行及時的回應(yīng)與處理。無人機的飛行速度快，監(jiān)測的面積廣，能夠?qū)Ｑ笞兓M行實時監(jiān)測，第一時間獲取有用的資源，快速發(fā)現(xiàn)海上突發(fā)情況，對海冰分布情況進行實時監(jiān)測，為海上工程提供一手資料，高效率的完成海洋環(huán)境監(jiān)測的重任。

2.2 海洋動態(tài)監(jiān)測與執(zhí)法

我國海洋面積遼闊，海洋工程不斷增加，違法打撈，占用港口等活動嚴重影響了海洋的正常秩序，地面監(jiān)測與船只巡邏等已經(jīng)無法滿足海洋監(jiān)測的需求，轉(zhuǎn)型能力較差，無法對違法用海的活動進行詳細取證，無法保證海上安全。

2.3 海洋突發(fā)情況應(yīng)急響應(yīng)

海上自然災(zāi)害容易造成海洋事故，針對海上救援工作，傳統(tǒng)的海洋救援應(yīng)急響應(yīng)能力不足，對搜救的范圍有限，阻礙了海上救援的速度，無法在第一時間得知海洋事故并趕往事故地點，事故現(xiàn)場無法與救援中心取得高效連接；另外，針對海洋的災(zāi)害情況，比如海上油輪泄露，會對海洋造成非常大的破壞，海洋有關(guān)部門需要快速了解事故發(fā)生的具體情況，船舶監(jiān)測技術(shù)無法快速了解災(zāi)害情況，無法立即采取補救措施。海上艦艇、衛(wèi)星遙感等監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)有的工作需求，相比之下，無人機遙感技術(shù)的相應(yīng)時間快，具有較強的靈活性，同時應(yīng)用成本低，在惡劣的天氣下也可以正常監(jiān)測，對海上應(yīng)急監(jiān)測具有極大的幫助。

3 無人機遙感海洋監(jiān)測技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 災(zāi)害監(jiān)測

近年來海洋自然災(zāi)害事故時有發(fā)生，比如風暴潮、赤潮等，嚴重影響我國沿海地區(qū)居民的正常生活，為沿海地區(qū)居民帶來巨大的財產(chǎn)損失，使用人工監(jiān)測的技術(shù)對這些災(zāi)害事故無法預(yù)測全面，不能對信息有快速及時的掌握，容易造成預(yù)報不及時情況的發(fā)生，而且監(jiān)測的數(shù)據(jù)不夠準確，容易造成處理偏差等情況。使用無人機遙感技術(shù)對災(zāi)害進行影響攝取，搭配影響設(shè)備對海洋進行視頻錄取，以獲取災(zāi)害的具體情況，能夠獲得更加全面的災(zāi)害情況，對災(zāi)前預(yù)報與監(jiān)控的監(jiān)測效果極好。

3.2 海洋測繪

在人為或者其他自然條件的影響下，港口、河流入口等交界地特別容易發(fā)生地形地勢的變化人。隨著經(jīng)濟的發(fā)展需要，人們會對水陸交界的區(qū)域進行開發(fā)，比如填海造地，發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)等，會造成地形地勢的變化；在自然環(huán)境的影響下，入?？诘臎_擊會造成海岸線發(fā)生變化，從而造成地形變更，對這些區(qū)域進行監(jiān)測，將會對海岸的管理起到重要作用。使用無人機對海洋進行監(jiān)測，比傳統(tǒng)的監(jiān)測方法更快更好，無人機技術(shù)能夠?qū)Ｋ膮^(qū)域范圍進行擴大，以獲得具有更高分辨率的遙感數(shù)據(jù)，完成海洋數(shù)據(jù)分析。主要表現(xiàn)在以下幾方面：

3.2.1 海冰監(jiān)測

海冰是海洋冬季比較嚴重的災(zāi)害之一，海冰遙感能確定不同類型的冰及其分布，從而提供準確的海冰預(yù)報。海冰可分為冰山、冰塊、新冰、一年餅等不同類型的冰齡及其成因都是不同的。無人機技術(shù)從而可以掌握海冰的形成、生長、移動、消亡等過程。有了這些資料，就可做出冰情預(yù)報，也可提供海冰參數(shù)。

3.2.2 赤潮分析

在我國，從渤海灣到南海，近幾年來，每年都有多次赤潮發(fā)生。無人機遙感可監(jiān)測某些赤潮發(fā)生的范圍、時間和地點，并根據(jù)水文氣象資料進行赤潮的實時速報。

3.2.3 海洋動力遙感觀測

風力、波浪、潮流等是塑造海洋環(huán)境的動力，利用RS，GPS等現(xiàn)代海洋觀測技術(shù)可以大范圍快速、準確、直接地獲得海洋動力信息，利用SAR對淺海區(qū)域進行探測，建立DEM，為風暴潮的到來提供數(shù)據(jù)參考。使用無人機技術(shù)進行海島礁監(jiān)測時，可以獲得更多關(guān)于海道礁的信息，以更好的完成對海島的監(jiān)測。

此外，利用無人機遙感影像對海岸以及港口的信息進行提取，與GIS技術(shù)相結(jié)合，對海洋的面積以及變化的情況進行分析預(yù)測；利用無人機搭載對填海造地工程進行指導(dǎo)。

3.3 海洋參數(shù)反演

對全球氣候變化進行監(jiān)測時，海洋是最為關(guān)鍵的一部分，海表的溫度與海面的濕度參數(shù)都是影響全球氣候變化的重要參數(shù)。無人機遙感技術(shù)是獲取海洋環(huán)境參數(shù)的重要手段，可以對海洋進行長期監(jiān)測，對氣候變化以及海洋循環(huán)等提供詳細的數(shù)據(jù)，無人機還可以對重點海洋區(qū)域的環(huán)境進行監(jiān)測，是衛(wèi)星遙感監(jiān)測的重要輔助手段，可以提供關(guān)于海洋異常變化、生物環(huán)境變化以及海洋鹽度變化的具體數(shù)據(jù)，為海洋研究提供數(shù)據(jù)參考。同時無人機獲取的海洋環(huán)境參數(shù)還可以進為海上油氣平臺建設(shè)提供耐腐蝕性的數(shù)據(jù)。

3.4 海事監(jiān)管

無人機中有配備高分辨率的攝像機和自動跟蹤設(shè)備，可以對肇事船舶進行搜救，對海上遇險人員進行定位，并快速達到事故現(xiàn)場，對發(fā)生事故的程度以及救援情況進行預(yù)測，將捕捉到的影像進行回傳，為事故調(diào)查取證等工作提供準確的參考信息，對事故的發(fā)展情況進行監(jiān)控，是海事監(jiān)管救助的重要輔助工具。無人機的抗風性較好，不會受到外界條件的影響，在惡劣的天氣情況下也可以對事故船只進行搜救，一旦發(fā)生危險也不會傷害到搜救人員的人身安全，最大程度的避免了安全事故的發(fā)生，是惡劣天氣情況下最可靠的裝備。

4 結(jié)論

無人機遙感海洋監(jiān)測技術(shù)具有高時效性、高靈活性的技術(shù)，應(yīng)用價值非常高，隨著人們對海洋的開發(fā)力度不斷擴大，需要獲取海洋領(lǐng)域各方面的詳細信息，對無人機的需求越來越高。將無人機遙感技術(shù)應(yīng)用在海洋監(jiān)管領(lǐng)域中，對海洋領(lǐng)域的監(jiān)測與管理具有十分重要的意義，能夠滿足各種條件下的海洋監(jiān)測作業(yè)。隨著技術(shù)的不斷成熟，無人機遙感技術(shù)與海洋監(jiān)管中其他的通信技術(shù)相結(jié)合，形成多功能的監(jiān)測設(shè)備，對海洋領(lǐng)域進行實時監(jiān)測，將更好的服務(wù)于海洋事業(yè)的發(fā)展。

參考文獻

[1]張永年.無人機低空遙感海洋監(jiān)測應(yīng)用探討[J].測繪與空間地理信息，2013，36（8）：143-145.

[2]胡青.無人機遙感海洋監(jiān)測應(yīng)用探討[J].環(huán)境與發(fā)展，2017，29（7）：117.

[3]李忠強，唐偉，張震，等.無人機技術(shù)在海洋監(jiān)視監(jiān)測中的應(yīng)用研究[J].海洋開發(fā)與管理，2014，31（7）：42-44.

[4]王飛，高小偉，高寧，等.面向海洋應(yīng)用的無人機遙感圖像配準研究[J].測繪通報，2017（11）：123-127.