無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在陸地生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

王飛 李偉 趙文植 李衛(wèi)英 辛培堯

摘 要：陸地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類生存和社會(huì)發(fā)展極為重要，進(jìn)行陸地生態(tài)系統(tǒng)綜合監(jiān)測(cè)與生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)是解決和治理生態(tài)問(wèn)題的前提。傳統(tǒng)地面監(jiān)測(cè)方法由于視角問(wèn)題很難滿足綜合監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)的要求，而衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)又存在監(jiān)測(cè)精度低、時(shí)效性差等問(wèn)題。無(wú)人機(jī)靈動(dòng)性好、便于操作，經(jīng)搭載各類型遙感傳感器，可實(shí)現(xiàn)陸地生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)連續(xù)監(jiān)測(cè)。基于此，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在森林、草原、荒漠及農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)中已得到了廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)遙感技術(shù);陸地生態(tài)系統(tǒng);陸地生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè);生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào) S771.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2021）10-0115-05

Application of UAV Remote Sensing Technology in Land Ecosystem Monitoring and Evaluation

WANG Fei1 et al.

（1Southwest Forestry University， Kunming 650224， China）

Abstract： Terrestrial ecosystem is very important for human survival and social development. Comprehensive monitoring and evaluation of terrestrial ecosystem is the premise of solving and managing ecological problems. The traditional ground monitoring method is difficult to meet the requirements of comprehensive monitoring and evaluation because of the angle of view， and there are some problems such as low monitoring accuracy and poor timeliness in satellite remote sensing monitoring. But， the UAV is light and flexible， simple to operate， and can carry different types of remote sensing sensors to realize dynamic continuous monitoring of different types of ecosystems. Based on this， UAV remote sensing technology is widely used in forest， grassland， desert and farmland ecosystem monitoring and ecological environment evaluation.

Key words： UAV remote sensing technology; Terrestrial ecosystem; Monitoring of terrestrial ecosystems; Ecological environment assessment

陸地生態(tài)系統(tǒng)作為地表的重要組成部分，按照內(nèi)部環(huán)境和植被特點(diǎn)的不同，可分為森林、草原、荒漠以及農(nóng)田4類子系統(tǒng)，其在源源不斷地向人類提供食物、用材、工業(yè)原料、藥材等實(shí)物產(chǎn)品的同時(shí)，還以生態(tài)服務(wù)的形式在極大程度地改善了人類賴以生存的地球生態(tài)環(huán)境，如調(diào)節(jié)氣候、保持水土、固碳釋氧、維護(hù)生物多樣性等[1]。做好陸地生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)工作，對(duì)于了解生態(tài)系統(tǒng)的資源現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)、功能以及存在的問(wèn)題等具有重要的意義，可為生態(tài)系統(tǒng)的管理、政策制定及生態(tài)環(huán)境的治理提供可靠的依據(jù)[2]。

傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法大多是通過(guò)人工外業(yè)的形式進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，由于受視角及地形環(huán)境的限制等，監(jiān)測(cè)結(jié)果往往不理想，且耗時(shí)耗力。而無(wú)人機(jī)技術(shù)及遙感傳感器的研發(fā)與應(yīng)用，為陸地生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)綜合監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)提供了可能性[3]。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)是一種結(jié)合無(wú)人機(jī)、遙感遙控、遙感傳感器、通訊以及GPS分差定位等技術(shù)于一體的新型技術(shù)。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，由于無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)具有體積小、重量輕、使用方便、數(shù)據(jù)獲取精度高等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)已經(jīng)作為一種新型的探測(cè)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，近地面、低速飛行的無(wú)人機(jī)通過(guò)搭載不同類型的遙感傳感器，能夠快速獲取空間遙感信息，被廣泛應(yīng)用于處理突發(fā)災(zāi)害、工程測(cè)繪、土地利用調(diào)查、開(kāi)采項(xiàng)目監(jiān)測(cè)和動(dòng)植被識(shí)別監(jiān)測(cè)等方面。另外，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)能夠?qū)λY源、大氣以及固體污染物等情況進(jìn)行高效判讀，有利于工作人員全面評(píng)估區(qū)域環(huán)境狀況[4]。

本文主要從4類陸地生態(tài)系統(tǒng)的子系統(tǒng)出發(fā)，闡述了無(wú)人機(jī)遙感的應(yīng)用與發(fā)展，并結(jié)合目前對(duì)生態(tài)環(huán)境影響較大的幾項(xiàng)項(xiàng)目工程，論述了無(wú)人機(jī)遙感在環(huán)境影響評(píng)價(jià)中發(fā)揮的作用?；诖耍疚恼雇藷o(wú)人機(jī)遙感在陸地生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的應(yīng)用前景。

1 陸地生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)及生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)體系

1.1 陸地生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè) 陸地生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系龐大，主要分為氣象要素指標(biāo)監(jiān)測(cè)、水文要素指標(biāo)監(jiān)測(cè)、土壤要素指標(biāo)監(jiān)測(cè)、植物要素指標(biāo)監(jiān)測(cè)、動(dòng)物要素指標(biāo)監(jiān)測(cè)及微生物要素指標(biāo)監(jiān)測(cè)等[5]。每個(gè)要素的常規(guī)監(jiān)測(cè)指標(biāo)見(jiàn)表1。諸多的監(jiān)測(cè)指標(biāo)給監(jiān)測(cè)工作者帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)，無(wú)人機(jī)利用自身高視角、靈活便捷的優(yōu)勢(shì)通過(guò)搭載不同類型的遙感傳感器，可大大節(jié)約監(jiān)測(cè)成本，提高監(jiān)測(cè)效率及精度。

1.2 生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià) 生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)包括生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)，是指對(duì)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的環(huán)境狀況、現(xiàn)存問(wèn)題及其造成的影響進(jìn)行定性或定量描述。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)是在一定時(shí)間和空間范圍內(nèi)對(duì)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行分析，以定性或定量的方法判別生態(tài)環(huán)境的優(yōu)劣程度，按照環(huán)境要素可分為大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)、水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)、土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)及噪聲環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià);而生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)則是以評(píng)價(jià)其環(huán)境服務(wù)功能為主，探究各項(xiàng)人類建設(shè)活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響，并基于此制定合理的防治措施和應(yīng)對(duì)策略，是環(huán)評(píng)工作的重要部分[2]。隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，陸地生態(tài)系統(tǒng)在自然和人類活動(dòng)的影響下隨時(shí)發(fā)生著復(fù)雜的變化，做好具有時(shí)效性的生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)就顯得尤為重要。目前，我國(guó)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的數(shù)據(jù)調(diào)查多采用資料收集法、現(xiàn)地勘察法、咨詢法等傳統(tǒng)的調(diào)查方法，不但效率低、時(shí)效性差，而且無(wú)法進(jìn)行量化分析。而無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的引進(jìn)，可以在很大程度上避免這些問(wèn)題，進(jìn)一步推動(dòng)生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)工作的進(jìn)程。

2 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在陸地生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

陸地生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)繁雜，單純地依靠人力很難實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)目的。地面監(jiān)測(cè)、調(diào)查監(jiān)測(cè)、資料分析等傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法多是通過(guò)人為野外觀測(cè)實(shí)現(xiàn)，容易受外界因素的影響，監(jiān)測(cè)結(jié)果通常存在較大誤差并且監(jiān)測(cè)效率不高。而興起的無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)結(jié)合了低空航拍測(cè)量和遙感數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)，可以利用較短的時(shí)間，更加高效地完成對(duì)規(guī)定地域內(nèi)各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)的采集，在保證監(jiān)測(cè)效率的同時(shí)保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.1 森林生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè) 森林生態(tài)系統(tǒng)有著“地球之肺”之稱。近年來(lái)，國(guó)家層面越來(lái)越注重天然林和人工林的保護(hù)和培育問(wèn)題，加強(qiáng)了森林經(jīng)營(yíng)管理，運(yùn)用科學(xué)的營(yíng)林措施有效地促進(jìn)了森林資源的發(fā)展。據(jù)森林資源連續(xù)清查結(jié)果顯示，我國(guó)森林資源數(shù)量逐年增加、質(zhì)量逐步提高，其效能也在不斷增強(qiáng)，森林資源整體呈現(xiàn)良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)。而森林生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)一直是林業(yè)發(fā)展和生態(tài)建設(shè)的基礎(chǔ)性工作，監(jiān)測(cè)結(jié)果直接關(guān)乎國(guó)家林業(yè)建設(shè)和發(fā)展的方向。隨著森林經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益的進(jìn)一步發(fā)掘，如森林康養(yǎng)、森林旅游等一批新型產(chǎn)業(yè)越來(lái)越被人們所關(guān)注，我國(guó)森林不再是以單純的提供木材來(lái)?yè)Q取經(jīng)濟(jì)發(fā)展為主要導(dǎo)向，森林所帶來(lái)的生態(tài)和社會(huì)效益也成為了森林服務(wù)功能的重要部分，這種轉(zhuǎn)變使得森林監(jiān)測(cè)工作必須做到森林資源和生態(tài)狀況的綜合監(jiān)測(cè)，而森林資源本身又具有層次性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)變化快等特點(diǎn)，因此，森林資源監(jiān)測(cè)工作也就面臨著信息量大、內(nèi)容復(fù)雜等難題。想要做到大范圍、高精度的森林資源動(dòng)態(tài)性綜合監(jiān)測(cè)僅靠傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足監(jiān)測(cè)的需要。另外，我國(guó)前些年大面積營(yíng)造結(jié)構(gòu)單一的人工純林，導(dǎo)致林地生產(chǎn)力下降，森林病蟲(chóng)害、火災(zāi)頻發(fā)，并且部分地區(qū)缺乏森林保護(hù)意識(shí)，存在亂砍濫伐、不合法征占用林地等現(xiàn)象，而傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法不可能做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的反饋，以致相關(guān)部門對(duì)這些破壞森林資源的因素不能及時(shí)管控。為了解決以上問(wèn)題，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在森林資源調(diào)查及生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域迅速崛起并廣泛應(yīng)用，在中小領(lǐng)域森林資源調(diào)查和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮了重要的作用，大幅節(jié)省了傳統(tǒng)森林資源監(jiān)測(cè)工作對(duì)財(cái)力、人力及物力的消耗，很大程度上克服了地理環(huán)境對(duì)監(jiān)測(cè)過(guò)程的影響，提高了監(jiān)測(cè)效率和監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度[6，7]。

目前，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在林分樹(shù)高及冠層結(jié)構(gòu)測(cè)定、森林生物量測(cè)定、森林病蟲(chóng)害和森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)等方面均取得了顯著成效[8]。在研究對(duì)林分樹(shù)高測(cè)定時(shí)，Chen等[9]采用無(wú)人機(jī)搭載激光雷達(dá)生成仿真波形，建立森林高度模型，得到較高的測(cè)量精度，證明了無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)可用于估計(jì)林分樹(shù)高。張煜星等[10]結(jié)合無(wú)人機(jī)遙感得到的數(shù)字表面模型和數(shù)字高程模型來(lái)提取林分樹(shù)高，并計(jì)算林分平均高，其測(cè)定結(jié)果與森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)相比，精度達(dá)到了75.1%。Otero等[11]利用無(wú)人機(jī)遙感與野外調(diào)查數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式，測(cè)定紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)內(nèi)的樹(shù)高和生物量，通過(guò)傳統(tǒng)調(diào)查數(shù)據(jù)與無(wú)人機(jī)調(diào)查數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，來(lái)檢驗(yàn)利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)調(diào)查紅樹(shù)林森林特征（高度和地面生物量）的準(zhǔn)確性，結(jié)果表明，無(wú)人機(jī)可以用于該地區(qū)紅樹(shù)林樹(shù)高及生物量的監(jiān)測(cè)，尤其是適用于相對(duì)均勻且林層結(jié)構(gòu)較為單一的生產(chǎn)性林分。鄧小玲等[12]利用無(wú)人機(jī)搭載高光譜遙感對(duì)柑橘患病植株分類并進(jìn)行特征波段的提取，使用相關(guān)算法建立分類模型，結(jié)果表明，分類準(zhǔn)確率達(dá)95%以上，證明了特征波長(zhǎng)的有效性。曾全等[13]利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)對(duì)因松材線蟲(chóng)病致死的松樹(shù)精確定位，其監(jiān)測(cè)結(jié)果與野外實(shí)測(cè)只相差1棵，通過(guò)實(shí)地驗(yàn)證，定位的水平誤差在0.86～4.20m，監(jiān)測(cè)結(jié)果較為準(zhǔn)確，為松材線蟲(chóng)病的監(jiān)測(cè)提供提了新的方法。在森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)中，無(wú)人機(jī)遙感能實(shí)時(shí)回傳的圖像和紅外熱成像信息，有利于第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)森林火情，了解火情信息，及時(shí)做出反應(yīng)，將損失降到最低[14]。例如，2019年3月，在北京密云、平谷地區(qū)的林火救災(zāi)中，無(wú)人機(jī)在火災(zāi)發(fā)生后迅速抵達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)上空進(jìn)行火情偵察，利用高空視角，提供了火災(zāi)發(fā)生后各個(gè)階段的可見(jiàn)光，實(shí)時(shí)地將火勢(shì)蔓延情況傳送至防火指揮室，對(duì)擬定最佳救火方案意義重大。

2.2 用于草原生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè) 草原生態(tài)系統(tǒng)是以草本植物為主體的，與其周圍環(huán)境共同形成的整體。草原在為畜牧業(yè)生產(chǎn)提供牧草的同時(shí)，還是重要的生態(tài)屏障，在生態(tài)環(huán)境保護(hù)中有調(diào)節(jié)氣候，防風(fēng)固沙，保持水土及維護(hù)生態(tài)多樣性等功能。長(zhǎng)期以來(lái)，由于畜牧業(yè)的快速發(fā)展及病蟲(chóng)害的發(fā)生，我國(guó)草原面積持續(xù)減少，部分草地甚至面臨沙漠化的威脅，因此，及時(shí)監(jiān)測(cè)草原生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化做到合理利用和保護(hù)就顯得尤為重要。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法局限于小范圍的特定草原，對(duì)于大面積的草原生態(tài)系統(tǒng)無(wú)法做到準(zhǔn)確的宏觀監(jiān)測(cè)，但無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)由于具有高分辨率、高實(shí)時(shí)性、高靈活性等特點(diǎn)就能克服草原面積大、分布廣泛及氣候和地理環(huán)境復(fù)雜多變等困難，在較短時(shí)間內(nèi)對(duì)草原生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，可為相關(guān)部門對(duì)草原生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行合理利用和保護(hù)提供方向[15]。

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)可較為高效地對(duì)牧草生長(zhǎng)、草地蓋度、生物量及草地健康狀況等進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，這對(duì)維持草畜平衡以及草原的可持續(xù)發(fā)展大有裨益。利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行草地監(jiān)測(cè)和生態(tài)評(píng)估可以拓寬無(wú)人機(jī)的應(yīng)用范圍，彌補(bǔ)傳統(tǒng)植被識(shí)別手段的局限性，可以獲得更高精度的結(jié)果，且省時(shí)省力。歸一化植被指數(shù)（NDVI）是反映植被生長(zhǎng)狀態(tài)和生產(chǎn)力的定量指標(biāo)，潘影等[16]基于Landsat遙感影像和無(wú)人機(jī)多光譜影像研究不同尺度西藏草地NDVI的影響因子，結(jié)果表明，多個(gè)明顯影響草地NDVI的因子，如地形、土地利用類型、石堆和小路等較明顯的地物等，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用為該研究相關(guān)定量指數(shù)的獲取提供了更便捷的途徑。有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，利用無(wú)人機(jī)RGB影像監(jiān)測(cè)植被高度及生物量時(shí)，多時(shí)相CSM模型效果很好[17]。將此模型用于草原生態(tài)系統(tǒng)的生物量監(jiān)測(cè)中，其監(jiān)測(cè)結(jié)果與樣地實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明，無(wú)人機(jī)RGB影像結(jié)合CSMs模型適用于草地植被高度和生物量的監(jiān)測(cè)[18]。

2.3 荒漠生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè) 荒漠生態(tài)系統(tǒng)是由于常年降水稀少、蒸發(fā)力強(qiáng)盛而導(dǎo)致嚴(yán)重干旱缺水的一類典型的退化生態(tài)系統(tǒng)，按年降水量劃分為半荒漠（200～100mm）、普通荒漠（100～50mm）和極度荒漠（50mm以下）3類。主要分布在我國(guó)西北部，總面積192萬(wàn)km2，約占國(guó)土面積的20%。該生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)植被稀疏、土壤貧瘠、生物量和生物多樣性低，主要以耐旱性強(qiáng)的半喬木、灌木、半灌木、多年生草本及肉質(zhì)植物為主。近年來(lái)，受各種人為活動(dòng)以及氣候變化、土地沙化等自然因素的影響，荒漠化現(xiàn)象仍時(shí)有發(fā)生。做好生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)工作是解決上述問(wèn)題的前提，而生態(tài)監(jiān)測(cè)站則是監(jiān)測(cè)工作的主要執(zhí)行單位。另外，荒漠生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，除蘊(yùn)藏著許多珍貴的動(dòng)植物資源，在調(diào)節(jié)氣候、調(diào)控水文、防風(fēng)固沙等方面也發(fā)揮著重要的作用，開(kāi)展荒漠生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能監(jiān)測(cè)對(duì)整治和改善荒漠化意義重大。但荒漠生態(tài)系統(tǒng)自然環(huán)境惡劣、植物資源稀少、分布廣泛，且多呈斑塊狀分布，這給生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)工作帶來(lái)了相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。因此，將無(wú)人機(jī)遙感用于荒漠生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)勢(shì)在必行[19]。

無(wú)人機(jī)操作靈活，可根據(jù)監(jiān)測(cè)需要由地面操作人員手動(dòng)升高或或降低，高空視野，所受的干擾因素少，可在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大范圍監(jiān)測(cè)，特別是在資源稀少且分布廣泛的荒漠生態(tài)系統(tǒng)的日常巡護(hù)管理和動(dòng)植物資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，可極大地提高巡護(hù)管理和資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作的效率。在荒漠植被覆蓋度的監(jiān)測(cè)中，高永平等[20]利用無(wú)人機(jī)可見(jiàn)光波段對(duì)沙坡頭植被覆蓋度進(jìn)行了提取，通過(guò)ENVI軟件對(duì)無(wú)人機(jī)拍攝的可見(jiàn)光影像分析和計(jì)算，結(jié)果表明，該方法提取精度高，植被與非植被區(qū)分明顯，能高效地實(shí)現(xiàn)荒漠植被蓋度的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，這為當(dāng)?shù)鼗哪鷳B(tài)系統(tǒng)后期的管護(hù)工作提供了實(shí)踐指導(dǎo)?；哪鷳B(tài)系統(tǒng)白天溫度高、蒸發(fā)強(qiáng)，因此，荒漠中的大部分動(dòng)物多有“晝伏夜出”的生活習(xí)性，這給荒漠珍稀動(dòng)物的研究帶來(lái)了極大的不便。而無(wú)人機(jī)通過(guò)搭載熱紅外相機(jī)，可從較大的空間尺度上對(duì)瀕危、危險(xiǎn)性高的動(dòng)物及外來(lái)物種進(jìn)行追蹤觀察與研究，實(shí)時(shí)了解動(dòng)物種群分布、生長(zhǎng)狀況等信息[21]。另外，無(wú)人機(jī)搭載的可見(jiàn)光相機(jī)可快速、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)對(duì)我國(guó)荒漠化界限、面積的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果可為荒漠化治理提供參考。

2.4 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè) 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是自然環(huán)境、生物與人類生產(chǎn)活動(dòng)的綜合體，是人類長(zhǎng)期適應(yīng)自然所形成的一種半自然半人工系統(tǒng)，其主要功能是按照人類生活需要進(jìn)行農(nóng)作物的生產(chǎn)，以滿足人們對(duì)糧食的需要。由于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)半自然半人為的特殊性，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)在發(fā)展過(guò)程中受多方面因素的影響，如自然規(guī)律的制約、人類活動(dòng)的影響及社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)律的支配等，過(guò)去的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)一直是落后生產(chǎn)力的代表。但近年來(lái)，隨著科技的迅速發(fā)展以及在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，農(nóng)業(yè)的機(jī)械化、規(guī)?；〉昧碎L(zhǎng)足的進(jìn)步?，F(xiàn)階段，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)很大程度提高了我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力。尤其是無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)，在農(nóng)作物識(shí)別分類、產(chǎn)量預(yù)估、農(nóng)田水熱條件分析、生長(zhǎng)狀況及病蟲(chóng)害探測(cè)等諸多方面被廣泛應(yīng)用[22，23]，如表2所示。

3 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

陸地生態(tài)系統(tǒng)是陸生生物與其所處環(huán)境相互作用的整體，因此，除了對(duì)森林、草原、濕地、荒漠、農(nóng)田等陸地生態(tài)系統(tǒng)中的生物資源進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)之外，對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)也是必不可少的環(huán)節(jié)。隨著人居環(huán)境的不斷提高，單方面的環(huán)境影響評(píng)價(jià)已無(wú)法滿足人們對(duì)美好生活環(huán)境的期望和要求，必須向區(qū)域環(huán)境的綜合評(píng)價(jià)過(guò)渡。在這方面，相比于歐美國(guó)家，我國(guó)尚處于發(fā)展初期，評(píng)價(jià)體系尚不完善，還有很長(zhǎng)的路要走[24]。目前，我國(guó)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)中主要以定性描述為主，定量化評(píng)價(jià)指標(biāo)很少。雖然很多地區(qū)都積極營(yíng)建了生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，但生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)是從宏觀角度對(duì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行全面、綜合的評(píng)價(jià)工作，傳統(tǒng)的地面調(diào)查方法不能實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的動(dòng)態(tài)化監(jiān)視，而無(wú)人機(jī)遙感具高靈動(dòng)性、高分辨率等優(yōu)勢(shì)，能更好地適應(yīng)地域性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境，以便從整體、全局的角度滿足生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)的需求，利用更高的視角優(yōu)勢(shì)去獲取更全面、更具時(shí)效性的評(píng)價(jià)參數(shù)，填補(bǔ)了生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)過(guò)程中定量化評(píng)價(jià)指標(biāo)的不足[25，26]。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)作為大區(qū)域、定點(diǎn)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)的主要手段，具先進(jìn)性，有著廣闊的應(yīng)用前景。

3.1 礦產(chǎn)和石油開(kāi)采 礦產(chǎn)和石油資源的開(kāi)采是人為對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境強(qiáng)制性改造的過(guò)程，為了利益的最大化而對(duì)礦產(chǎn)和石油資源進(jìn)行無(wú)節(jié)制的開(kāi)發(fā)，將會(huì)給開(kāi)采區(qū)及周圍的自然環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞，引起當(dāng)?shù)厮?、土壤污染，地表沉陷、地下水位下降等。如部分地區(qū)過(guò)度的煤炭開(kāi)采活動(dòng)導(dǎo)致山體空虛、地表塌陷，進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重的水土流失，甚至是山體滑坡等自然災(zāi)害。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)獲取大量開(kāi)采區(qū)及周邊地區(qū)的地形地貌和植被分布信息，通過(guò)這些相關(guān)數(shù)據(jù)的分析可較為客觀地對(duì)開(kāi)采區(qū)進(jìn)行生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)，進(jìn)而為后期制定生態(tài)管護(hù)、恢復(fù)等方案提供參考。

3.2 道路建設(shè)工程 與礦產(chǎn)和石油資源開(kāi)采相比，道路建設(shè)過(guò)程中對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響較小，但道路建設(shè)工程量大、線路長(zhǎng)，會(huì)將原來(lái)整個(gè)自然生態(tài)系統(tǒng)分隔，這對(duì)地面動(dòng)物的遷徙和道路兩側(cè)植被生存環(huán)境的影響不容小覷，而且道路施工涉及大量的林木采伐，對(duì)于一些生態(tài)脆弱的地區(qū)會(huì)造成嚴(yán)重的生態(tài)問(wèn)題。若采用傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查方法，很難從宏觀上把握整條道路沿線的植被狀況，不能進(jìn)行有效的生態(tài)環(huán)境影響評(píng)估。而利用低速飛行的無(wú)人機(jī)通過(guò)搭載不同的遙感傳感器就能夠從更高的視角對(duì)施工路線范圍內(nèi)的環(huán)境情況進(jìn)行全面評(píng)估，從而避開(kāi)生態(tài)脆弱區(qū)，減輕道路施工對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的破壞，也可為野生動(dòng)物及周邊居民穿越道路開(kāi)設(shè)便利通道。另外，還可以掌握道路施工過(guò)程中臨時(shí)搭建的工棚、施工便道、棄土堆放區(qū)等位置參數(shù)，便于建設(shè)后的生態(tài)修復(fù)。例如：在京滬鐵路修建中，環(huán)保部門就采用了無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)對(duì)施工項(xiàng)目全程跟蹤，及時(shí)反饋施工造成的生態(tài)環(huán)境破壞情況并進(jìn)行施工前后地區(qū)生態(tài)環(huán)境變化的總結(jié)評(píng)價(jià)，為環(huán)保部門針對(duì)性的采取環(huán)境保護(hù)措施提供了方向。

3.3 水利工程項(xiàng)目 從古至今，水利工程都是我國(guó)最貼切民生的基礎(chǔ)性建設(shè)工程之一。如南水北調(diào)工程，它對(duì)我國(guó)水資源在南北方的平均分配起到了至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用。但不可忽略的是其導(dǎo)致的生態(tài)問(wèn)題，水利工程的建設(shè)最先影響的是水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)，其次是水域兩岸的植被、土地。應(yīng)用無(wú)人機(jī)遙感能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)水利工程建設(shè)、使用對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境的影響，提早發(fā)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境向不良方向發(fā)展的趨勢(shì)，及時(shí)采取科學(xué)的措施，降低水利工程建設(shè)造成的不利影響。除此之外，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)還可以隨時(shí)監(jiān)督工程進(jìn)度，實(shí)時(shí)掌握水利工程建設(shè)對(duì)土壤、植被帶來(lái)的影響，準(zhǔn)確估算出影響區(qū)域的面積及影響程度，提前制定有關(guān)的防治方案和措施。

3.4 水土污染觀測(cè) 隨著工業(yè)化、城市化的發(fā)展，水資源和土壤資源的各種污染也在日益加劇。工廠廢棄物的不達(dá)標(biāo)排放、農(nóng)藥的過(guò)度使用等，導(dǎo)致水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化。土地生產(chǎn)力下降等一系列的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)通過(guò)直接或間接的方式可實(shí)時(shí)地對(duì)水土的污染現(xiàn)狀進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè)，提供準(zhǔn)確的水土污染觀測(cè)結(jié)果，明確污染程度及污染物分布狀況，有利于當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門做出準(zhǔn)確的水土污染評(píng)價(jià)，制定有效的污染治理方案。

4 展望

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的興起為陸地生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)提供了新的思路和方法，在很大程度上避免了地理環(huán)境條件對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)工作的限制，極大地提高了工作的效率和質(zhì)量，既讓陸地生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果更具綜合性、時(shí)效性，又使得陸地生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)更全面、更可靠、更具說(shuō)服力。目前，諸多學(xué)者提出并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在資源調(diào)查、監(jiān)測(cè)及生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)等各個(gè)領(lǐng)域中的可行性，并附有相關(guān)的技術(shù)指導(dǎo)。但我國(guó)真正將無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際調(diào)查、監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)工作中的案例卻依然少見(jiàn)，這主要是由于宣傳和推廣力度不夠，并且缺乏專業(yè)的技術(shù)操作人員。相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展以及人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)將會(huì)得到進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)和推廣，逐漸走向完善和成熟，必將在生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)及生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)等實(shí)踐領(lǐng)域內(nèi)大放光彩，其應(yīng)用領(lǐng)域也將會(huì)越來(lái)越廣闊。

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[26]李博陽(yáng).無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用分析[J].現(xiàn)代信息科技，2019，3（19）：147-148.

（責(zé)編：張宏民）