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

楊淼 羅天志

摘要：無人機(jī)遙感技術(shù)具有應(yīng)用靈活、輕量簡便的特征，在很多現(xiàn)場監(jiān)測場景中發(fā)揮著重要作用。本文首先分析了無人機(jī)遙感技術(shù)的流程和優(yōu)勢，隨后分析無人機(jī)遙感技術(shù)的發(fā)展趨勢，最后探討無人機(jī)遙感環(huán)境監(jiān)測的路徑。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)遙感；環(huán)境監(jiān)測；研究

環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)場相對復(fù)雜，應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)可以克服現(xiàn)場的復(fù)雜環(huán)境條件，高質(zhì)量完成現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測任務(wù)。因此有必要分析無人機(jī)遙感技術(shù)的原理和應(yīng)用方向，深挖無人機(jī)遙感技術(shù)的價(jià)值[1]。

1? ? 無人機(jī)遙感概述

（1）工作流程。利用無人機(jī)遙感開展監(jiān)測工作，首要環(huán)節(jié)是熟悉無人機(jī)遙感系統(tǒng)使用的各種設(shè)備，為開展外業(yè)工作做好鋪墊?，F(xiàn)場外業(yè)操作也是無人機(jī)遙感監(jiān)測工作的核心環(huán)節(jié)，通過無人機(jī)遙感監(jiān)測現(xiàn)場數(shù)據(jù)并反饋，測量人員收集到反饋的信息后開始檢測工作。后期環(huán)節(jié)完成監(jiān)測數(shù)據(jù)分析處理工作，總結(jié)無人機(jī)遙感監(jiān)測的結(jié)論。

（2）無人機(jī)遙感優(yōu)勢。無人機(jī)設(shè)備對于監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)，在突破自然條件限制的同時(shí)保證數(shù)據(jù)測量的精準(zhǔn)性，相比于人力測量方式有效節(jié)省資源開銷，獲取的數(shù)據(jù)信息相對精準(zhǔn)。無人機(jī)本身具有輕量、易攜帶的特征，監(jiān)測覆蓋范圍廣；在執(zhí)行監(jiān)測任務(wù)時(shí)按照既定的路線方案，體現(xiàn)出智能化的優(yōu)勢；由此可見無人機(jī)遙感具有降低成本、擴(kuò)大覆蓋面、數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確等特征[2]。

2? ? 無人機(jī)遙感研究方向

2.1 加強(qiáng)配套軟件研究力度

無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用在多變、空曠的環(huán)境中，飛機(jī)自身飛行狀態(tài)未必保持在穩(wěn)定狀態(tài)，如果無人機(jī)飛行狀態(tài)不穩(wěn)定，影響反饋航測數(shù)據(jù)的精度。因此以控制無人機(jī)飛行路線為目的開發(fā)配套控制軟件，加強(qiáng)對無人機(jī)遙感的控制力度；以加強(qiáng)數(shù)據(jù)處理效果為目的開發(fā)數(shù)據(jù)處理軟件，提升無人機(jī)遙感測量數(shù)據(jù)的處理精度。環(huán)境監(jiān)測與地面監(jiān)測指標(biāo)存在異同，在軟件研究工作中要注意到兩類指標(biāo)的差異，實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理效果，真正達(dá)到無人機(jī)遙感空地一體化的目的。

2.2 加強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)难芯?/p>

無人機(jī)遙感監(jiān)測的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一在于數(shù)據(jù)傳輸，在無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)測定能力逐步提升的背景下，提升監(jiān)測數(shù)據(jù)在鏈路中的傳輸質(zhì)量成為重中之重。依托完善的數(shù)據(jù)傳輸鏈路，確保無人機(jī)遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定快速傳輸，抵抗傳輸過程中可能存在的干擾因素，同時(shí)還要兼顧數(shù)據(jù)傳輸鏈路的長度。在數(shù)據(jù)鏈路研發(fā)過程中需要應(yīng)對物理仿真、數(shù)據(jù)傳輸變頻等要求，在對無線傳輸環(huán)境進(jìn)行仿真處理的前提下，開展無人機(jī)遙感傳輸數(shù)據(jù)鏈路的研究工作。針對數(shù)據(jù)傳輸鏈路的研究，還應(yīng)當(dāng)關(guān)注到通用化、模塊化的相關(guān)要求，并編制服務(wù)于數(shù)據(jù)傳輸鏈路的標(biāo)準(zhǔn)體系。

2.3 優(yōu)化環(huán)境監(jiān)測設(shè)備體系

無人機(jī)遙感環(huán)境監(jiān)測對于監(jiān)測設(shè)備的性能有較高要求，無人機(jī)自身荷載能力存在上限，若要擺脫無人機(jī)遙感監(jiān)測的空間限制因素，在保證監(jiān)測設(shè)備性能的基礎(chǔ)上縮小監(jiān)測設(shè)備體積尤為重要。對于無人機(jī)監(jiān)測設(shè)備的優(yōu)化，可以從監(jiān)測設(shè)備材料和結(jié)構(gòu)兩方面入手；監(jiān)測設(shè)備的研發(fā)需要發(fā)揮輕量級材料的作用，控制監(jiān)測設(shè)備的體積和重量；通過提升監(jiān)測設(shè)備的結(jié)構(gòu)密度達(dá)到縮減設(shè)備體積的效果，提升監(jiān)測設(shè)備的應(yīng)用性能。另外要提升監(jiān)測設(shè)備的擴(kuò)展能力和識別能力，能夠準(zhǔn)確識別排放污染物的類型以及排放量，實(shí)現(xiàn)環(huán)境污染物組成成分的自動識別效應(yīng)[3]。

3? ? 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用路徑

3.1 森林生態(tài)環(huán)境監(jiān)測

森林資源在調(diào)節(jié)地球氣候、保證地球水土生態(tài)平衡方面起到重要作用，當(dāng)前森林資源保護(hù)形勢仍然非常嚴(yán)峻，加強(qiáng)森林生態(tài)監(jiān)測技術(shù)力量勢在必行。應(yīng)用無人機(jī)遙感監(jiān)測技術(shù)可以加強(qiáng)對森林資源的監(jiān)控力度，通過無人機(jī)遙感技術(shù)可以及時(shí)獲取到森林火災(zāi)起火點(diǎn)，為消防部門開展現(xiàn)場救援爭取寶貴的時(shí)間，最大限度保護(hù)森林資源。森林防火機(jī)制的完善需要無人機(jī)遙感技術(shù)的支撐，提升森林火災(zāi)的應(yīng)對能力。無人機(jī)遙感監(jiān)測反饋的信息精準(zhǔn)詳實(shí)，林業(yè)部門人員能夠掌握管轄范圍內(nèi)森林資源的狀態(tài)；通過無人機(jī)現(xiàn)場拍攝反饋的圖像，獲取到直觀的現(xiàn)場信息。對于森林資源盜伐行為的管理同樣如此，林業(yè)部門掌握森林資源盜伐規(guī)律，提升森林管理能力。

3.2 水質(zhì)監(jiān)測

水質(zhì)監(jiān)測體系涉及到河流湖泊，監(jiān)測任務(wù)不可謂不繁重；水系環(huán)境的變化導(dǎo)致河流流域的屬性發(fā)生變化，很多歷史資料并沒有較大的應(yīng)用價(jià)值，也為無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用帶來契機(jī)。通過無人機(jī)遙感技術(shù)可以監(jiān)測目標(biāo)河流水質(zhì)，將河流污染情況以及污染物信息反饋到水文部門處，為水文部門人員掌握河流污染情況提供重要的依據(jù)。利用無人機(jī)遙感技術(shù)還可以反復(fù)開展測量工作，對存在疑問的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，通過對比分析水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)提升水質(zhì)判斷效果。借助無人機(jī)遙感監(jiān)測反饋的數(shù)據(jù)，可以建立各個地區(qū)范圍內(nèi)的河流信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)河流信息的共享互通效應(yīng)，體現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測治理的聯(lián)動理念。

3.3 空氣質(zhì)量監(jiān)測

工業(yè)化的推進(jìn)意味著空氣污染源類型不斷增多，人類日常生產(chǎn)生活中排放的大量廢氣值得警惕，加強(qiáng)空氣質(zhì)量監(jiān)測很有必要。無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用，則為空氣質(zhì)量監(jiān)測如虎添翼。根據(jù)無人機(jī)遙感監(jiān)測反饋的遙感圖像信息，可以獲取主要空氣監(jiān)測指標(biāo)的數(shù)據(jù)信息，例如pH2.5、溫濕度等，與地面監(jiān)測傳感設(shè)施相輔相成。通過無人機(jī)遙感技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)樣本監(jiān)測效應(yīng)，遙控?zé)o人機(jī)獲取一定量的空氣樣本；監(jiān)測人員對獲取的空氣樣本進(jìn)行成分分析，掌握空氣樣本內(nèi)各種污染物含量。必要情況下可以與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相結(jié)合，提升無人機(jī)遙感空氣監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析能力，驗(yàn)證各項(xiàng)指標(biāo)是否處于安全區(qū)間。

3.4 污染場景監(jiān)測

污染場景中存在大量有害人體健康的因素，采用無人機(jī)遙感技術(shù)可以規(guī)避現(xiàn)場元素對人體的危害。無人機(jī)可以自由穿梭在污染場景中，反饋監(jiān)測到的信息。例如在某區(qū)域內(nèi)發(fā)生原油泄漏事故后，對于周圍人員的身體健康以及海洋水質(zhì)都會造成明顯影響；在原油泄漏現(xiàn)場開展監(jiān)測工作存在客觀難度。通過無人機(jī)遙感技術(shù)得到現(xiàn)場數(shù)據(jù)后，通過數(shù)據(jù)分析確定應(yīng)對原油泄漏事故的方案，發(fā)揮現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的作用，在最短時(shí)間內(nèi)處理原油泄漏事故并保護(hù)人員安全。

3.5 地震災(zāi)害監(jiān)測

地震災(zāi)害對社會生產(chǎn)生活秩序的影響非常嚴(yán)重，由于社會通信、電力傳輸中斷造成的損失不可忽視。對于地震破壞效應(yīng)的監(jiān)測至關(guān)重要，但是由于地震的嚴(yán)重破壞效應(yīng)，精確統(tǒng)計(jì)地震帶來的損失存在一定困難。房屋倒塌率是統(tǒng)計(jì)地震造成損失的重要指標(biāo)，人工現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)房屋倒塌率終究不現(xiàn)實(shí)；應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)前往現(xiàn)場拍攝照片，工作人員根據(jù)現(xiàn)場反饋的照片統(tǒng)計(jì)房屋倒塌率，進(jìn)而判斷地震災(zāi)害的影響。地震災(zāi)害不僅局限于地震發(fā)生當(dāng)時(shí)，帶來的次生災(zāi)害和余震災(zāi)害值得警惕。通過無人機(jī)遙感技術(shù)可以及時(shí)判斷可能造成的次生災(zāi)害，也為制定抗震救災(zāi)方案提供重要的決策支撐。

3.6 路域環(huán)境監(jiān)測

路域環(huán)境包括植被、土地等多種因素，是生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的重要環(huán)節(jié)。在應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)的前提下，結(jié)合地理信息系統(tǒng)和定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對路域生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測效果。在地理信息系統(tǒng)中確定路域環(huán)境的土地類型，進(jìn)一步確定該地區(qū)的植被覆蓋情況，進(jìn)而形成公路路域的生態(tài)環(huán)境圖景。由于路域環(huán)境處于不斷變化狀態(tài)，應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)可以反饋不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)下的路域環(huán)境信息，為監(jiān)測人員掌握路域環(huán)境的變化規(guī)律提供有效信息，實(shí)現(xiàn)對路域環(huán)境的精準(zhǔn)化監(jiān)測效果。

3.7 礦產(chǎn)開發(fā)環(huán)境應(yīng)用

礦產(chǎn)資源通常分布在相對敏感的地址環(huán)境中，為現(xiàn)場勘探工作帶來很多未知因素；如果現(xiàn)場勘探之前沒有做好準(zhǔn)備工作，則會形成對勘探現(xiàn)場的破壞效應(yīng)。很多資源勘探現(xiàn)場發(fā)生的地表分裂、水土流失現(xiàn)象的根源就在于此，應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)，則為勘探資源開發(fā)現(xiàn)場、掌握現(xiàn)場環(huán)境特征提供有效依據(jù)。例如在石油資源勘探場景中，利用無人機(jī)遙感技術(shù)對資源勘探目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測，拍攝反映資源勘探現(xiàn)場狀況的照片并反饋到勘探人員處?？碧饺藛T結(jié)合照片信息掌握現(xiàn)場狀況，為制定石油資源勘探方案提供參考意見，也為保護(hù)石油勘探現(xiàn)場的自然環(huán)境指明道路。

3.8 火山噴發(fā)監(jiān)測

無人機(jī)遙感技術(shù)在檢測火山噴發(fā)場景中也有顯著的應(yīng)用價(jià)值，選擇輕量簡便的攝像機(jī)搭載到無人機(jī)機(jī)身后，由無人機(jī)在火山噴發(fā)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測，將火山噴發(fā)現(xiàn)場狀況實(shí)時(shí)反饋，為工作人員評估火山噴發(fā)狀況提供重要依據(jù)。將GPS定位系統(tǒng)與無人機(jī)遙感技術(shù)相結(jié)合，通過精準(zhǔn)定位保證收集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，幫助工作人員繪制火山噴發(fā)現(xiàn)場的地圖；與此同時(shí)建立配套的數(shù)據(jù)庫，服務(wù)于火山噴發(fā)監(jiān)測活動[4]。

4? ? 結(jié)語

無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用，為環(huán)境監(jiān)測工作的持久發(fā)展指明了方向。在開展環(huán)境監(jiān)測工作的過程中，注重發(fā)揮無人機(jī)遙感技術(shù)的作用，保證現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測的質(zhì)量，為監(jiān)測人員提供充足的決策依據(jù)。無人機(jī)遙感技術(shù)發(fā)展永無止境，結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，探索無人機(jī)遙感技術(shù)的發(fā)展之路，不斷完善無人機(jī)遙感技術(shù)體系。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔣典沖.基于無人機(jī)遙感技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測研究進(jìn)展[J].智能城市，2020，6（21）：88-89.

[2] 鄒培華.基于無人機(jī)遙感技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測研究進(jìn)展[J].資源節(jié)約與環(huán)保， 2018（4）： 60，63.

[3] 熊穎郡.無人機(jī)遙感技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J].中國資源綜合利用，2021，39（2）：59-61.

[4] 蘇云波.淺談無人機(jī)遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用[J].冶金管理，2021（11）：82-83，94.