無人機(jī)在水環(huán)境監(jiān)測工作中的應(yīng)用探析

申 敏

（凱里學(xué)院，貴州 凱里 556000）

水環(huán)境屬于自然生態(tài)的重要組成部分，其需要做好監(jiān)測相關(guān)工作，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的污染問題或異常變化趨勢，確保自然生態(tài)能夠得到有效保護(hù)。無人機(jī)技術(shù)屬于現(xiàn)代硬件革新方案之一，其能夠有效應(yīng)對特定的任務(wù)環(huán)境，可以減少工作成本并提高處理效率。通過將無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用至水環(huán)境監(jiān)測工作中，可以有效應(yīng)對環(huán)境變化挑戰(zhàn)，同時(shí)也能夠降低監(jiān)測成本，具有諸多替代性優(yōu)勢。在應(yīng)用過程中，水環(huán)境監(jiān)測團(tuán)隊(duì)需要做好準(zhǔn)備工作，并從實(shí)際情況出發(fā)，探索無人機(jī)實(shí)踐應(yīng)用方式，確保其功能得到充分發(fā)揮，為應(yīng)對未來監(jiān)測工作挑戰(zhàn)夯實(shí)基礎(chǔ)條件。

1 無人機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)概念簡析

無人機(jī)主要由無線電收發(fā)模塊與自備硬件模塊組成，其屬于不載人自行飛機(jī)的一種，可以通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行完全或半自動(dòng)操控。無人機(jī)設(shè)備集成了傳感技術(shù)、通信技術(shù)、遙測技術(shù)等多種先進(jìn)方案，其能夠有效整合各個(gè)部件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)研、整理、上傳功能，可以為多個(gè)行業(yè)的工作任務(wù)提供技術(shù)支持。相對于傳統(tǒng)技術(shù)而言，無人機(jī)操作便捷程度高，應(yīng)用危險(xiǎn)性相對較小，同時(shí)性能表現(xiàn)穩(wěn)定程度強(qiáng)。經(jīng)典無人機(jī)可以采用直飛方式進(jìn)行應(yīng)用，同時(shí)極限飛行高度可達(dá)4000m 左右，能夠在山區(qū)或復(fù)雜地勢環(huán)境下展開勘測任務(wù)[1]。同時(shí)，無人機(jī)裝置可以在接到任務(wù)的第一時(shí)間出動(dòng)調(diào)查，在數(shù)據(jù)采集方面具有明顯的效率優(yōu)勢。通過采用無人機(jī)配套的軟件與硬件設(shè)備，能夠使收集到的數(shù)據(jù)快速整理為直觀、簡潔的資料內(nèi)容，可以為相關(guān)技術(shù)工作提供有力支持。除此之外，無人機(jī)在電量充足的情況下，能夠?qū)V闊的面積區(qū)域進(jìn)行偵查，同時(shí)獲得高分辨率影響或精確的遙測數(shù)據(jù)。因此，無人機(jī)技術(shù)可以在多個(gè)領(lǐng)域得到高質(zhì)量應(yīng)用，有利于降低工作成本，為解決特定工作難題做好準(zhǔn)備。

2 水環(huán)境監(jiān)測工作發(fā)展現(xiàn)狀

水環(huán)境監(jiān)測屬于生態(tài)自然保護(hù)工作的重要組成部分，其可以通過信息收集方式，整理水環(huán)境狀態(tài)，為后續(xù)落實(shí)管控措施提供重要數(shù)據(jù)支持?，F(xiàn)階段，我國大部分地區(qū)的水環(huán)境監(jiān)測均采用人工實(shí)地勘察方式進(jìn)行。在目標(biāo)河流或湖泊區(qū)域內(nèi)，通過船只進(jìn)行水質(zhì)樣品收集，并送往實(shí)驗(yàn)室或通過便攜設(shè)備完成技術(shù)分析。此類工作方式執(zhí)行簡便，同時(shí)數(shù)據(jù)精確度較高，因此持續(xù)應(yīng)用了較長時(shí)間。但是，隨著監(jiān)測工作逐漸復(fù)雜化，相關(guān)活動(dòng)對人員的要求也出現(xiàn)了一定程度的提升。在這種背景下，傳統(tǒng)工作方式開始出現(xiàn)供不應(yīng)求的現(xiàn)象，導(dǎo)致水環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量不斷下降，最終影響了生態(tài)自然保護(hù)工作執(zhí)行效果。人工方式監(jiān)測所需時(shí)間較長，同時(shí)監(jiān)測結(jié)果涉及范圍較為狹窄，可能會(huì)削弱水質(zhì)管理的全面性。同時(shí)，人工監(jiān)測需要收集三個(gè)斷面水質(zhì)，并在獲得水樣后靜置半小時(shí)，工作人力成本消耗較大[2]。除此之外，人工監(jiān)測需要通過船只進(jìn)行處理，部分船只的工作環(huán)保性不足，容易導(dǎo)致水質(zhì)受到二次污染，干擾監(jiān)測結(jié)果的精確性和可參考性。因此，現(xiàn)階段水環(huán)境監(jiān)測工作處于有待改進(jìn)的狀態(tài)，需要積極引入先進(jìn)技術(shù)方案，如無人機(jī)監(jiān)測等，確保相關(guān)問題能夠得到有效解決，為實(shí)現(xiàn)理想的水環(huán)境監(jiān)測目標(biāo)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 無人機(jī)在水環(huán)境監(jiān)測工作中的應(yīng)用優(yōu)勢與關(guān)鍵點(diǎn)分析

3.1 優(yōu)勢

與其他應(yīng)用技術(shù)相比，無人機(jī)方案在水環(huán)境監(jiān)測工作中具有額外的部署優(yōu)勢。無人機(jī)應(yīng)用效率較高，同時(shí)成本相對較低，因此監(jiān)測團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)加強(qiáng)對無人機(jī)應(yīng)用的認(rèn)識(shí)，明確其關(guān)鍵優(yōu)勢所在，確保部署工作中遇到的阻力問題能夠得到有效解決，為實(shí)現(xiàn)理想的水環(huán)境監(jiān)測效果創(chuàng)設(shè)穩(wěn)定條件。

3.1.1 安全優(yōu)勢

通過采用無人機(jī)監(jiān)測技術(shù)，能夠有效降低相關(guān)工作的風(fēng)險(xiǎn)級別，使工作人員能夠在安全、穩(wěn)定的條件下操控?zé)o人機(jī)，完成數(shù)據(jù)的收集與整理。傳統(tǒng)監(jiān)測工作需要人員乘坐船只進(jìn)行處理，存在明顯的風(fēng)險(xiǎn)因素，如船只損壞、意外落水等。而無人機(jī)設(shè)備可以通過無線電方式進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，無需人員船只進(jìn)入水面，因此安全系數(shù)較高，能夠增強(qiáng)水環(huán)境監(jiān)測工作的穩(wěn)定性。

3.1.2 成本優(yōu)勢

相對于傳統(tǒng)的人工監(jiān)測方式而言，無人機(jī)方案具有顯著的成本優(yōu)勢。其無需利用船只設(shè)備，同時(shí)也不需要前往水面進(jìn)行監(jiān)測，僅需利用無人機(jī)裝置展開數(shù)據(jù)收集，即可達(dá)到理想的水質(zhì)分析效果，因此消耗成本相對較低。同時(shí)，傳統(tǒng)監(jiān)測方式需要耗費(fèi)大量的燃油，用于驅(qū)動(dòng)船只前進(jìn)，而無人機(jī)設(shè)備僅需消耗較少的電量，即可維持長時(shí)間的運(yùn)行。因此，無人機(jī)水環(huán)境監(jiān)測具有顯著的成本優(yōu)勢。

3.1.3 效率優(yōu)勢

無人機(jī)硬件受地形或地勢影響的概率較低，其能夠在復(fù)雜的水環(huán)境條件下進(jìn)行工作。而傳統(tǒng)人力監(jiān)測方式經(jīng)常會(huì)受到地形地勢的影響，需要耗費(fèi)大量時(shí)間用于克服環(huán)境劣勢，因此水環(huán)境監(jiān)測的耗時(shí)較長。通過采用無人機(jī)進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測，能夠在短時(shí)間內(nèi)獲得大量的可用數(shù)據(jù)，同時(shí)數(shù)據(jù)的精確性較高，可以直接在后續(xù)整理中進(jìn)行應(yīng)用。因此，無人機(jī)水環(huán)境監(jiān)測具有重要的效率優(yōu)勢。

3.1.4 環(huán)保優(yōu)勢

在水環(huán)境監(jiān)測過程中，傳統(tǒng)人力工作方式需要通過船只進(jìn)行處理。這些船只在經(jīng)過水域的過程中，經(jīng)常會(huì)排放一些污染物質(zhì)。這些物質(zhì)可能會(huì)干擾水質(zhì)樣品的狀態(tài)，導(dǎo)致后續(xù)監(jiān)測結(jié)果出現(xiàn)偏差問題，不利于自然生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的正常開展。而無人機(jī)技術(shù)可以有效規(guī)避此類情況，在不污染水質(zhì)的情況下完成水環(huán)境監(jiān)測工作。因此，無人機(jī)技術(shù)方案具有顯著的環(huán)保優(yōu)勢。

3.2 關(guān)鍵點(diǎn)

在水環(huán)境監(jiān)測工作中采用無人機(jī)技術(shù)，可以按照內(nèi)業(yè)、外業(yè)與后期內(nèi)業(yè)三個(gè)基礎(chǔ)階段進(jìn)行規(guī)劃。遙感監(jiān)測與地面控制屬于前期內(nèi)業(yè)的執(zhí)行關(guān)鍵點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)理想的無人機(jī)數(shù)據(jù)采集目標(biāo)，工作團(tuán)隊(duì)需要做好自動(dòng)化控制準(zhǔn)備工作，確保無人機(jī)設(shè)備可以在要求范圍內(nèi)進(jìn)行勘察，充分利用定位系統(tǒng)支持，保證無人機(jī)飛行方向處于正確狀態(tài)。而后期內(nèi)業(yè)需要針對無人機(jī)獲得的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合整理，結(jié)合實(shí)際情況確定合適的操作方案[3]。無人機(jī)設(shè)備不會(huì)受到地形與環(huán)境條件的限制，因此可以顯著提高監(jiān)測工作效率與數(shù)據(jù)精確性。在實(shí)際工作過程中，應(yīng)當(dāng)綜合考量容易對無人機(jī)設(shè)備產(chǎn)生影響的問題，如風(fēng)力、風(fēng)向等。團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)在確保安全的情況下，利用無人機(jī)快速獲得必要的數(shù)據(jù)內(nèi)容，避免風(fēng)力或風(fēng)向突變造成安全問題。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還需要保證無人機(jī)電量符合單次飛行任務(wù)的需求，避免飛行途中出現(xiàn)電量不足等問題，確保其能夠正常完成勘察任務(wù)，為水環(huán)境監(jiān)測工作夯實(shí)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

通常情況下，無人機(jī)設(shè)備的體積越小，其便越容易受到高空環(huán)境變化的影響。因此，監(jiān)測團(tuán)隊(duì)需要做好設(shè)備篩選工作，盡可能選擇體積適中、電量消耗較低的設(shè)備進(jìn)行勘察，以確保實(shí)際監(jiān)測穩(wěn)定性達(dá)到理想標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還需要深入優(yōu)化無人機(jī)監(jiān)測方案，盡可能減少其電量消耗，并在此基礎(chǔ)上增加監(jiān)測工作范圍，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與應(yīng)用安全的平衡。除此之外，數(shù)據(jù)傳輸與操作屬于無人機(jī)監(jiān)測的關(guān)鍵點(diǎn)。若數(shù)據(jù)傳輸在高干擾環(huán)境下進(jìn)行，可能會(huì)影響實(shí)際監(jiān)測的精確性，不利于水環(huán)境狀態(tài)的有效識(shí)別。因此，團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)選擇在環(huán)境穩(wěn)定的情況下進(jìn)行無人機(jī)監(jiān)測，同時(shí)做好操作管理，避免違規(guī)飛行或飛行不當(dāng)?shù)葐栴}產(chǎn)生，為提高水環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量提供有力支持。

4 水環(huán)境監(jiān)測工作應(yīng)用無人機(jī)的方式

4.1 水資源調(diào)查管理

在針對水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測的過程中，可以利用無人機(jī)展開資源調(diào)查與管理活動(dòng)。傳統(tǒng)監(jiān)測方式主要以人工方式進(jìn)行，在地勢較高或環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域無法展開深入、有效的勘察。而無人機(jī)設(shè)備能夠輕松越過地形障礙，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)高精度水環(huán)境拍攝，因此可以在水資源調(diào)查管理工作中取得優(yōu)良表現(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用過程中，監(jiān)測團(tuán)隊(duì)需要利用無人機(jī)分析水資源基本狀態(tài)，同時(shí)利用航拍測繪方式收集水環(huán)境情況，并將結(jié)果整合為電子版效果圖[4]。通過此類方式，為后續(xù)的水資源開發(fā)管理工作提供重要參考，盡可能發(fā)揮無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢。

4.2 區(qū)域動(dòng)態(tài)化監(jiān)測

區(qū)域動(dòng)態(tài)監(jiān)測屬于無人機(jī)技術(shù)的重要優(yōu)勢領(lǐng)域之一，傳統(tǒng)人工方式需要攜帶攝像頭前往水庫浮標(biāo)區(qū)域，通過拍攝獲得水位信息以及實(shí)際環(huán)境情況，為后續(xù)的動(dòng)態(tài)分析做準(zhǔn)備。無人機(jī)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)全天候水環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測，能夠有效克服環(huán)境存在的負(fù)面影響，同時(shí)也能夠全面勘察河流上下游狀態(tài)，最大限度提高水文調(diào)查質(zhì)量。因此，水環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測屬于無人機(jī)技術(shù)的重要應(yīng)用方式之一。

4.3 生態(tài)分析管控

無人機(jī)能夠輕松應(yīng)對復(fù)雜的水生態(tài)區(qū)域條件，因此其可以為生態(tài)調(diào)查、管理相關(guān)工作提供重要支持。傳統(tǒng)人工方式在進(jìn)行水生態(tài)調(diào)查的過程中，經(jīng)常會(huì)受到自然條件的限制，無法獲得詳盡的河段水情、流向或植被狀態(tài)等信息。通過采用無人機(jī)設(shè)備進(jìn)行勘察，可以輕松通過多光譜相機(jī)等特殊裝置，借助影像變換方法快速監(jiān)測目標(biāo)水域生態(tài)情況，同時(shí)還可以獲得高分類精度環(huán)境信息，有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的展開。在應(yīng)用無人機(jī)設(shè)備進(jìn)行生態(tài)調(diào)查的過程中，還可以借助其拓展性優(yōu)勢，快速勘察潛在的污染源情況，可以為管理工作提供重要的支持?jǐn)?shù)據(jù)。因此水生態(tài)調(diào)查管理屬于無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用方式之一，應(yīng)當(dāng)做好相應(yīng)部署工作，確保無人機(jī)設(shè)備能夠得到合理控制，獲得詳盡、準(zhǔn)確的信息內(nèi)容。

4.4 污染預(yù)警與控制

環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測屬于水環(huán)境監(jiān)測工作的一部分，其需要快速了解污染源情況，并分析其分布狀態(tài)，為后續(xù)的管控與治理活動(dòng)夯實(shí)基礎(chǔ)條件。在應(yīng)急現(xiàn)場斷面尚不明確的情況下，可以采用無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行勘察，快速獲得目標(biāo)區(qū)域的實(shí)際情況，并整理精確的水文資料，使水環(huán)境應(yīng)急工作能夠在理想條件下展開。無人機(jī)航拍可以整理目標(biāo)區(qū)域水文狀態(tài)，同時(shí)也可以與自動(dòng)浮標(biāo)、衛(wèi)星等技術(shù)整合，構(gòu)建天、空、地一體化應(yīng)急監(jiān)測系統(tǒng)，為水環(huán)境監(jiān)測工作提供完整的處理鏈。同時(shí)，無人機(jī)技術(shù)還可以分析目標(biāo)水域是否存在水質(zhì)超標(biāo)等異常情況，通過多光譜儀進(jìn)行自動(dòng)化污染監(jiān)測工作，可以為水環(huán)境預(yù)警提供充足的數(shù)據(jù)支持，如水樣氮磷指標(biāo)等。通過整理無人機(jī)提供的數(shù)據(jù)信息，可以建立遙感反演模型，使水環(huán)境周邊存在的污染源與水質(zhì)空間變化狀態(tài)得到充分明確，有利于客觀評價(jià)水環(huán)境整體情況，可以為后續(xù)的追溯工作提供重要參考。因此，水環(huán)境預(yù)警應(yīng)急管理工作屬于無人機(jī)技術(shù)的重要應(yīng)用方式之一。

4.5 自然災(zāi)害預(yù)警與救災(zāi)支持

自然災(zāi)害屬于水環(huán)境變化的一種負(fù)面形勢，其需要做好監(jiān)測工作，盡可能發(fā)揮預(yù)警或調(diào)查職能，為減輕社會(huì)損失與保障人民群眾生命安全做好準(zhǔn)備。在傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測體系下，發(fā)生自然災(zāi)害后團(tuán)隊(duì)僅能通過直升機(jī)展開受災(zāi)情況分析。通過在目標(biāo)區(qū)域上空進(jìn)行盤旋，拍攝自然災(zāi)害造成的影響區(qū)域、影響狀態(tài)等。這種定損方式效率較低，同時(shí)需要消耗大量的人力物力，容易導(dǎo)致后續(xù)工作開展受到負(fù)面影響。同時(shí)，水環(huán)境災(zāi)害警戒工作也需要依靠人工方式進(jìn)行，在船只上展開水深劃分等工作，缺乏足夠的鳥瞰圖信息[5]。在這種情況下，一旦發(fā)生自然災(zāi)害問題，船只無法做到快速反應(yīng)，容易受到災(zāi)害影響，最終造成人員傷亡或財(cái)產(chǎn)損失等問題。

因此，需要重視無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，將其與自然災(zāi)害預(yù)警、分析、管理工作相結(jié)合，最大限度發(fā)揮其應(yīng)用優(yōu)勢，為提高預(yù)警精確性、預(yù)警效率、管理質(zhì)量、管理數(shù)據(jù)充足性打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。例如，在發(fā)生洪澇自然災(zāi)害后，無人機(jī)可以快速部署到受災(zāi)區(qū)域，調(diào)查實(shí)際受災(zāi)情況。其不會(huì)受到地勢條件影響，同時(shí)也能夠直接傳遞關(guān)鍵數(shù)據(jù)，使抗洪救災(zāi)工作可以在充足的數(shù)據(jù)支持下進(jìn)行，減少工作人員的工作量。除此之外，無人機(jī)技術(shù)還可以調(diào)查各區(qū)域水量情況，能夠收集河流水位變化等信息，有利于增強(qiáng)水環(huán)境警戒工作效果，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

5 總結(jié)

綜上所述，無人機(jī)技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測工作中具有至關(guān)重要的應(yīng)用意義。未來，相關(guān)工作應(yīng)當(dāng)從實(shí)際應(yīng)用途徑著手，盡可能發(fā)揮無人機(jī)技術(shù)的核心優(yōu)勢，使其能夠得到科學(xué)、有效的應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)理想的監(jiān)測目標(biāo)夯實(shí)基礎(chǔ)條件，提高水環(huán)境監(jiān)測的可靠性與實(shí)際效率。