無人機(jī)遙感技術(shù)在生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

摘""要：為了維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的可持續(xù)，無人機(jī)遙感技術(shù)作為一種新興的監(jiān)測(cè)手段，近年來在生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用。探討無人機(jī)遙感技術(shù)在生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)中的應(yīng)用，分析其在數(shù)據(jù)采集、信息處理、監(jiān)測(cè)評(píng)估等方面的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)，有助于行業(yè)人員和相關(guān)領(lǐng)域研究者更深入地理解該技術(shù)的應(yīng)用潛力和發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)""無人機(jī)遙感技術(shù)""復(fù)雜地形""生態(tài)系統(tǒng)

Application"of"UAV"Remote"Sensing"Technology"in"Ecological"Security"Monitoring"and"Evaluation

YANG""Junyi

School"of"Geodesy"and"Geomatics，"Gansu"Industry"Polytechnic"College，"Tianshui，"Gansu"Province，"741025"China

Abstract："In"order"to"maintain"the"sustainability"of"ecosystem"services，"unmanned"aerial"vehicle（UAV）"remote"sensing"technology，"as"an"emerging"monitoring"method，"has"received"widespread"attention"and"application"in"the"field"of"ecological"security"monitoring"and"evaluation"in"recent"years."This"paper"explores"the"application"of"UAV"remote"sensing"technology"in"ecological"security"monitoring"and"evaluation，"analyzes"its"advantages"and"challenges"in"data"collection，"information"processing，"and"monitoring"and"evaluation，"which"is"helpful"for"industry"personnel"and"researchers"in"related"fields"to"have"a"deeper"understanding"of"the"application"potential"and"development"direction"of"this"technology.

Key"Words："Ecological"security"monitoring"and"evaluation;"UAV"remote"sensing"technology;"Complex"terrain;"Ecosystem

通過生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，能夠有效識(shí)別生態(tài)系統(tǒng)中的風(fēng)險(xiǎn)因子，為制訂針對(duì)性的保護(hù)措施提供科學(xué)依據(jù)，有助于減輕人類影響和經(jīng)濟(jì)發(fā)展壓力帶來的生態(tài)威脅[1]。然而，目前的生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)手段仍面臨著一些挑戰(zhàn)，如監(jiān)測(cè)范圍有限、數(shù)據(jù)獲取困難、成本高昂等問題。因此，尋求新的技術(shù)手段來提高生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)的效率和準(zhǔn)確性顯得尤為重要。

1生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)的作用

近幾十年，人口增長(zhǎng)、城鎮(zhèn)化和發(fā)展需求導(dǎo)致環(huán)境與生態(tài)問題頻發(fā)，影響生態(tài)安全，帶來諸多挑戰(zhàn)，如建設(shè)用地?cái)U(kuò)張、棲息地質(zhì)量下降等。政府已采取措施如設(shè)立保護(hù)區(qū)、實(shí)施修復(fù)工程，但形勢(shì)仍嚴(yán)峻。因此，生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)至關(guān)重要。具體作用如下。

1.1發(fā)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)中的潛在風(fēng)險(xiǎn)

科學(xué)且完善的生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)中的潛在風(fēng)險(xiǎn)，為生態(tài)保護(hù)和修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)包括評(píng)估人類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的壓力、生態(tài)系統(tǒng)條件的變化，以及人類對(duì)這些變化的反應(yīng)。結(jié)合生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)維度的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)理論，使其成為一種更有條理、更合乎邏輯的方法，可以更全面地闡明生態(tài)系統(tǒng)面臨的干擾和壓力。通過這種綜合的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)方法，人們可以準(zhǔn)確掌握生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況和潛在威脅，為制訂針對(duì)性的保護(hù)策略提供有力支撐。

1.2為政策制定者提供決策支持

科學(xué)且完善的生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)可以為政策制定者提供決策支持，幫助他們制訂更為有效的生態(tài)保護(hù)和管理措施。通常，生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)由壓力、狀態(tài)、影響和響應(yīng)組成[2]。其中，壓力指人類活動(dòng)或過程，這些活動(dòng)或過程可能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響；狀態(tài)指整體生態(tài)福祉的變化，包括特定區(qū)域的物理、生物和化學(xué)環(huán)境的變化；影響指社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中人類的福祉；響應(yīng)指機(jī)構(gòu)、社會(huì)和政府為解決已確定的問題而采取的政治措施和舉措。通過對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的全面評(píng)估，政策制定者可以了解生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況、關(guān)鍵生態(tài)要素的變化趨勢(shì)、人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響程度，從而有針對(duì)性地制訂保護(hù)政策和管理措施，以維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性。

1.3建立與完善生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制

科學(xué)且完善的生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)可以促進(jìn)生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制的建立與完善。生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)將地區(qū)生態(tài)安全分為4類：極不安全、不安全、一般安全和安全[3]。不同的生態(tài)安全等級(jí)對(duì)應(yīng)不同的生態(tài)保護(hù)需求和管理策略。通過生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，可以明確各區(qū)域的生態(tài)安全狀況，為生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制的建立提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)結(jié)果還可以用于指導(dǎo)生態(tài)補(bǔ)償資金的合理分配和使用，確保生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制的有效實(shí)施。

2"生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)的現(xiàn)狀

目前，我國(guó)的生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)構(gòu)建了較為完善的體系，并且運(yùn)用了相應(yīng)的技術(shù)手段，能夠確保監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。然而，在實(shí)踐中仍面臨著一些挑戰(zhàn)和不足。

2.1既有技術(shù)監(jiān)測(cè)范圍有限

現(xiàn)階段，在生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)方面，我國(guó)所應(yīng)用的主要技術(shù)包括地理信息系統(tǒng)（Geographic"Information"System，GIS）、遙感（Remote"Sensing"Image，RS）技術(shù)等。雖然這些技術(shù)在一定程度上提高了監(jiān)測(cè)的效率和準(zhǔn)確性，但由于受到地面覆蓋、天氣條件、設(shè)備性能等因素的限制，其監(jiān)測(cè)范圍仍然有限[4]。這導(dǎo)致一些偏遠(yuǎn)地區(qū)或復(fù)雜地形的生態(tài)系統(tǒng)難以得到全面、有效的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)。

2.2數(shù)據(jù)獲取和處理難度大

在生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)中，數(shù)據(jù)的獲取和處理是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。然而，由于生態(tài)系統(tǒng)具有復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性，數(shù)據(jù)的獲取和處理面臨著諸多挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的地面監(jiān)測(cè)方法雖然能夠獲得較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，但耗時(shí)耗力，且難以覆蓋大范圍的區(qū)域。遙感技術(shù)雖然具有快速、大范圍覆蓋的優(yōu)勢(shì)，但數(shù)據(jù)處理和分析的復(fù)雜性也相對(duì)較高。因此，如何在保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的同時(shí)提高數(shù)據(jù)獲取和處理的效率是當(dāng)前生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)領(lǐng)域亟待解決的問題。

2.3既有技術(shù)成本相對(duì)較高

在生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)中，成本問題一直是一個(gè)不可忽視的因素。由于技術(shù)設(shè)備和人力資源的投入較大，既有技術(shù)的成本往往較高，給生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)工作的普及和深入帶來了困難。尤其是在一些經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的地區(qū)，高昂的成本可能使監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)工作無法得到有效開展，從而影響了生態(tài)安全保護(hù)的整體效果。

3無人機(jī)遙感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

無人機(jī)遙感技術(shù)以無人飛行器為平臺(tái)，搭載數(shù)碼攝影設(shè)備，集成無人駕駛、遙感和導(dǎo)航定位技術(shù)，形成高效、低成本的遙感系統(tǒng)。無人機(jī)遙感系統(tǒng)由無人機(jī)機(jī)體、任務(wù)載荷、地面控制和保障4部分構(gòu)成。系統(tǒng)具備高度機(jī)動(dòng)性、成本效益高、靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)，這些優(yōu)勢(shì)使無人機(jī)遙感技術(shù)在生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)領(lǐng)域具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

3.1無人機(jī)遙感技術(shù)的特點(diǎn)

無人機(jī)遙感技術(shù)具有快速設(shè)置和靈活部署的特點(diǎn)，能夠適應(yīng)大范圍的生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。相較于傳統(tǒng)的地面監(jiān)測(cè)和衛(wèi)星遙感，無人機(jī)遙感無須復(fù)雜的地面設(shè)施或長(zhǎng)時(shí)間的衛(wèi)星調(diào)度，可以快速部署到指定區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這使無人機(jī)遙感在應(yīng)對(duì)突發(fā)環(huán)境事件或緊急生態(tài)安全監(jiān)測(cè)任務(wù)時(shí)具有顯著優(yōu)勢(shì)，能夠迅速獲取所需數(shù)據(jù)，為決策提供及時(shí)支持。

3.2數(shù)據(jù)獲取能力

無人機(jī)遙感技術(shù)具有高分辨率和高精度的數(shù)據(jù)獲取能力，能夠提升生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。無人機(jī)配備的先進(jìn)傳感器和成像設(shè)備，能夠獲取高分辨率的遙感影像和詳細(xì)的地表信息，有助于更精確地識(shí)別生態(tài)系統(tǒng)中的變化和問題。同時(shí)，結(jié)合無人機(jī)遙感的飛行控制和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可以進(jìn)一步降低數(shù)據(jù)誤差，提高監(jiān)測(cè)結(jié)果的可靠性。

3.3性價(jià)比

無人機(jī)遙感技術(shù)具有較低成本和較高的性價(jià)比，有助于推動(dòng)生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)的普及和應(yīng)用。相較于衛(wèi)星遙感等大型遙感系統(tǒng)，無人機(jī)遙感的設(shè)備成本、維護(hù)成本、運(yùn)營(yíng)成本都相對(duì)較低，使更多的地區(qū)和機(jī)構(gòu)能夠承擔(dān)起生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)的任務(wù)，為生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)工作提供更為經(jīng)濟(jì)、高效的技術(shù)支持。

4無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用

無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)，主要涵蓋災(zāi)害監(jiān)測(cè)、森林資源調(diào)查和生態(tài)環(huán)境等方面。其采用數(shù)碼相機(jī)或光譜類設(shè)備獲取遙感影像，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，提取宏觀環(huán)境監(jiān)測(cè)或大范圍監(jiān)測(cè)指標(biāo)，如土地利用和植被覆蓋等。具體來說，無人機(jī)遙感技術(shù)主要用于以下3個(gè)方面。

4.1區(qū)域范圍內(nèi)的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)估

無人機(jī)遙感技術(shù)以其高空視角和高效的數(shù)據(jù)采集能力可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的宏觀觀測(cè)和微觀細(xì)節(jié)捕捉。通過對(duì)不同時(shí)間、不同區(qū)域的無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，可以準(zhǔn)確掌握生態(tài)系統(tǒng)的變化趨勢(shì)和潛在風(fēng)險(xiǎn)。例如：在森林生態(tài)系統(tǒng)中，無人機(jī)遙感技術(shù)可以監(jiān)測(cè)森林覆蓋率的變化、植被生長(zhǎng)狀況、森林病蟲害的發(fā)生情況，為森林保護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)。需要注意的是，在生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)中，由于無人機(jī)需要從多角度獲取地物影像信息，導(dǎo)致影像數(shù)據(jù)非常龐大，增加了數(shù)據(jù)處理的時(shí)間成本，也對(duì)硬件設(shè)備的要求有所提高。在這方面，可通過從傾斜攝影數(shù)據(jù)中消除冗余影像的冗余影像檢索算法，提高無人機(jī)遙感技術(shù)生態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的處理效率。

4.2生態(tài)修復(fù)工程的監(jiān)測(cè)與評(píng)估

生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目往往植被斑駁，巖石和土壤覆蓋物混雜。由于生態(tài)系統(tǒng)中的植被群落由不同植物物種的混合組成，因此，草本植物較小，呈現(xiàn)出高度斑駁性。受此影響，傳統(tǒng)地面技術(shù)或遙感技術(shù)的多光譜數(shù)據(jù)像素混雜，通常不足以表示生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目的異質(zhì)性，無法準(zhǔn)確進(jìn)行生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與修復(fù)。相比之下，無人機(jī)遙感技術(shù)具有更高的空間和時(shí)間分辨率。通過搭載不同傳感器和成像設(shè)備，無人機(jī)能夠捕捉到更為細(xì)致和全面的生態(tài)修復(fù)現(xiàn)場(chǎng)信息，包括植被覆蓋度、生長(zhǎng)狀況、土壤濕度等關(guān)鍵指標(biāo)，得以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)修復(fù)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境變化，以評(píng)估修復(fù)效果。

4.3區(qū)域內(nèi)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警

生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)估的目的是及時(shí)發(fā)現(xiàn)并應(yīng)對(duì)潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，從而保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的健康與安全。因此，除了對(duì)區(qū)域內(nèi)生態(tài)和生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)估外，還需要對(duì)可能存在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估與預(yù)警。在這方面，無人機(jī)遙感技術(shù)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子，如污染物排放、非法開采等。具體來說，無人機(jī)遙感技術(shù)通過搭載多光譜、高光譜或雷達(dá)等先進(jìn)傳感器，可以捕捉到豐富的生態(tài)環(huán)境信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的全面監(jiān)測(cè)和評(píng)估。這些傳感器能夠獲取地表植被、水體、土壤等多種環(huán)境要素的光譜特征和空間分布信息，從而幫助研究人員識(shí)別和分析潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)源頭。同時(shí)，結(jié)合空間分析和模型預(yù)測(cè)，無人機(jī)遙感技術(shù)可以對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量評(píng)估，并提前預(yù)警可能發(fā)生的生態(tài)問題，為政策制定者提供決策依據(jù)。

5結(jié)語

綜上所述，隨著無人機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，無人機(jī)遙感技術(shù)在生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)中的應(yīng)用日益廣泛，成為一種重要的技術(shù)手段。無人機(jī)遙感技術(shù)憑借其高效、靈活、低成本等優(yōu)勢(shì)為生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)提供全新的視角和解決方案，為地區(qū)的整體生態(tài)安全做出貢獻(xiàn)，有助于生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期可持續(xù)性和恢復(fù)力。未來，可以進(jìn)一步探索無人機(jī)遙感技術(shù)與人工智能、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)的融合，提高數(shù)據(jù)處理和分析的自動(dòng)化和智能化水平，同時(shí)加強(qiáng)無人機(jī)遙感技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化建設(shè)。

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