無人機在環(huán)境監(jiān)測中的創(chuàng)新應(yīng)用與前景展望

關(guān)鍵詞：無人機；環(huán)境監(jiān)測；創(chuàng)新應(yīng)用；前景展望

中圖分類號：X831 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）04-0149-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2025.04.042

Innovative Application and Prospect of Drones in Environmental Monitoring

NIYou，XUXiangyong，YUANMingzhang，YANGHongqiao，NIURupeng，HUBin （Qingdao Research Academy of Environmental Sciences，Qingdao266ooo，China）

Abstract：Currently，China stillfacesserious environmental polution problems，and traditional monitoring methods areunable tomeet the needsof eficientandcomprehensive monitoring.Drone technology hasdemonstrated significant advantagesintmospheric，water，soil，andmergencyenvironmentalmonitoringuetoitsfexibilityighcoveage，and real-timecapabilities.Bycarrying multiple high-precision sensors，drones achieve precise monitoring of environmental factors，greatlyimproving monitoring eficiencyanddataauracy.Althoughdrone technology faces challenges suchas endurance，dataaccuracy，andregulatorypolicies，technologicalprogressandinnovationprovidepossibilitiesforaddresing these issues.In the future，drone technologywilldevelop towards intellgenceandnetworking，integrating withcutingedgetechnologies suchasartificialintellgenceand the Internetof Things，further expanding environmental monitoring applications，and contributing to environmental protection and sustainable development.

Keywords： drone; environmental monitoring;innovative application;prospect

隨著城市化和工業(yè)化的加速推進，工業(yè)廢棄物排放量持續(xù)增長，農(nóng)業(yè)過度使用化肥和農(nóng)藥，能源消費量激增，共同加劇空氣、水體及土壤等環(huán)境的污染，生態(tài)環(huán)境不可避免地受到破壞。這不僅嚴重破壞自然生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定，更對人體健康構(gòu)成長期而深遠的威脅。傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測方法能獲取環(huán)境數(shù)據(jù)，但局限性日益凸顯。這些方法受限于人工監(jiān)測的低效性，難以滿足大范圍、高頻次的監(jiān)測需求，同時設(shè)備攜帶不便，增加現(xiàn)場操作的復雜性。更重要的是，對于高危、復雜環(huán)境的監(jiān)測，人工方式不僅難以實施，還可能對工作人員的健康構(gòu)成潛在風險。

無人機遙感逐漸成為環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的研究熱點，無人機以靈活性強、覆蓋范圍廣、實時性高等優(yōu)勢，能夠快速獲取環(huán)境監(jiān)測所需的各種數(shù)據(jù)信息。搭載數(shù)碼相機、攝錄機等遙感設(shè)備，無人機可以在空中進行拍攝和記錄，通過遙感技術(shù)同步傳輸影像數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對監(jiān)測對象的實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理。無人機遙感不僅大大提高環(huán)境監(jiān)測的效率和準確性，還極大地降低人力成本和環(huán)境監(jiān)測風險。

1無人機技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

無人機遙感革新環(huán)境監(jiān)測方式，融合無人機與遙感設(shè)備，快速精準采集信息，計算機高效處理，打破地域和時間限制。適應(yīng)復雜地形，自動化監(jiān)測提升效率與安全，減少人為干擾，確保數(shù)據(jù)準確。降低成本，平衡效率、質(zhì)量與成本，為環(huán)境監(jiān)測可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。

1.1大氣環(huán)境監(jiān)測

無人機通過搭載空氣采樣器或高精度氣體檢測儀，能夠迅速對特定區(qū)域進行快速、全面的空氣質(zhì)量監(jiān)測[。這種監(jiān)測方式不僅克服地面監(jiān)測站點在地理分布上的局限性，還顯著提高監(jiān)測效率，擴大覆蓋范圍。無人機可以靈活穿梭于城市、鄉(xiāng)村、山地等復雜環(huán)境，實時采集并傳輸空氣中的關(guān)鍵污染物數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)由無人機搭載的先進傳感器進行精確測量，確保監(jiān)測結(jié)果準確可靠。無人機還可以結(jié)合紅外成像儀等設(shè)備，對大氣污染物的分布與擴散進行直觀拍攝和記錄，為環(huán)境監(jiān)測提供多維的數(shù)據(jù)支持。無人機可以快速、全面實時地監(jiān)控空氣質(zhì)量，為環(huán)境監(jiān)管部門提供及時、準確的空氣質(zhì)量信息，有助于制定科學的污染防控措施。

利用無人機的高空視角和靈活機動性，可以實現(xiàn)對污染排放源的精確定位與追蹤，能夠在高空對地面污染源進行全方位掃描，并結(jié)合圖像識別技術(shù)和數(shù)據(jù)分析算法，迅速鎖定污染排放源的具體位置。通過持續(xù)追蹤污染源的變化動態(tài)，無人機還可以評估其污染程度和影響范圍，為環(huán)境監(jiān)管部門提供詳盡的污染源信息。無人機憑借精準定位與追蹤能力，可以對污染源進行長期、連續(xù)的監(jiān)測，為環(huán)境監(jiān)管提供持續(xù)的數(shù)據(jù)支持，使得環(huán)境監(jiān)管部門能夠迅速響應(yīng)污染事件，制定針對性的治理措施，有效遏制污染源的進一步擴散。

1.2水環(huán)境監(jiān)測

無人機技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用日益廣泛，其在提高監(jiān)測效率、擴大監(jiān)測范圍及降低監(jiān)測成本等方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。無人機技術(shù)可以通過掛載采樣器，直接飛往指定地點上空進行水樣采集，解決傳統(tǒng)人工乘船采樣存在的安全隱患和成本高的問題。該技術(shù)不僅節(jié)省人力物力，還能在自然保護區(qū)等特殊環(huán)境下安全采樣，避免對周邊的干擾[。無人機的高機動性使其能夠直接到達人工無法直達的監(jiān)測難度大的區(qū)域，確保監(jiān)測任務(wù)安全高效完成。通過航拍，無人機可以快速確定河段水情、流向、植被等周邊環(huán)境，彌補傳統(tǒng)踏勘方法受野外復雜環(huán)境限制的不足。這不僅減少監(jiān)測人員的風險，還大大提高監(jiān)測效率。

無人機可以通過搭載數(shù)碼相機、多光譜儀等光學元件，宏觀快速地獲得目標水域的周邊環(huán)境、地形地貌等多元信息。數(shù)據(jù)實時傳送至工作站，工作人員利用大數(shù)據(jù)進行分析，能夠及時準確對水環(huán)境進行監(jiān)測。相比傳統(tǒng)的船只監(jiān)測方式，無人機攜帶及組裝方便，無須租借船只及人工駕駛，降低監(jiān)測成本，避免船只在行駛過程中可能產(chǎn)生的污染物對水環(huán)境造成的二次污染。

1.3土壤環(huán)境監(jiān)測

植被覆蓋和土地退化是土壤環(huán)境監(jiān)測的重要內(nèi)容，植被覆蓋率直接反映土壤的健康狀況和生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性。無人機遙感技術(shù)通過搭載多光譜和雷達傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)對植被覆蓋和土地退化的高精度監(jiān)測。多光譜傳感器能夠捕捉不同波段的光譜信息，從而區(qū)分出植被類型、生長狀態(tài)以及土壤裸露情況。通過對比不同時間點的監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以分析植被覆蓋的變化趨勢和土地退化程度[3。雷達技術(shù)則具有穿透云霧和植被覆蓋的能力，能夠獲取地表的三維結(jié)構(gòu)信息。這對于監(jiān)測土壤侵蝕、地表塌陷等土地退化現(xiàn)象具有重要意義。雷達數(shù)據(jù)還可以與多光譜數(shù)據(jù)相結(jié)合，進行更全面的土地退化評估。無人機可以定期或不定期地對監(jiān)測區(qū)域進行飛行監(jiān)測，獲取最新的植被覆蓋和土地退化數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)處理和分析軟件進行處理和解讀，形成直觀的監(jiān)測報告和圖表，為決策提供科學依據(jù)。

1.4 應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測

地震、洪水、泥石流等自然災(zāi)害發(fā)生后，災(zāi)區(qū)環(huán)境往往會遭受嚴重破壞，包括水體污染、土壤侵蝕、空氣質(zhì)量惡化等。無人機能夠?qū)?zāi)區(qū)環(huán)境進行大范圍的快速掃描和監(jiān)測，獲取地表反射或輻射信號，識別和定量環(huán)境參數(shù)，從而在短時間內(nèi)生成詳細的災(zāi)區(qū)環(huán)境狀況報告，為救援工作提供準確的數(shù)據(jù)支持，幫助決策者制定科學有效的救援方案。

在突發(fā)環(huán)境污染事件發(fā)生時，迅速響應(yīng)和實時傳輸污染現(xiàn)場的數(shù)據(jù)和圖像是應(yīng)對污染事件的關(guān)鍵。無人機憑借靈活性高、操作便捷的特點，能夠迅速到達污染現(xiàn)場，并搭載光學攝像機、熱紅外傳感器等設(shè)備，對污染現(xiàn)場進行高分辨率、高精度的監(jiān)測和拍攝，實時傳輸污染現(xiàn)場的圖像和數(shù)據(jù)[4。這些實時數(shù)據(jù)不僅可以幫助應(yīng)急人員了解污染現(xiàn)場的具體情況，還能通過大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)進行模型建立和預(yù)測分析，預(yù)測污染擴散趨勢，為污染控制和應(yīng)急處置提供科學依據(jù)。

2無人機技術(shù)環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用的挑戰(zhàn)與對策

2.1技術(shù)挑戰(zhàn)

無人機遙感在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，然而其廣泛應(yīng)用仍面臨巨大挑戰(zhàn)。一是續(xù)航能力。受限于當前電池技術(shù)，無人機單次飛行時間有限，難以勝任廣闊區(qū)域或長時間的連續(xù)監(jiān)測任務(wù)，急需研發(fā)更高效能的電池或混合動力系統(tǒng)來突破這一限制。二是數(shù)據(jù)精度。雖然無人機遙感能夠提供高精度的影像數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)精度仍受到多種因素的影響。在復雜環(huán)境條件下，數(shù)據(jù)精度會受到較大影響。三是自動化水平。無人機技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)較高的智能化，但某些環(huán)境監(jiān)測任務(wù)仍需要人工干預(yù)和后期處理。這不僅增加人力成本，也影響監(jiān)測的實時性和效率[5]。

2.2 法規(guī)與政策限制

無人機技術(shù)的廣泛應(yīng)用在推動環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域發(fā)展的同時，引發(fā)法規(guī)與政策挑戰(zhàn)。各國間無人機使用法規(guī)的不同限制其跨境應(yīng)用的潛力，阻礙多地多部門聯(lián)動，這對現(xiàn)行法規(guī)的更新和完善提出迫切需求。飛行空域管理是核心議題之一，必須在確保航空安全的前提下合理劃定無人機的飛行區(qū)域，以平衡技術(shù)發(fā)展與安全監(jiān)管。無人機在環(huán)境監(jiān)測中收集海量數(shù)據(jù)，如何管理與使用成為法規(guī)與政策關(guān)注的焦點，同時要明確數(shù)據(jù)的使用權(quán)限和范圍，保護個人隱私和國家安全。

3無人機技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的前景展望

無人機技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域展現(xiàn)出極其廣闊的前景，其發(fā)展趨勢令人矚目。技術(shù)層面，傳感器集成的進步使得無人機能夠搭載更多高精度、多類型的傳感器，實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)的全面精確測量。自主導航技術(shù)的發(fā)展則讓無人機能夠在復雜環(huán)境中自主飛行，減少人為干預(yù)，提高監(jiān)測效率。數(shù)據(jù)分析技術(shù)的進步結(jié)合人工智能算法，使無人機能夠?qū)崟r處理和分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，自動識別和分類環(huán)境異常，為環(huán)境工作者提供更為準確的數(shù)據(jù)支持。

無人機不僅在傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測任務(wù)中有廣泛的應(yīng)用，還不斷拓展至生物多樣性監(jiān)測、氣候變化研究及城市環(huán)境規(guī)劃等新領(lǐng)域。通過高分辨率攝像頭和激光雷達等傳感器，無人機能夠精準捕捉生態(tài)系統(tǒng)和城市環(huán)境的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為生態(tài)保護和城市規(guī)劃提供科學依據(jù)。在氣候變化研究中，無人機成為獲取多維度氣象數(shù)據(jù)的重要工具，助力科學家更深入地理解氣候變化趨勢。

無人機技術(shù)與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等前沿技術(shù)融合創(chuàng)新，推動環(huán)境監(jiān)測朝智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。無人機與人工智能的融合實現(xiàn)自主飛行、智能決策和數(shù)據(jù)自動分析，進一步提升監(jiān)測效率。無人機技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的融合則促進數(shù)據(jù)共享和互聯(lián)互通，使得環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)更加全面、實時和準確。

4結(jié)論

無人機在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用展現(xiàn)巨大的潛力和顯著的優(yōu)勢。通過融合無人機與遙感技術(shù)，實現(xiàn)對大氣、水體、土壤及應(yīng)急環(huán)境的高效、精準監(jiān)測，突破傳統(tǒng)監(jiān)測方法的地域和時間限制。無人機不僅提高監(jiān)測效率與數(shù)據(jù)準確性，還大幅降低人力成本和環(huán)境監(jiān)測的風險。盡管無人機面臨續(xù)航能力、數(shù)據(jù)精度及自動化水平等技術(shù)挑戰(zhàn)以及法規(guī)與政策限制，但無人機技術(shù)的不斷進步與創(chuàng)新為解決這些問題提供可能。未來，隨著傳感器集成、自主導航及數(shù)據(jù)分析技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，無人機將在更多環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，推動環(huán)境監(jiān)測朝智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向邁進。無人機技術(shù)與其他前沿技術(shù)的融合應(yīng)用將進一步拓寬其在環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用范圍，為環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。

參考文獻

1孫軍輝.電聲傳感技術(shù)輔助的無人機環(huán)境監(jiān)測方法研究[J].電聲技術(shù)，2024（2）：113-115.

2 孔龍，馮登超.基于低空無人機遙感技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測研究進展[J].電子測試，2023（6）：62-66

3 曹俊萍，王慧.無人機遙感技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測工作中的運用[J].清洗世界，2022（8）：143-145.

4張鑫.遙感技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用研究[J].皮革制作與環(huán)?？萍?，2021（24）：78-80.

5何雄.基于無人機多光譜遙感圖像信息的水質(zhì)污染監(jiān)測研究[J].河南水利與南水北調(diào)，2021（12）：58-60.