無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)的應(yīng)用研究

張赟 儲(chǔ)蒙 睢旭

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，人們逐漸意識(shí)到可持續(xù)發(fā)展的重要。大工業(yè)時(shí)代雖然經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，但這種高速發(fā)展是以犧牲環(huán)境為代價(jià)的，在倡導(dǎo)環(huán)保的時(shí)代，環(huán)境保護(hù)的重要性日益凸顯出來(lái)。在過(guò)去的十幾年中，因?yàn)橘Y源的開采造成的霧霾、沙塵暴、環(huán)境污染、生態(tài)退化、水土流失等問(wèn)題嚴(yán)重影響著人類的生存，這都是人與自然發(fā)展不和諧的插曲。想要實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧發(fā)展，就要轉(zhuǎn)變思想觀念，和科技相聯(lián)系來(lái)保護(hù)環(huán)境。本文就無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)的應(yīng)用展開探討。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī);遙感技術(shù);環(huán)境監(jiān)測(cè)

引言

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的發(fā)展得益于我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，其優(yōu)勢(shì)獨(dú)特，被廣泛應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)作業(yè)中，為環(huán)保領(lǐng)域做出突出貢獻(xiàn)。應(yīng)用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)，環(huán)境監(jiān)測(cè)作業(yè)執(zhí)行起來(lái)更加便利，且數(shù)據(jù)分析更為精準(zhǔn)，為相關(guān)部門決策提供更多切實(shí)依據(jù)。也就是說(shuō)，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)能夠轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)目標(biāo)監(jiān)測(cè)方法，不斷提高環(huán)境監(jiān)測(cè)作業(yè)效率，并提供一定的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為目標(biāo)動(dòng)態(tài)空間信息獲取提供技術(shù)支持。

1無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

近年來(lái)，我國(guó)遙感技術(shù)發(fā)展迅速，在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，通過(guò)多年努力，在技術(shù)上不斷取得突破，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，靈活性，使用過(guò)程中，一般不會(huì)出現(xiàn)比較大的風(fēng)險(xiǎn)。與此同時(shí)，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)運(yùn)行成本可控，在小范圍內(nèi)地面目標(biāo)管理及監(jiān)測(cè)中發(fā)揮獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)濟(jì)發(fā)展導(dǎo)致環(huán)境更加惡化，發(fā)展與環(huán)境保護(hù)面臨更多矛盾，加之缺乏必要的信息化管理手段，導(dǎo)致很多地區(qū)環(huán)境生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞，也給環(huán)境監(jiān)測(cè)帶來(lái)較大影響。依靠傳統(tǒng)方式的環(huán)境監(jiān)測(cè)手段，無(wú)法滿足現(xiàn)階段精細(xì)化和動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)需要，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)正是能夠解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵措施。

2無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

2.1在水土保持方面的應(yīng)用

目前，無(wú)人機(jī)在水土保持方面主要通過(guò)搭載多光譜成像儀等設(shè)備，獲取多光譜圖像的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，從宏觀角度來(lái)進(jìn)行水環(huán)境狀況的監(jiān)測(cè)。對(duì)于水域面積比較小、污染類型比較復(fù)雜、精度要求比較高的內(nèi)陸水體，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)還無(wú)法達(dá)到監(jiān)測(cè)要求。目前，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)主要針對(duì)水質(zhì)的富營(yíng)養(yǎng)化、透明度、排污孔污染狀況等情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)地表水環(huán)境狀況進(jìn)行直觀監(jiān)測(cè)。我國(guó)的無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)首次應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的是遼寧省，其通過(guò)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)對(duì)遼河治理情況進(jìn)行航拍和監(jiān)測(cè)，得到分辨率為0.1m的實(shí)景圖像數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行評(píng)估來(lái)掌握遼河治理的實(shí)際情況。研究表明，該技術(shù)主要應(yīng)用于物種豐富程度、河流邊坡、栽種植被以及植株成活情況等方面。例如，孫洋等人將無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用于水土保持的監(jiān)控，對(duì)朝陽(yáng)市的水土保持工作進(jìn)行效果評(píng)估，從根本彌補(bǔ)了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)中準(zhǔn)確率低、安全性低等缺點(diǎn)，使得水土保持的環(huán)境監(jiān)測(cè)朝著實(shí)效性、低成本、自動(dòng)化方向發(fā)展。

2.2在環(huán)境污染場(chǎng)景中的運(yùn)用

無(wú)人機(jī)系統(tǒng)通過(guò)遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)進(jìn)行收集信息，在惡劣的環(huán)境中，人力無(wú)法到達(dá)的地方，無(wú)人機(jī)就派上了用場(chǎng)，操作控制無(wú)人機(jī)即可通過(guò)惡劣的環(huán)境中，來(lái)手機(jī)信息進(jìn)行工作。例如，某海底輸油管道因?yàn)椴僮魅藛T的違規(guī)使用致使原油泄漏，造成海洋污染，影響居民生活對(duì)居民的健康造成很大影響，這個(gè)時(shí)候就可以使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行檢測(cè)和收集信息，利用信息進(jìn)行整理來(lái)制定準(zhǔn)確的方案，提高信息利用的效率，保護(hù)了工作人員的安全。

2.3大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)方面

地面監(jiān)測(cè)是目前大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的主要手段，而對(duì)于一些排煙類的大氣污染物還沒(méi)有很好的浮空采樣監(jiān)測(cè)方法。無(wú)人機(jī)可以很好地彌補(bǔ)這一方面的缺陷，可以人工控制其在空中位置的停留并進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這樣極大地降低了大氣環(huán)境中高空污染物的檢測(cè)難度。在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，目前我國(guó)的無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、粒子濃度、二氧化氮和臭氧等指標(biāo)。例如，楊海軍等人以化學(xué)工業(yè)區(qū)為研究對(duì)象，利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)對(duì)污染氣體中的NO、CO、SO2等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在對(duì)我國(guó)大氣環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的同時(shí)，無(wú)人機(jī)可以通過(guò)搭載采樣器的方式，采集大氣樣本。其返回實(shí)驗(yàn)室后，人們可以進(jìn)行進(jìn)一步的檢測(cè)分析。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)所具有的視野、高度、連續(xù)性是傳統(tǒng)的人工取樣方式所無(wú)法達(dá)到的。

2.4在空氣質(zhì)量環(huán)境監(jiān)測(cè)中的運(yùn)用

大工業(yè)的發(fā)展，雖然帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放的廢氣也成為了一大問(wèn)題，機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，汽油、煤炭燃燒的石油化工廢氣，機(jī)動(dòng)車排放的廢氣對(duì)大氣的污染十分嚴(yán)重。無(wú)人機(jī)的使用刻不容緩，在檢測(cè)方面無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)發(fā)揮著重要作用，通過(guò)設(shè)備檢測(cè)獲得遙感圖像，根據(jù)圖像可以知道監(jiān)測(cè)中的各個(gè)指標(biāo)其中有二氧化氮、PM2.5、溫度、濕度等成分。利用無(wú)人機(jī)可以采集大氣樣本在進(jìn)行分析檢測(cè)，通過(guò)地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理與分析，對(duì)大氣安全指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。

2.5環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)方面

在發(fā)生突發(fā)事件后，尤其是比較嚴(yán)重的環(huán)境污染事故，現(xiàn)場(chǎng)的情況非常危險(xiǎn)，也有可能遇到交通不便或相關(guān)人員無(wú)法進(jìn)入污染區(qū)域的情況。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)一方面可以保障相關(guān)人員的人身安全，另一方面也能夠大大降低應(yīng)急工作難度，提高應(yīng)急工作效率。在這種情況下，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)可以迅速到達(dá)指定地點(diǎn)，通過(guò)搭載影像設(shè)備，懸浮在事故區(qū)域上空，全方位地觀察事故現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，如污染物擴(kuò)散、周邊環(huán)境布局、事故發(fā)展程度等情況，為應(yīng)急事件的處理和決策提供準(zhǔn)確有效的數(shù)據(jù)信息。比如，在2010年大連新港的輸油管線爆炸事故中，爆炸引起大量原油流入海域，造成了50km2海域的污染。傳統(tǒng)技術(shù)是無(wú)法對(duì)事故進(jìn)行快速的監(jiān)測(cè)和控制的，因此環(huán)保部門及時(shí)調(diào)配無(wú)人機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在環(huán)境比較惡劣的情況下，完成低空飛行作業(yè)，迅速提供了準(zhǔn)確的原油污染監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為應(yīng)急處理人員提供了至關(guān)重要的技術(shù)支持。

3無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用展望

我國(guó)自加入《巴黎協(xié)定》氣候變化協(xié)議后，在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域開展多項(xiàng)工作。通過(guò)近幾年來(lái)無(wú)人機(jī)技術(shù)在民領(lǐng)域的應(yīng)用情況可以看出，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)能夠從空間維度上對(duì)環(huán)境變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為環(huán)境監(jiān)察提供切實(shí)依據(jù)。但是，除了上述應(yīng)用優(yōu)勢(shì)外，也存在一定問(wèn)題。其一，采集影像幅寬相對(duì)較小，比較容易出現(xiàn)漏拍現(xiàn)象，在一定程度增加數(shù)據(jù)處理工作量。為有效避免此類問(wèn)題，應(yīng)結(jié)合環(huán)境監(jiān)測(cè)作業(yè)區(qū)域內(nèi)部現(xiàn)有地形圖，科學(xué)合理設(shè)計(jì)GCP分布，及時(shí)提升幾何糾正精度。其二，遙感技術(shù)控制下的無(wú)人機(jī)，在使用過(guò)程中，由于無(wú)人機(jī)質(zhì)量輕，其所能產(chǎn)生的慣性比較有限，因此導(dǎo)致飛行姿態(tài)缺乏穩(wěn)定性，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集排列出現(xiàn)一定問(wèn)題。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，建議對(duì)無(wú)人機(jī)硬件平臺(tái)缺陷進(jìn)行囧事還進(jìn)，強(qiáng)化飛行穩(wěn)定性及安全性。也就是說(shuō)，我們既要看到無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，也要正視技術(shù)問(wèn)題，采取一定方法進(jìn)行相應(yīng)控制，使無(wú)人機(jī)技術(shù)發(fā)揮最大性能。

結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)因其安全性高、成本較低、實(shí)用性強(qiáng)、高效精準(zhǔn)、機(jī)動(dòng)靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用前景非常廣闊。目前，我國(guó)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用還處于起步階段，隨著技術(shù)不斷進(jìn)步和完善，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)將在大氣環(huán)境、水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和應(yīng)急事件等方面發(fā)揮更加重要的作用。

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