無人機(jī)在監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用

摘要：近年來，航拍技術(shù)的顯著進(jìn)步是眾所周知的。通過使用無人機(jī)進(jìn)行航拍，它對(duì)天氣的干擾較小，攝像質(zhì)量高，還能捕捉到許多人們難以忽視的小縫隙和盲區(qū)。因此，在我國一些重要城市和地區(qū)都會(huì)用到這種方式對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。隨著無人機(jī)遙感技術(shù)逐漸走向成熟，其在多個(gè)領(lǐng)域的監(jiān)測(cè)能力也得到了廣泛的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；監(jiān)測(cè)；測(cè)繪；遙感技術(shù)

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.07.063

中圖分類號(hào)：V 279+.2；X 8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編碼：1672-7274（2024）07-0-03

Application of Drones in the Field of Monitoring

YAO Jiao， CAO Fan

（The State Radio_monitoring_center Testing Center， Beijing 100041， China）

Abstract： In recent years， it is well known that significant progress in aerial photography technology has been made. By using drones for aerial photography， it has less interference with the weather， high camera quality， and captures many small gaps and blind spots that we can't ignore. Therefore， this method is used to monitor the environment in some important cities and regions of the country. With the gradual maturity of UAV remote sensing technology， its monitoring capabilities in many fields have also been widely used.

Keywords： drones; monitoring， mapping; remote sensing technology

0 引言

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步與發(fā)展，世界各國對(duì)無人機(jī)技術(shù)的重視程度與日俱增。特別是在21世紀(jì)初，眾多國家開始把無人機(jī)系統(tǒng)的研究、創(chuàng)新和實(shí)際應(yīng)用置于優(yōu)先考慮的位置。隨著遙感影像數(shù)據(jù)獲取手段和處理方法的不斷進(jìn)步，遙感信息逐漸成為人們分析地理環(huán)境變化的重要工具之一。近年來，隨著無人機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步，遙感技術(shù)在多個(gè)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用也變得越來越廣泛。無人機(jī)遙感技術(shù)可以對(duì)各種環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。無人機(jī)遙感技術(shù)因其極高的準(zhǔn)確性和效率，在土地使用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域都展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。

1 無人機(jī)遙感技術(shù)的基本原理

無人機(jī)遙感技術(shù)利用無人機(jī)平臺(tái)上的遙感設(shè)備來收集、處理和分析數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地表、海洋和氣象等自然環(huán)境的快速監(jiān)測(cè)。它不僅具有傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感技術(shù)所無法比擬的優(yōu)勢(shì)，而且能夠?qū)崟r(shí)地獲取大量地面信息，為人類提供更準(zhǔn)確可靠的決策依據(jù)。在遙感技術(shù)領(lǐng)域，無人機(jī)主要被運(yùn)用于多個(gè)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，包括但不限于航攝遙感、激光遙感以及熱紅外遙感。其中航攝遙感技術(shù)由于具有成本低、周期短、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)而成為目前研究熱點(diǎn)之一。在眾多的應(yīng)用場(chǎng)景中，航攝遙感技術(shù)被視為其中最為普遍的技術(shù)手段之一。

2 無人機(jī)在監(jiān)測(cè)領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)

2.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）無人機(jī)系統(tǒng)具有快速和靈活的響應(yīng)能力，它的運(yùn)輸非常方便，準(zhǔn)備起飛的時(shí)間也相對(duì)較短，操作步驟簡(jiǎn)潔，能夠迅速到達(dá)需要監(jiān)控的區(qū)域[1]。此外，飛機(jī)上裝載的高精度遙感設(shè)備能在極短的時(shí)間范圍內(nèi)迅速收集到所需的遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

（2）無人機(jī)在飛行過程中展示了高度的自動(dòng)化和智能化，操作步驟清晰，并配備了自動(dòng)故障檢測(cè)和顯示功能，這大大簡(jiǎn)化了操作；如果發(fā)現(xiàn)空中有異常情況，則可以根據(jù)實(shí)際需要啟動(dòng)相應(yīng)的應(yīng)急處理措施，如降落到指定位置后再返回跑道上繼續(xù)運(yùn)行等。當(dāng)遙控系統(tǒng)出現(xiàn)故障或其他相關(guān)問題時(shí)，飛機(jī)會(huì)自動(dòng)返回起飛點(diǎn)上方，開始盤旋等待。如果問題得到了適當(dāng)?shù)慕鉀Q，該系統(tǒng)將根據(jù)地面操作人員的指示繼續(xù)執(zhí)行飛行任務(wù)，如果不按此操作，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)展開雨傘以進(jìn)行回收[2]。

（3）無人機(jī)配備了高度精確的數(shù)字成像設(shè)備，這些設(shè)備具有覆蓋面積、垂直或傾斜成像的技術(shù)特點(diǎn)，能夠捕獲高分辨率的遙感圖像，達(dá)到分米級(jí)的空間分辨率，非常適合1∶1萬或更大比例尺的遙感應(yīng)用需求。

（4）無人機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)營成本相對(duì)較低，飛行操作員接受的培訓(xùn)時(shí)間也比較短，系統(tǒng)的存儲(chǔ)和維護(hù)都非常簡(jiǎn)單，而且可以避免額外的調(diào)機(jī)和停機(jī)費(fèi)用。

2.2 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

遙感系統(tǒng)擁有出色的快速響應(yīng)性能，準(zhǔn)備起飛所需的時(shí)間也相對(duì)較短，同時(shí)操作流程也極為簡(jiǎn)潔。它采用先進(jìn)的機(jī)載平臺(tái)和地面監(jiān)控終端相結(jié)合的方式進(jìn)行運(yùn)行，能夠?qū)C(jī)場(chǎng)附近地區(qū)的大氣污染物濃度、能見度等信息及時(shí)地做出反應(yīng)。除此之外，該設(shè)備還具備快速抵達(dá)監(jiān)測(cè)區(qū)域的能力，并搭載了高度精確的遙感儀器，能在極短的時(shí)間段內(nèi)迅速獲取遙感監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)[3]。例如，如果某個(gè)區(qū)域持續(xù)遭受暴雨的侵襲，這可能會(huì)觸發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，在這樣的情況下，利用無人機(jī)的遙感技術(shù)來監(jiān)控地質(zhì)災(zāi)害變得尤其重要。通過使用該系統(tǒng)，可以對(duì)受災(zāi)區(qū)域內(nèi)發(fā)生的災(zāi)害程度、災(zāi)情和人員分布等信息及時(shí)地獲取。它可以迅速地獲取地災(zāi)隱患區(qū)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)而幫助政府制定有針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施，以降低地災(zāi)帶來的損失。

3 無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用

3.1 土地利用方面監(jiān)控

利用無人機(jī)遙感技術(shù)，相關(guān)工作者可以從多個(gè)角度對(duì)土地的使用進(jìn)行深入的觀察和評(píng)價(jià)，這涉及到土地的使用方式、土壤的品質(zhì)、土地的使用強(qiáng)度以及土地的覆蓋范圍等多個(gè)維度。同時(shí)，無人機(jī)遙感技術(shù)還能夠有效地減少人力成本投入，為相關(guān)人員提供更為便捷的工作環(huán)境。通過利用遙感設(shè)備所具備的高分辨率、多光譜、高頻率和全天候的特點(diǎn)，相關(guān)工作者能夠顯著提升傳統(tǒng)土地利用監(jiān)測(cè)的效率和準(zhǔn)確度[4]。此外，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，無人機(jī)遙感技術(shù)已經(jīng)能夠滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)于土地管理提出的更高要求。在城市建設(shè)和發(fā)展的各個(gè)階段中，無人機(jī)遙感技術(shù)的運(yùn)用已逐步嶄露頭角，成為監(jiān)控城市發(fā)展?fàn)顩r的關(guān)鍵工具。

3.2 無人機(jī)遙感技術(shù)在生態(tài)保護(hù)中的應(yīng)用

無人機(jī)遙感技術(shù)在森林、荒漠和海洋等多個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)控和保護(hù)方面具有不可忽視的重要性。隨著科技水平的不斷發(fā)展，無人機(jī)遙感技術(shù)已經(jīng)成為了目前我國開展生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)工作中不可或缺的一項(xiàng)技術(shù)手段。通過應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)，人們具備了對(duì)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行全方位、高分辨率遙感觀測(cè)和深入分析的能力；同時(shí)，利用無人機(jī)遙感技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)生物多樣性信息的獲取。此外，通過處理和分析遙感數(shù)據(jù)，相關(guān)工作人員具備了對(duì)生態(tài)環(huán)境健康狀況進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估的能力，并能確保生態(tài)環(huán)境恢復(fù)項(xiàng)目得到恰當(dāng)?shù)膱?zhí)行。因此，在實(shí)際工作中，利用無人機(jī)遙感技術(shù)是非常必要的。在過去，森林火災(zāi)的監(jiān)控主要依賴于人工巡查和衛(wèi)星遙感技術(shù)，但這些方法的效率不是很高，而且成本也相對(duì)較高。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，無人機(jī)開始逐漸成為森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。通過使用無人機(jī)，監(jiān)測(cè)任務(wù)的效率和精確度都得到了顯著的提升。

3.3 無人機(jī)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)應(yīng)用

水的品質(zhì)被視為環(huán)境保護(hù)中的核心指標(biāo)之一，它在維持生態(tài)穩(wěn)定和保障人類健康上發(fā)揮著至關(guān)重要的角色。因此，如何準(zhǔn)確地測(cè)定水體中各項(xiàng)理化指標(biāo)已成為當(dāng)前研究領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。在以前，水質(zhì)的檢測(cè)手段大多依賴于手工取樣和實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)分析，這不僅耗費(fèi)了大量的時(shí)間和努力，還無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。無人機(jī)配備的傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)水中的溶解氧、懸浮物和葉綠素等關(guān)鍵參數(shù)，并通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)將這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到監(jiān)測(cè)中心，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)的快速監(jiān)控和預(yù)警功能[5]。這套專為水質(zhì)監(jiān)測(cè)而設(shè)計(jì)的無人機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)在多個(gè)湖泊和河流中得到了實(shí)際應(yīng)用，并且表現(xiàn)出了非常令人滿意的效果。

3.4 無人機(jī)在野生動(dòng)物保護(hù)中的應(yīng)用

近年來，隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，越來越多的研究人員開始利用衛(wèi)星影像進(jìn)行野生動(dòng)物信息獲取，以提高對(duì)野生動(dòng)植物的識(shí)別與調(diào)查精度。從傳統(tǒng)的視角來看，野生動(dòng)物的監(jiān)控主要依賴于人工巡查和攝像設(shè)備，但這些技術(shù)都存在固有的局限性和效率不高的問題。無人機(jī)具備穿越復(fù)雜地形的獨(dú)特能力，在搭載了紅外熱像儀和高分辨率攝像頭的情況下，能夠?qū)崟r(shí)追蹤野生動(dòng)物的移動(dòng)路徑和數(shù)量分布，從而為野生動(dòng)物的保護(hù)工作提供了極其寶貴的數(shù)據(jù)支持。

3.5 無人機(jī)遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

隨著城市居民數(shù)量的不斷增加，噪聲、環(huán)境污染和交通擁堵等問題逐漸成為城市環(huán)境改善的主要挑戰(zhàn)。在這一背景下，人們開始將目光轉(zhuǎn)移到了對(duì)于生態(tài)環(huán)境方面的關(guān)注上，而作為環(huán)境保護(hù)中最重要組成部分的大氣污染也受到越來越多的重視。無人機(jī)遙感技術(shù)為相關(guān)工作人員帶來了一種創(chuàng)新的環(huán)境監(jiān)測(cè)方法，它不僅穩(wěn)定，而且具有很高的精確性，能夠?qū)Ω鞣N環(huán)境污染進(jìn)行精確的監(jiān)測(cè)和研究，從而為環(huán)境管理和生態(tài)保護(hù)工作提供了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)支持。無人機(jī)的遙感技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于氣象觀測(cè)和應(yīng)對(duì)突發(fā)的災(zāi)難事件等多個(gè)方面。例如，無人機(jī)遙感技術(shù)在水質(zhì)檢測(cè)和樣本收集方面表現(xiàn)出極高的準(zhǔn)確性，這不僅有助于追溯環(huán)境污染的根本原因，還能顯著提升環(huán)境污染治理的成效。

3.6 無人機(jī)在水利工程中的應(yīng)用

在我國，水利工程具有深厚且持久的歷史背景。作為國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)中最重要的組成部分之一，它為人類提供了大量的生活用水和生產(chǎn)用水。隨著計(jì)算機(jī)科技和遙感測(cè)繪技術(shù)的不斷進(jìn)步，信息化測(cè)繪技術(shù)已逐步被整合到水利工程項(xiàng)目的實(shí)施過程中。不僅在工程建設(shè)和工程管理上，而且還包括工程建設(shè)環(huán)境的評(píng)估和大型水利工程的安全監(jiān)測(cè)，都可以利用無人機(jī)進(jìn)行低空遙感技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)快速的測(cè)繪和信息監(jiān)控。工作人員可以通過充分利用無人機(jī)的高機(jī)動(dòng)性和高圖像分辨率，并結(jié)合空間信息技術(shù)，將高分辨率的影像與高精度的GPS系統(tǒng)結(jié)合起來，為工程生態(tài)環(huán)境提供了更直觀的分析和科學(xué)的決策依據(jù)，同時(shí)也為大型的防范工程、水庫和其他水利工程提供了更有效的安全監(jiān)測(cè)手段。

4 無人機(jī)遙感技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

隨著無人機(jī)遙感技術(shù)的普及，各種新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇也在不斷地涌現(xiàn)，從目前的情況來看，用于遙感監(jiān)控的無人機(jī)飛行平臺(tái)存在多個(gè)問題，這些問題包括穩(wěn)定性不足、續(xù)航時(shí)間有限、容易受到外部干擾和載荷不足等。此外，由于無人機(jī)自身存在一定程度上的不穩(wěn)定因素，所以對(duì)其進(jìn)行有效的控制就成為了一個(gè)重要難題。相關(guān)工作者要進(jìn)一步研發(fā)出具有高度穩(wěn)定性、持久續(xù)航能力和大載荷特性的無人機(jī)飛行平臺(tái)。此外，隨著遙感信息采集方式的發(fā)展，人們對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理提出了更高要求。為了適應(yīng)各種遙感監(jiān)測(cè)任務(wù)的獨(dú)特要求，無人機(jī)可能會(huì)配備合適的傳感器工具。因此，開發(fā)成本更低、更為輕便、模塊化設(shè)計(jì)且更具實(shí)用性的機(jī)載傳感器變得尤為重要。

5 結(jié)束語

無人機(jī)遙感技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用都展示了極高的實(shí)用價(jià)值和操作便利性，為環(huán)境保護(hù)和生態(tài)保護(hù)等多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域提供了寶貴的數(shù)據(jù)和科學(xué)支持。近年來，隨著科技水平的不斷提升以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視程度越來越高，無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步和完善。為了保證城市和環(huán)境的高效和可持續(xù)發(fā)展，相關(guān)工作者還需要不斷加強(qiáng)技術(shù)能力，并推動(dòng)市場(chǎng)的廣泛應(yīng)用。

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