無人機在環境監測中的創新應用與前景展望

關鍵詞：無人機；環境監測；創新應用；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

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

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

1無人機技術在環境監測中的應用

無人機遙感革新環境監測方式，融合無人機與遙感設備，快速精準采集信息，計算機高效處理，打破地域和時間限制。適應復雜地形，自動化監測提升效率與安全，減少人為干擾，確保數據準確。降低成本，平衡效率、質量與成本，為環境監測可持續發展提供有力支持。

1.1大氣環境監測

無人機通過搭載空氣采樣器或高精度氣體檢測儀，能夠迅速對特定區域進行快速、全面的空氣質量監測[。這種監測方式不僅克服地面監測站點在地理分布上的局限性，還顯著提高監測效率，擴大覆蓋范圍。無人機可以靈活穿梭于城市、鄉村、山地等復雜環境，實時采集并傳輸空氣中的關鍵污染物數據。這些數據由無人機搭載的先進傳感器進行精確測量，確保監測結果準確可靠。無人機還可以結合紅外成像儀等設備，對大氣污染物的分布與擴散進行直觀拍攝和記錄，為環境監測提供多維的數據支持。無人機可以快速、全面實時地監控空氣質量，為環境監管部門提供及時、準確的空氣質量信息，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，并結合圖像識別技術和數據分析算法，迅速鎖定污染排放源的具體位置。通過持續追蹤污染源的變化動態，無人機還可以評估其污染程度和影響范圍，為環境監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、連續的監測，為環境監管提供持續的數據支持，使得環境監管部門能夠迅速響應污染事件，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水環境監測

無人機技術在水環境監測中的應用日益廣泛，其在提高監測效率、擴大監測范圍及降低監測成本等方面展現出顯著優勢。無人機技術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，解決傳統人工乘船采樣存在的安全隱患和成本高的問題。該技術不僅節省人力物力，還能在自然保護區等特殊環境下安全采樣，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測難度大的區域，確保監測任務安全高效完成。通過航拍，無人機可以快速確定河段水情、流向、植被等周邊環境，彌補傳統踏勘方法受野外復雜環境限制的不足。這不僅減少監測人員的風險，還大大提高監測效率。

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

1.3土壤環境監測

植被覆蓋和土地退化是土壤環境監測的重要內容，植被覆蓋率直接反映土壤的健康狀況和生態環境的穩定性。無人機遙感技術通過搭載多光譜和雷達傳感器，能夠實現對植被覆蓋和土地退化的高精度監測。多光譜傳感器能夠捕捉不同波段的光譜信息，從而區分出植被類型、生長狀態以及土壤裸露情況。通過對比不同時間點的監測數據，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構信息。這對于監測土壤侵蝕、地表塌陷等土地退化現象具有重要意義。雷達數據還可以與多光譜數據相結合，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測區域進行飛行監測，獲取最新的植被覆蓋和土地退化數據。這些數據通過數據處理和分析軟件進行處理和解讀，形成直觀的監測報告和圖表，為決策提供科學依據。

1.4 應急環境監測

地震、洪水、泥石流等自然災害發生后，災區環境往往會遭受嚴重破壞，包括水體污染、土壤侵蝕、空氣質量惡化等。無人機能夠對災區環境進行大范圍的快速掃描和監測，獲取地表反射或輻射信號，識別和定量環境參數，從而在短時間內生成詳細的災區環境狀況報告，為救援工作提供準確的數據支持，幫助決策者制定科學有效的救援方案。

在突發環境污染事件發生時，迅速響應和實時傳輸污染現場的數據和圖像是應對污染事件的關鍵。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場，并搭載光學攝像機、熱紅外傳感器等設備，對污染現場進行高分辨率、高精度的監測和拍攝，實時傳輸污染現場的圖像和數據[4。這些實時數據不僅可以幫助應急人員了解污染現場的具體情況，還能通過大數據和人工智能技術進行模型建立和預測分析，預測污染擴散趨勢，為污染控制和應急處置提供科學依據。

2無人機技術環境監測應用的挑戰與對策

2.1技術挑戰

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

2.2 法規與政策限制

無人機技術的廣泛應用在推動環境監測等領域發展的同時，引發法規與政策挑戰。各國間無人機使用法規的不同限制其跨境應用的潛力，阻礙多地多部門聯動，這對現行法規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域，以平衡技術發展與安全監管。無人機在環境監測中收集海量數據，如何管理與使用成為法規與政策關注的焦點，同時要明確數據的使用權限和范圍，保護個人隱私和國家安全。

3無人機技術在環境監測中的前景展望

無人機技術在環境監測領域展現出極其廣闊的前景，其發展趨勢令人矚目。技術層面，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，實現環境參數的全面精確測量。自主導航技術的發展則讓無人機能夠在復雜環境中自主飛行，減少人為干預，提高監測效率。數據分析技術的進步結合人工智能算法，使無人機能夠實時處理和分析監測數據，自動識別和分類環境異常，為環境工作者提供更為準確的數據支持。

無人機不僅在傳統環境監測任務中有廣泛的應用，還不斷拓展至生物多樣性監測、氣候變化研究及城市環境規劃等新領域。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系統和城市環境的關鍵數據，為生態保護和城市規劃提供科學依據。在氣候變化研究中，無人機成為獲取多維度氣象數據的重要工具，助力科學家更深入地理解氣候變化趨勢。

無人機技術與人工智能、物聯網等前沿技術融合創新，推動環境監測朝智能化、網絡化方向發展。無人機與人工智能的融合實現自主飛行、智能決策和數據自動分析，進一步提升監測效率。無人機技術與物聯網的融合則促進數據共享和互聯互通，使得環境監測數據更加全面、實時和準確。

4結論

無人機在環境監測中的應用展現巨大的潛力和顯著的優勢。通過融合無人機與遙感技術，實現對大氣、水體、土壤及應急環境的高效、精準監測，突破傳統監測方法的地域和時間限制。無人機不僅提高監測效率與數據準確性，還大幅降低人力成本和環境監測的風險。盡管無人機面臨續航能力、數據精度及自動化水平等技術挑戰以及法規與政策限制，但無人機技術的不斷進步與創新為解決這些問題提供可能。未來，隨著傳感器集成、自主導航及數據分析技術的持續發展，無人機將在更多環境監測領域發揮重要作用，推動環境監測朝智能化、網絡化方向邁進。無人機技術與其他前沿技術的融合應用將進一步拓寬其在環境監測方面的應用范圍，為環境保護和可持續發展提供有力支持。

參考文獻

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