基于無人機遙感技術的環境監測應用研究進展

鄒志芬　史曉云　張代榮　秦容　羅婧

摘要：指出了無人機遙感技術由于其獨一無二的優勢，在環境監測方面具有極大的潛力。從無人機遙感技術特征、優勢入手，著重分析了目前無人機遙感技術在國內環境監測領域的應用，以期為促進無人機遙感技術更好地在環境監測領域應用提供參考。

關鍵詞：無人機；遙感技術；環境監測；研究進展

中圖分類號：X87

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）8016602

1引言

長期以來，我國環保監測方面一直存在“門難進、臉難看、證據難找”的情況。即使環保部門勒令環境污染較為嚴重的企業進行整改，但很多企業忽視環保，仍然違規生產、頂風作案。部分企業甚至不配合環保局人員調查，拒絕甚至對環保檢查人員進行攻擊。選擇新型的環境監測技術以應對當前的嚴峻形勢，顯得非常迫切。

無人機具有快速機動、預警響應能力快的特點，可以通過車載或者地面方式從多種地域直接發射，快速到達工業生產監測區域.對污染發生位置進行實時監側，通過滑行和傘降的方式進行回收取證。無人機遙感技術在短時間內快速而且準確地獲取遙感數據的優勢，帶動了其在環境監測領域的快速發展。

2無人機遙感技術

2.1無人機簡介

無人機（UnmannedAerialVehicle，縮寫UAV）是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。根據其系統組成和飛行特點，無人機可分為滑跑滑翔型、彈射起飛滑橇降落型、手拋傘降型、旋翼直升機四大類型，其特點和應用領域見表1。

2.2無人機遙感系統

無人機遙感系統（Unmanned Aerial Vehicle Remote Sensing ）

以先進的無人駕駛飛行器為平臺，負載數字遙感設備（數碼相機、數碼攝錄機等）進行拍攝和記錄，通過遙感數據處理技術進行影像的同步傳輸，以實現對采集對象信息的實時調查與監測，且可以完成遙感數據處理、建模和應用分析的應用技術。無人駕駛飛行器技術和通訊技術、遙感傳感器技術、GPS差分定位技術、遙測遙控技術和遙感應用技術相互結合組成的無人機遙感系統，具有自動化、智能化、專題化，可以快速獲取國土、資源、環境等的空間遙感信息（圖1）。

2.3無人機遙感技術的優勢

2.3.1作業安全、效果直接。

無人機監督執法不受空間與地形條件等各方面的干擾，可以比常規的監管執法手段更為獨立，直接取得第一手的真實情況。無人機遙感系統具備面積覆蓋、垂直或傾斜均能成像的技術能力，尤其是搭載的高精度數碼成像設備，可以實現實時回傳的視頻信號，在視頻終端清晰成像，現場情況辨識度可以精確到0.1m，能對現場環境監測指揮工作提供實時的幫助。同以往的環保現場監督檢查相比，無死角，更直接安全。

2.3.2目的明確、操作簡單

無人機遙感系統智能化和自動化水平均比較高。可以通過在系統中事先設置飛行路線來達到無人駕駛，并且在飛行中通過不斷的微細校對和調整來達到對目標的精確測量。現在的無人機遙感系統可以通過視頻系統后手柄來完成操作。

2.3.3使用成本低

目前無人機最多能加載5kg油，一次飛行任務可以到達100多個監測點，能夠在空中持續飛行16h以上。無人機體形小，耗費低，系統的保養和維修簡便，具有監測時間長、區城廣、使用成本低的優點。

3環境監測

3.1無人機遙感技術在水環境監測中的應用

由于內陸水體具有污染類型多樣、環境復雜且水域面積相對小的特點，要求數據精度非常高，目前無人機還達不到要求，因此在內陸水環境監測中的應用研究相對較少。目前水環境監測主要是借助系統搭載的多光譜成像儀生成多光譜圖像，從宏觀上觀測水質狀況，提供諸如水質富營養化、水華、水體透明度、懸浮物排污口污染狀況等信息的專題圖，直觀全面地監測地表水環境質量狀況，從而達到對水質特征污染物監視性監測的目的。國內無人機第一次應用于環保領域是在遼寧省，采用無人機遙感系統對遼河流域進行的遼河治理現狀航拍和遙感監測進展順利，可以得到分辨率為0.1 m的實景圖像數據，對這些圖像進行技術評估，可以及時掌握遼河治理重點區域的動態變化情況。

3.2無人機遙感技術在大氣環境環境監測中的應用

現在，國內無人機遙感系統在大氣環境監測方面可監測的指標主要包括臭氧、粒子濃度、溫度、濕度、NO2和壓力等。可迅速查明環境現狀具有視域廣、及時連續的特點。無人機不僅可以實現實時對大氣環境數據進行監測，還可搭載采樣器，在空中采集大氣樣品后送回實驗室進行檢測分析。

3.3無人機在生態環境監測中的應用

目前，無人機遙感技術生態環境監測方面應用主要實現方式表現為利用數碼相機或光譜類設備（如紅外攝影機、紅外掃描儀、微波輻射計等）獲取遙感影像，通過地面控制系統及數據后處理系統，實現數據拼接與處理，提取宏觀環境監測或大范圍監測指標。應用領域體現在森林資源調查、災害監測、生態環境等方面。

3.4在環境應急監測中的應用

一旦突發環境污染事件發生后，在情況危險、交通不利等不利因素下，相關應急處理人員無法到達現場，而無人機遙感系統可快速趕到污染事故所在空域，系統搭載的影像平臺可實時傳遞影像信息，立體的查看事故現場、污染物排放情況和周圍環境敏感點分布情況，監控事故進展，為環境保護決策提供準確信息。無人機遙感系統的使用，不僅保障了現場工作人員的人身安全，同時也大幅度的降低了現場環境應急工作人員的工作難度。如發生在2010年的大連新港30萬t級油輪輸油管線爆炸事件，當時原油入海造成約50 km2海域受到污染，傳統的環境監測技術無法控制。環保部在第一時間調配無人機攜帶遙感系統趕赴現場進行了“天—空—地”同步監測。無人機遙感系統在惡劣條件下多次成功完成低空飛行監測作業，提供的海面油污發展監測數據可以動態反映溢油發生發展情況，為當時的環境應急管理提供了重要技術支持。

5結語

無人機遙感技術作為一項極具潛力的環境監測技術，具有實時傳輸影像、續航時間長、系統保養維修簡便、實用成本低、覆蓋區域廣、使用用途多、機動靈活等優點，正在快速發展。目前我國正在建設“天-空-地”一體化環境監測網絡體系，并且已經在自然地質災害、大氣、內陸水體、海洋、生態預警等多個環境監測領域取得了一些研究成果。相信隨著相關技術的不斷發展成熟，無人機遙感技術將在環境監測領域發揮日益重要的作用。

參考文獻：

[1]

劉祥，林維昌.多功能環境監測無人機系統設計[J].科技視界，2016（12）：55～56.

[2]謝濤，劉銳，胡秋紅，等.基于無人機遙感技術的環境監測研究進展[J].環境科技，2013（4）：55～60，64.

[3]李志強，張曉旭，劉玲，等.大氣環境無人機監測方法研究[J].環境監測管理與技術，2017（1）：65～68.

[4]林一平.我國加強無人機對海洋環境監測與管理[J].交通與運輸，2013（1）：31～33.