無人機遙感技術在環境保護領域中的應用研究。

黃樂輝 王欣欣

摘要：本文對無人機遙感的定義作了具體闡述，在分析其基本構成部分的基礎上，對其應用特征作了分析，重點關注了無人機遙感系統在環境保護中的現實作用與價值。實踐表明，無人機在生態保護、環境監測、突發環境事件和建設項目環境保護等方面表現出顯著的應用優勢，其市場應用前景十分廣闊。

關鍵詞：無人機遙感技術；環境保護；應用研究

如今，隨著我國的工業化和城鎮化建設進程的加速推進，人們面臨的環境壓力在不斷地增大，環境保護要處理的任務也在不斷地增多。許多突發事件會對環境產生污染，使得環境污染的防治和減排壓力在不斷增加，對于安全和經濟發展產生了較大的影響。但是，以往的環境保護和地面檢測手段能夠測量的范圍不大，而且發揮的作用十分有限，難以在時空上保持持續性，無法對環境的質量和動態變化進行回應，所以無法跟上社會快速發展的需要。由此，無人機遙感技術誕生。無人機技術作為一項空間數據獲取的新手段，具有續航時間長、影像實時傳輸、高危地區探測、成本低、分辨率高、機動靈活等優點，可作為航空、航天遙感的有力補充，能夠提高污染物排放量和生態環境狀況核定的精度，是對常規環境監測、突發環境污染災害應急監測的重要補充手段。

一、無人機遙感系統的基本組成

無人機（UAV），指的是一種無人駕駛飛行器，其操作可以為機載計算機控制，也可為無線電遙感設備控制。從無人機遙感系統構成角度來分析，其主要部分如下：實時監控平臺、動態遙感監測決策系統、遙感監測平臺、地面保障系統、地面測控系統、無人機飛行平臺、數據鏈路與后期處理系統。

無人機飛行平臺實際上是無人機裝置，其屬于飛行載體，配置有傳感器、導航器等裝置。在實際應用中可以依據作業需要，在飛行平臺中可以針對性布置任務設備，從而獲取特定的遙感數據。飛行導航控制系統主要包括GPS接收裝置、慣性導航裝置、飛行控制板與空速、轉速、氣壓傳感器等。地面監控系統構成主要包括計算機、無線電遙控器、相關操作軟件與供電系統等，該部分是無人機運行狀態監控的核心部分。任務設備即實現遙感數據與影像捕獲的相關設備，其多以特殊傳感器或高分辨率攝像機為主，固定安裝在無人機任務倉中。基于遙感傳感器控制裝置來分析，其支持等距離間隔運行、等時間間隔運行與載荷定點運行等功能，在設計上要求與控制系統、飛行導航系統結合起來，可以對飛行平臺的運行狀態、經緯度與高度等參數進行記錄。數據傳輸系統可以分地面與空中兩個部分，其均配置有天線、數據傳輸接口及電臺裝置，其承擔著地面監控中心與無人機飛行平臺之間的控制指令與數據傳輸任務。在固定翼無人機設計中，還配置了發射與回收系統。野外保障裝備是指無人機遙感系統野外工作的運輸裝備和機械維護裝備等，是無人機航攝作業的基本保障。

二、無人機應用特點

從實踐操作角度來分析，無人機遙感技術表現出眾多應用優勢，可以作為航空航天遙感外的一種補充監測方式。具體優勢表現為：

第一，有很強的目的性。無人機遙感系統在實際應用中，可以依據作業需求，針對性配置不同軟件與遙感設備，可以為不同類型遙感監測、不同行業監測提供支持。

第二，快速對外部進行響應。無人機系統能夠在短時期內進行較快的運輸、容易進行操作，只要進行短時間的準備工作，則可以快速飛行至檢測區域，可以在1-2h內，獲得遙感監測參數。

第三，成本低。無人機遙感系統相對有人駕駛飛機來看，其作業成本更低，且飛行控制十分簡單，操控人員可通過簡單培訓后使用無人機設備，設備的存放和維護工作會變得十分的便利，可以減少設備進行調試和維護的成本。

第四，圖像分辨率清晰。無人機遙感捕獲的圖像質量較高，其分辨率可以為分米級，在1：1萬甚至更大比例尺應用中具備優勢。在無人機中可以配置數碼成像設備，以確保其作業精度，可以支持傾斜、垂直與覆蓋等方式的成像。

第五，使用便利。在具體操作上實現了自動化作業，操控十分簡單，且其支持故障自動診斷操作。在飛行過程中出現故障或失靈問題，可自動飛回起飛點位置，并保持盤旋狀態。故障消除后，可繼續回到原來的地點執行飛行任務。

三、無人機遙感系統在環境保護領域中的應用

1.在建設項目環境保護管理中的應用

基于項目建設環境評估問題來分析，環評單位在進行環境影響評價文件編寫時，需分析項目區域的地形狀況，如項目處于重點發展區域或城市近郊，則可通過測繪部門、規劃部門獲得相關圖像，而在偏遠的區域，則無法達到上述目標。就算是能夠找到圖紙，也可能是時代久遠，或者是低精度的圖像，難以用于充當底圖使用。如采取臨時安排人員繪制，則會讓評價文件的編制時間延后，而一些環評單位為在規定時間內完成測評，會選擇一些清晰度較差、時效性不足的圖件作為底圖進行分析。無人機遙感系統能夠為上述問題找到解決措施，它能夠在環評單位找到清晰度強的，而且是時效性高的圖像作為底圖，能夠降低在危險、偏遠地區的踏勘作業量，并有效保障環境影響評價作業的效率，可以為環保部門項目審批提供可靠數據。將無人機遙感系統應用于項目建設環保驗收環節，可以將該環節的圖件與環境影響評價環節的圖件進行對比，從而更為清晰的了解項目建設范圍、平面變化、生態破壞及恢復、居民拆遷等相關問題，能夠有效地評估項目建設對于周圍地區的影響。

2.突發環境事件應急無人機遙感監測

在對突發環境事件進行監測的過程中，無人機技術借助于自身的優勢，能夠在第一時間里取得突發環境事件所在區域的環境發展現狀、影響區域和傳播范圍等信息。用無人機技術對環境進行監測是一項高技術的工作，可為環境事件進行及時處理和決策提供出重要的依據。

在2010年7月16日，因違規操作，大連新港內一艘30萬噸級油輪輸油管線路爆炸，造成了大火，并讓大量原油入海，引起50k㎡海面污染。國家環境保護部門立即安排無人機進行監察，實現了天空地三位一體的同步監測，這是環境保護部在執行環境監測任務的時候，首次利用無人機開展重大環境事故的監測工作。在惡劣條件下無人機順利完成了低空偵查任務，獲得了大量海面油污數據，對溢油進展進行了動態跟蹤，為應急管理提供了寶貴數據。

3.在環境監測中的應用

無人機遙感系統能夠在更加廣泛的范圍內進行連續性的監測，可迅速對環境現狀進行分析和查找。借助系統配置的多光譜成像儀裝置，可以獲得相應的多光譜圖像，對地表水環境質量進行全面監測，可以提供排污口污染信息、懸浮物、水華、水體透明度等新，依據這些信息推出專題圖，進而對污染物進行了監測。可以將移動大氣自動監測裝置安裝至無人機平臺之中，借助該裝置來完成相關區域的大氣狀況監測與分析。

4.在生態保護中的應用

由于自然保護區和飲用水源保護區都是位置偏遠，面積廣大，而且是交通不便利的區域，所以對生態保護工作無法細致的推進。環保部門能夠借助于無人機遙感系統，并在每年的同一時間里取得特殊保護區域內的具體影像，對這些影像資料進行逐年分析，通過處理可以直觀了解到環境植被覆蓋度變化狀況，了解其生態環境的動態發展過程。通過無人機遙感系統所捕獲的遙感圖像，其分辨率較高，借助這種優勢，可以對區域內不同植被類型的替代現象進行分析，為區域植物生態研究提供具體資料。無人機還可捕獲非法侵占自然保護區的影像，為生態保護與執法提供現實依據。

四、發展方向與前景展望

在環境保護領域，要想讓無人機遙感系統發揮更為顯著的作用，需要關注以下問題，做出積極改進。

（1）研發智能傳感器裝置，為多類別污染因子監測提供支持，開發各類應用軟件，面向不同用戶提供特定的影像資料與數據信息。

（2）科學選定評價指標與模式，進一步探索無人機遙感在環境質量評價領域的應用方法。

（3）培養復合型人才，要求其具備外業飛行、數據處理、環節保護、遙感技術等知識，構建高水平的作業隊伍。在未來發展中，無人機遙感技術會在多個領域獲得深度應用，如救援、地質、國土、林業與規劃等。

無人機遙感系統已經具有較大的優勢，能夠在新的歷史時期更好地為環境保護工作的開展提供重要的技術支持，適應未來工作的要求，繼續為我國環境保護事業的發展作出更大的貢獻。