無人機(jī)遙感在水污染防治中的應(yīng)用

閆浩

1.天津航天中為數(shù)據(jù)系統(tǒng)科技有限公司

2.天津市智能遙感信息處理技術(shù)企業(yè)重點實驗室

為全面加強(qiáng)水生態(tài)環(huán)境污染控制，我國開展了各類水污染排查整治專項行動，利用無人機(jī)遙感技術(shù)實施水污染排查整治。無人機(jī)具有成本低、影像精度高、實時性強(qiáng)、機(jī)動性高等優(yōu)點,可作為水污染排查整治的一種重要技術(shù)手段。本文主要對無人機(jī)遙感技術(shù)在水污染防治中的應(yīng)用進(jìn)行分析,提出無人機(jī)應(yīng)用于水污染防治的可行性,并對未來發(fā)展進(jìn)行展望。

近年來, 我國不斷加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，國民生態(tài)環(huán)保意識逐漸提高。為認(rèn)真踐行國家生態(tài)文明政策，以改善水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為核心，建立排污（水）口底數(shù)清單，厘清和落實區(qū)域水生態(tài)環(huán)境保護(hù)責(zé)任，掌握水污染情況,做好污染對水生態(tài)環(huán)境影響的有效評價，為構(gòu)建精細(xì)化水污染防治管理體系提供依據(jù)。目前，我國無人機(jī)遙感技術(shù)和信息技術(shù)發(fā)展迅速,為水污染防治提供了良好的技術(shù)條件，能有效提高生態(tài)環(huán)境保護(hù)的水平和效率。

無人機(jī)遙感技術(shù)

無人機(jī)遙感是以無人機(jī)平臺為載體，利用自動駕駛、通信、傳感器、遙感應(yīng)用等技術(shù)，獲取各類空間信息，并基于數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，形成高精度二維、三維影像模型，進(jìn)行信息顯示與應(yīng)用。

相較傳統(tǒng)人工巡查、揭發(fā)舉報等水污染防治方法，無人機(jī)遙感的優(yōu)勢更加顯著，其不僅調(diào)查工作效率高，能降低大量人工成本，而且所獲取的數(shù)據(jù)精度相對較高，對地物識別能力較強(qiáng)。此外，無人機(jī)機(jī)動性更強(qiáng)，安全性更高，能夠在人員無法到達(dá)的環(huán)境，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理，為水污染防治提供實時、真實、全面的信息。

無人機(jī)遙感在水污染防治中的應(yīng)用

無人機(jī)遙感在水污染防治中的應(yīng)用，包括水污染防治數(shù)字化影像建設(shè)、監(jiān)督執(zhí)法、應(yīng)急處置等方面，有利于提升水污染防治質(zhì)量和效率。

無人機(jī)數(shù)字化影像獲取

圖1 垂起固定翼無人機(jī)（左）和數(shù)碼相機(jī)（右）。

圖2 數(shù)據(jù)處理流程圖。

圖3 數(shù)據(jù)分析與提取。

我國幅員遼闊、水系發(fā)達(dá)、湖泊眾多，因此水污染防治迫在眉睫，傳統(tǒng)水污染防治方法工作量大且繁雜，需要投入大量人力物力，但防治效率和質(zhì)量卻不高，所以水污染防治必然順應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展，進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)、智慧化管理，提高水污染防治質(zhì)量和效率。

（1）數(shù)據(jù)采集

一般水污染防治監(jiān)測多在海、河、湖等面積較大、環(huán)境較為復(fù)雜的區(qū)域，可選用垂直起降固定翼無人機(jī)，它對起降場地要求低、易操控。無人機(jī)搭載相應(yīng)任務(wù)載荷，按預(yù)設(shè)飛行航線和拍照參數(shù)，獲取所需監(jiān)測區(qū)域的高分辨率影像。

（2）數(shù)據(jù)處理

影像數(shù)據(jù)處理一般選用Pix4D、Photoscan等影像拼接軟件。影像數(shù)據(jù)處理是獲取高分辨率數(shù)字正射影像的關(guān)鍵步驟之一，主要包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、影像預(yù)處理、空中三角測量、數(shù)字正射影像圖制作等工作。

（3）數(shù)據(jù)分析

獲取高分辨率正射影像后利用Arcgis軟件對正射影像進(jìn)行矢量標(biāo)繪、信息提取等，提取出溝、渠、管、涵洞等排污（水）口的位置坐標(biāo)及可能存在的廢水源，建立排污（水）口底數(shù)清單，厘清和落實區(qū)域水生態(tài)環(huán)境情況，為構(gòu)建精細(xì)化水污染防治管理體系提供數(shù)據(jù)支撐。

（4）水污染防治管理平臺建設(shè)

基于獲得的二維、三維、矢量等數(shù)據(jù)，開發(fā)水污染防治管理平臺，實現(xiàn)更加精細(xì)化的海、河、湖水生態(tài)環(huán)境管理，明確責(zé)任，出現(xiàn)問題能夠高效迅速查找到原因。平臺可以實現(xiàn)分級管理、任務(wù)管理、信息查詢、巡查管理等功能，結(jié)合水污染防治巡查手機(jī)APP，各級管理人員按權(quán)限登錄，管理個人的巡查任務(wù)，根據(jù)提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實地核查，巡查人員通過手機(jī)APP實時上傳巡查信息，可對原有信息進(jìn)行新增、刪減、修改等操作，為水污染防治工作提供決策數(shù)據(jù)和服務(wù)支撐。

無人機(jī)監(jiān)督執(zhí)法

在水污染防治過程中，水污染監(jiān)管和水污染調(diào)查具有工作面廣、工作量大、工作要求高等特征。而無人機(jī)遙感能夠?qū)崿F(xiàn)地空一體化監(jiān)管，滿足水污染監(jiān)督執(zhí)法工作需求，加強(qiáng)水污染防治工作的監(jiān)督與管控力度，提升水污染監(jiān)督執(zhí)法質(zhì)量與效果。

根據(jù)不同的巡查任務(wù)、巡查區(qū)域，相關(guān)機(jī)構(gòu)可以攜帶或布設(shè)不同的無人機(jī)。

（1）小型無人機(jī)自動機(jī)場布設(shè)

<1)，且各件產(chǎn)品是否為不合格品相互獨立．

在大型工業(yè)園區(qū)和重點工業(yè)設(shè)施點，可布設(shè)小型無人機(jī)自動機(jī)場，無人機(jī)安裝4G/5G網(wǎng)絡(luò)模塊，遠(yuǎn)程一鍵操控起飛降落、自主充放電、實時回傳監(jiān)視監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全天候定點巡查或日常巡查，任務(wù)載荷可根據(jù)任務(wù)需求自動進(jìn)行更換。

（2）操控簡單的便攜式無人機(jī)

如果重點巡查、取證或巡查區(qū)域比較分散時，可選用操控簡單的便攜式無人機(jī)，該無人機(jī)攜帶數(shù)碼相機(jī)，實時傳輸視頻、照片，讓現(xiàn)場巡查人員及時監(jiān)視監(jiān)測和分析，發(fā)現(xiàn)問題時可抵近拍照并記錄位置坐標(biāo)，為巡查人員追溯提供位置信息，以便快速、準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)問題區(qū)域的情況。

圖4 小型無人機(jī)自動機(jī)場。

圖5 集成數(shù)碼相機(jī)與紅外熱成像儀的任務(wù)載荷。

圖6 無人機(jī)喊話器。

在實際應(yīng)用中，無人機(jī)為工作人員提供信息支持。基于無人機(jī)影像資料和科學(xué)分析方法，監(jiān)督執(zhí)法具有規(guī)范性、準(zhǔn)確性、合法性、時效性、科學(xué)性。

無人機(jī)應(yīng)急處置

當(dāng)發(fā)生污水跨界污染和危險物質(zhì)泄漏事件時，要及時開展人員疏散救治、污染攔截、泄漏源封堵、水環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測等應(yīng)急救援工作，此時響應(yīng)速度、現(xiàn)場情況獲取尤為重要。而無人機(jī)能充分發(fā)揮作用，攜帶紅外熱成像儀、高清攝像機(jī)、喊話器等多用途任務(wù)載荷快速進(jìn)場，對污染情況進(jìn)行排查，迅速定位污染源，為特情處置提供空中信息支持；無人機(jī)將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時回傳至指揮部，為指揮決策提供數(shù)據(jù)支持，進(jìn)一步提升應(yīng)急人員處置能力。同時對污染地點進(jìn)行空中拍攝分析，對泄露污染物引起的次生危害、流向進(jìn)行預(yù)判，引導(dǎo)人群疏散撤離。

目前工業(yè)高速發(fā)展,水生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)越來越多的問題，部分工廠在生產(chǎn)過程中，將污水直接排放到河流中，水體水質(zhì)逐漸惡化，水系內(nèi)污染物質(zhì)大量積累，河流湖泊形成黑臭水體,不利于生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)展。如果及時對水生態(tài)環(huán)境進(jìn)行充分保護(hù)，會使環(huán)境呈現(xiàn)嶄新的發(fā)展局面，促進(jìn)社會可持續(xù)性發(fā)展，水資源重新回到清澈狀態(tài)，保障人民的生命健康。

隨著科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，無人機(jī)遙感在水污染防治中的應(yīng)用將深入發(fā)展，并發(fā)揮至關(guān)重要的作用。