無人機(jī)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

魯憲

摘要：隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越多，發(fā)揮的作用越來越大。無人機(jī)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，不僅可以提高水質(zhì)監(jiān)測(cè)的效率、減少人力勞動(dòng)和能源浪費(fèi)，還可以使水質(zhì)監(jiān)測(cè)也變得更快捷、更高效。本文首先對(duì)無人機(jī)進(jìn)行了概述，對(duì)水環(huán)境監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，探討了無人機(jī)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用要點(diǎn)，總結(jié)了無人機(jī)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用策略。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);水環(huán)境監(jiān)測(cè);應(yīng)用

水資源是現(xiàn)代社會(huì)人們生活和生產(chǎn)的主要構(gòu)成部分，隨著國(guó)家的快速發(fā)展和人口數(shù)量不斷增長(zhǎng)，水資源利用導(dǎo)致的問題在不斷增多。所以，合理開發(fā)水資源是目前的主要問題，精準(zhǔn)計(jì)算出河流面積和分布情況，是有效開發(fā)與利用水資源的前提和基礎(chǔ)。隨著時(shí)間推移，水環(huán)境在不斷發(fā)生變化。基于此，利用無人機(jī)對(duì)水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能夠掌握水環(huán)境變化情況和河流信息等，讓水資源得到有效利用。

1? ? 無人機(jī)概述

無人機(jī)是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)，或者由車載計(jì)算機(jī)完全地或間歇地自主地操作。這是一個(gè)集傳感、通信、遙測(cè)遙控等多種技術(shù)為一體的綜合系統(tǒng)，經(jīng)過無人機(jī)各系統(tǒng)部件的配合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)傳遞的任務(wù)。

無人機(jī)特點(diǎn)表現(xiàn)在操作便捷、高效、獲取能力強(qiáng)等三個(gè)方面。具體而言，第一，操作便捷性。無人機(jī)遙感系統(tǒng)性能比較穩(wěn)定，同時(shí)集成度很高，操作便捷，有著一定的實(shí)用性。無人機(jī)起飛時(shí)，采取彈射起飛與車載方式。無人機(jī)降落時(shí)，使用傘降降落法與滑降降落法。無人機(jī)飛行高度可以達(dá)到4 000 m以上，其能夠應(yīng)用于多種山區(qū)與不一樣的地形區(qū)域，同時(shí)無人機(jī)能夠在低空云下拍攝。第二，高效性。無人機(jī)接到工作任務(wù)以后，無人機(jī)遙感系統(tǒng)能夠在短期內(nèi)快速出動(dòng)，以最快速度采集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)。無人機(jī)能夠在短期內(nèi)制作為圖文，工作高效，實(shí)用性強(qiáng)。一套無人機(jī)每日能夠?qū)Υ竺娣e區(qū)域加以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，順利開展遙感作業(yè)，提升工作效率。第三，獲取能力強(qiáng)。無人機(jī)遙感系統(tǒng)能夠得到高分辨率影像，與此同時(shí)影像清晰，有一定的精準(zhǔn)度，顏色豐富。大比例尺成圖對(duì)影像分辨率基本沒有影響，人們能夠根據(jù)影像判斷地形地貌情況，得到河流信息，是人們準(zhǔn)確判斷的前提。現(xiàn)下，無人機(jī)遙感系統(tǒng)影像分辨率和國(guó)內(nèi)別的高分辨率衛(wèi)星影像比較，前者更加清晰。

2? ? 水環(huán)境監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀分析

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)大部分地區(qū)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)方式都是傳統(tǒng)人工，在監(jiān)測(cè)河流、湖泊等水環(huán)境的過程中，借助船只收集水樣，然后開展水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。盡管該種工作方式延用已久，可是伴隨國(guó)家現(xiàn)在水環(huán)境惡劣情況的加劇，惡劣類型多樣化，該種傳統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)技術(shù)不能適應(yīng)現(xiàn)下時(shí)代發(fā)展方向，不但浪費(fèi)了很多時(shí)間，還不能確保監(jiān)測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)度。與此同時(shí)，人工監(jiān)測(cè)關(guān)鍵是按照監(jiān)測(cè)采樣對(duì)水環(huán)境展開全面分析與研究，在河流中要收集3個(gè)斷面水質(zhì)，收集以后要靜置半小時(shí)儲(chǔ)存樣品，采樣過程耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，人力成本很高。同時(shí)，部分船只以柴油為核心原料，在使用中柴油會(huì)對(duì)水環(huán)境帶來污染與損壞性，導(dǎo)致有毒物質(zhì)會(huì)直接影響水環(huán)境監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度[4]。假設(shè)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)過程中，遭遇湍急的河流，會(huì)導(dǎo)致水環(huán)境采樣工作面臨安全隱患，威脅現(xiàn)場(chǎng)工作人員的生命安全。

根據(jù)以上分析可以了解到，在我國(guó)水環(huán)境監(jiān)測(cè)過程中，還有一些需要處理的問題。為了促進(jìn)水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作在新環(huán)境下轉(zhuǎn)型，提升水環(huán)境監(jiān)測(cè)的有效性，有關(guān)人員要使用新的信息技術(shù)與科技，提高水環(huán)境監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度[4]，防止在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中可能面對(duì)的安全問題發(fā)生，繼而讓水環(huán)境監(jiān)測(cè)可以給水環(huán)境保護(hù)提供確切的數(shù)據(jù)信息支撐。

3? ? 水環(huán)境監(jiān)測(cè)中無人機(jī)應(yīng)用要點(diǎn)

水環(huán)境監(jiān)測(cè)中無人機(jī)運(yùn)用可以分成前期內(nèi)業(yè)、外業(yè)、后期內(nèi)業(yè)等幾個(gè)部分。在這之中，遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和地面控制系統(tǒng)等是構(gòu)成前期內(nèi)業(yè)的核心部分，這一部分通常對(duì)確保前期外業(yè)實(shí)施有重要作用。前期外業(yè)，就是信息數(shù)據(jù)采集過程，即經(jīng)過人工與自動(dòng)化控制，在要求的范圍以內(nèi)實(shí)施數(shù)據(jù)信息采集工作，同時(shí)配合全球定位系統(tǒng)，確保無人機(jī)飛行方向。對(duì)后期內(nèi)業(yè)來說，關(guān)鍵是對(duì)前期外業(yè)收集的數(shù)據(jù)信息展開深入分析和整理，最終按照分析結(jié)果擬定合適的方案。

由于無人機(jī)應(yīng)用不受空間和地形所限，因此和傳統(tǒng)人工環(huán)境監(jiān)測(cè)方式比較，無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)更加明顯，不但可以提升監(jiān)測(cè)效率和操作性能，還可以得到精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息。一般情況下，基于無人機(jī)的監(jiān)測(cè)范圍廣，同時(shí)無人機(jī)的機(jī)身小，便捷，在水環(huán)境監(jiān)測(cè)運(yùn)用中得到了高度重視。現(xiàn)下，無人機(jī)供能的方式就是充電和加油功能，詳細(xì)應(yīng)用方面可以按照監(jiān)測(cè)站條件選取。

無人機(jī)利用自身具備的優(yōu)勢(shì)，于水環(huán)境監(jiān)測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用，并受到了監(jiān)測(cè)工作人員的重視，但無法否認(rèn)的是，無人機(jī)應(yīng)用中依然有一些問題，具體體現(xiàn)在三個(gè)方面。第一，設(shè)計(jì)方面。為使無人機(jī)更加便攜，無人機(jī)體積一般很小，這讓無人機(jī)在飛行到一定高度以后很容易受到惡劣氣候的影響，造成監(jiān)測(cè)效果差。反之，如果增加無人機(jī)體積會(huì)造成耗能增加，續(xù)航時(shí)間減少。所以，需要對(duì)這一問題進(jìn)一步研究，合理優(yōu)化設(shè)計(jì)。第二，數(shù)據(jù)傳輸方面。固定于無人機(jī)中的數(shù)碼相機(jī)采集的數(shù)據(jù)信息精準(zhǔn)度較低，不能完成特定監(jiān)測(cè)任務(wù)，采集數(shù)據(jù)導(dǎo)致的誤差易于影響繪制圖像精度。所以，未來無人機(jī)企業(yè)需要將提升采集數(shù)據(jù)信息精度和傳輸效率當(dāng)成產(chǎn)品后期發(fā)展重點(diǎn)。第三，數(shù)據(jù)處理方面。由于無人機(jī)是一種新事物，因而對(duì)水環(huán)境監(jiān)測(cè)功能開發(fā)并不健全。目前，無人機(jī)應(yīng)用關(guān)鍵是把收集數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)內(nèi)，接著按照遙感影像對(duì)數(shù)據(jù)加以處理。最后，環(huán)境監(jiān)測(cè)人員需要修正無人機(jī)反饋的數(shù)據(jù)，如此才可以提高數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性[1]。

4? ? 無人機(jī)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的優(yōu)勢(shì)

在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中應(yīng)用無人機(jī)屬于新技術(shù)領(lǐng)域，無人機(jī)在正式工作過程中，其工作效率很高，所以在水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作過程中，有關(guān)人員必須要增加對(duì)無人機(jī)的認(rèn)識(shí)與關(guān)注度，讓無人機(jī)在大氣環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)工作中得到全面應(yīng)用，也可以借助無人機(jī)在惡劣環(huán)境下開展水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。由于中國(guó)內(nèi)陸水體復(fù)雜，部分水域面積小，可是有的污染物類型多樣，因而對(duì)工作造成了很多麻煩，而且水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作對(duì)精度要求很嚴(yán)格，所以無人機(jī)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作過程中的應(yīng)用對(duì)精度要求高，故而無人機(jī)應(yīng)用于水環(huán)境監(jiān)測(cè)十分普遍，在應(yīng)用過程中優(yōu)勢(shì)顯著。無人機(jī)應(yīng)用于水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

4.1 具有很高的安全系數(shù)

水環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用無人機(jī)進(jìn)行采樣，可以提升水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的安全性，有關(guān)監(jiān)測(cè)工作人員無需乘坐船只到監(jiān)測(cè)點(diǎn)，僅需要在監(jiān)測(cè)點(diǎn)岸邊操控?zé)o人機(jī)就能夠做好整個(gè)水樣采集工作。這個(gè)工作過程十分方便、快捷，面臨的風(fēng)險(xiǎn)很小，工作者能夠在安全的環(huán)境下收集水樣，提升了水環(huán)境采集工作的安全性[5]。

4.2 能夠減少工作成本

長(zhǎng)期以來，我國(guó)很多地區(qū)進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測(cè)時(shí)主要采用人工監(jiān)測(cè)方式，在對(duì)河流、湖泊等區(qū)域的水環(huán)境監(jiān)測(cè)的過程中，借助于船只進(jìn)行水樣收集，之后再開展水環(huán)境監(jiān)測(cè)，通常需要3個(gè)小時(shí)，整個(gè)船只在運(yùn)行環(huán)節(jié)中燃料耗費(fèi)量大，在無形中提高了水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作成本。伴隨著水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中無人機(jī)的頻繁使用，無人機(jī)性價(jià)比得到提升，同時(shí)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中使用無人機(jī)，能夠重復(fù)使用，可以降低水環(huán)境監(jiān)測(cè)成本。

4.3 可以提高監(jiān)測(cè)效率

在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用無人機(jī)開展工作，能夠克服地形與地勢(shì)方面的難題。無人機(jī)在工作過程中基本上能夠直線到達(dá)水環(huán)境監(jiān)測(cè)地區(qū)，當(dāng)無人機(jī)采集好水樣以后，就能夠在岸邊將水樣靜置，節(jié)省采樣時(shí)間，給后期水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作留下充足的時(shí)間，可以提升水環(huán)境監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度，提高監(jiān)測(cè)工作效率[2]。

4.4 防止發(fā)生再次污染

在開展水樣采集工作的時(shí)候，往往會(huì)因?yàn)榇辉谶\(yùn)行中導(dǎo)致的燃料與廢氣再次污染水環(huán)境，比如在船只上的柴油通過燃燒以后會(huì)產(chǎn)生二氧化碳等有毒物質(zhì)，給水環(huán)境帶來負(fù)面影響，假設(shè)船只在運(yùn)行中柴油泄漏，則會(huì)導(dǎo)致水面油污加重。無人機(jī)使用清潔能源，在水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中不會(huì)再次污染水環(huán)境，全過程都是節(jié)能環(huán)保的。

5? ? 水環(huán)境監(jiān)測(cè)中無人機(jī)的應(yīng)用策略

5.1 水資源調(diào)查和管理

以往水資源用地信息管理、實(shí)際情況調(diào)查研究、巡查成圖環(huán)節(jié)中，很多采用的是人工調(diào)查方式，在地勢(shì)比較高的位置進(jìn)行河流、湖泊等水環(huán)境拍攝，以及進(jìn)行水環(huán)境面積調(diào)查。采取這種方式不能快速準(zhǔn)確開展調(diào)查工作，因此在進(jìn)行實(shí)際調(diào)查和管理工作的時(shí)候，必須要發(fā)揮無人機(jī)的作用，利用無人機(jī)對(duì)需要調(diào)查的地區(qū)進(jìn)行航拍、監(jiān)測(cè)等。無人機(jī)可以在短時(shí)間內(nèi)大范圍飛行，進(jìn)行巡查，可以在短期內(nèi)掌握水資源基本信息。無人機(jī)可以通過航拍測(cè)繪，掌握地面水環(huán)境基本信息和調(diào)查結(jié)果，相關(guān)人員可以通過無人機(jī)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，仔細(xì)分析水環(huán)境實(shí)際情況，在后期利用科技制作成電子版效果圖，形成水資源巡查圖。采用無人機(jī)可以提高工作質(zhì)量，給水資源全面開發(fā)和利用提供有效的幫助。

5.2 水環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

以往水環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)過程中，需要人工攜帶攝像頭進(jìn)行水庫浮標(biāo)拍攝。而且，要想從中得到水位信息，人工通過乘坐船只，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)河流情況。在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中，假設(shè)水環(huán)境污染嚴(yán)重就不能收集到精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，如此會(huì)大大降低工作效率。在這樣的條件下，必須要合理運(yùn)用無人機(jī)對(duì)水環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，尤其是水庫邊緣地區(qū)等地形崎嶇、環(huán)境惡劣的區(qū)域。無人機(jī)不會(huì)被環(huán)境和地形所干擾，可以正常開展監(jiān)測(cè)工作。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)河流上下游，可以在短時(shí)間以內(nèi)了解到水文實(shí)際情況。

5.3 自然災(zāi)害分析

以往發(fā)生洪澇災(zāi)害時(shí)，大部分采用直升機(jī)在受災(zāi)地區(qū)上方盤旋，拍攝洪澇覆蓋范圍和具體受災(zāi)情況。每次面對(duì)大規(guī)模干旱缺水情況時(shí)，對(duì)各地區(qū)的定損工作一般采取人工定損方法，導(dǎo)致定損工作效率低。水環(huán)境警戒通常采取人工乘船的方式，進(jìn)行水深劃分工作，缺乏鳥瞰圖進(jìn)行參考。這一工作方式在洪澇災(zāi)害發(fā)生時(shí)不能迅速反應(yīng)，且人工拍攝到的照片和鳥瞰圖在清晰度、立體性方面差距比較大。因此，在發(fā)生洪澇災(zāi)害后，要科學(xué)采用無人機(jī)在受災(zāi)地區(qū)進(jìn)行全面巡查與監(jiān)測(cè)。無人機(jī)不會(huì)被地形、地貌所影響，能夠及時(shí)到達(dá)受災(zāi)區(qū)，實(shí)時(shí)傳遞出受災(zāi)地區(qū)情況，為防汛工作提供重要數(shù)據(jù)信息。無人機(jī)可以應(yīng)用在抗旱中，在人員通過實(shí)地考察時(shí)，降低人員工作量。通過無人機(jī)技術(shù)可以了解到各地區(qū)水量?jī)?chǔ)存狀況，從而科學(xué)調(diào)水，為抗旱工作提供幫助。最后，能夠了解到河流等水環(huán)境水位變化實(shí)際情況，可以及時(shí)分析水環(huán)境警戒線和水資源情況，形成高分辨率影像，提高水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作質(zhì)量。

6? ? 無人機(jī)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用前景

生命的出現(xiàn)必然需要水來支撐，水是所有生命之源，無論是單細(xì)胞生物還是哺乳動(dòng)物，均離不開水，由此看來，水在人類生存與發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用。伴隨經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展和進(jìn)步，水資源被污染與被破壞的問題愈發(fā)突出。怎么更好地經(jīng)過水環(huán)境監(jiān)測(cè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)水環(huán)境里面的污染物濃度遷移變化和時(shí)空分布，以及各企業(yè)對(duì)于水環(huán)境的污染程度等，對(duì)推進(jìn)環(huán)保工作有著基礎(chǔ)性的作用。

從事相關(guān)行業(yè)的人均已了解到，無人機(jī)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作過程中的有效運(yùn)用，無需花費(fèi)過多的成本，對(duì)能源方面的需求量不多，也沒有較大的損耗，可以反復(fù)使用，有效避免了污染生態(tài)環(huán)境，更加環(huán)保，風(fēng)險(xiǎn)問題產(chǎn)生的概率更低，能夠有效緩解河流、水庫等水環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的問題。在水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中合理運(yùn)用無人機(jī)，除了能夠有利于水環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)開展以外，還可以提升水環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量，繼而充分體現(xiàn)水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的價(jià)值，讓水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作變得更有意義[3]。

7? ? 結(jié)語

綜上所述，無人機(jī)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的有效應(yīng)用，彌補(bǔ)了人工監(jiān)測(cè)的缺陷，大幅度提升了工作質(zhì)量和工作效率。無人機(jī)不受時(shí)空和地理?xiàng)l件的影響，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)傳遞有效觀測(cè)數(shù)據(jù)。因此，無人機(jī)在我國(guó)水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中發(fā)揮了重要作用，將無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用在水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中，能夠有效地保護(hù)我國(guó)的水資源。

參考文獻(xiàn)

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