物聯網與高低空技術在生態環境監測中的應用

我國幅員遼闊，存在多種生態系統。《2023年中國自然資源公報》顯示，2023年全國共有耕地12758.0萬公頃、園地2011.3萬公頃、林地28354.6萬公頃、草地26428.5萬公頃、濕地2356.9萬公頃，在保護和監測規模龐大的生態環境方面，存在難度較大、效率較低、無法實時監測等缺陷。尤其是，部分森林、沼澤、湖泊等地，人員、車輛無法到達，巡檢保護難度大。隨著5G通信、物聯網和低空經濟等技術的發展，通過將無人機、攝像頭和物聯網技術相融合，可以為生態環境保護帶來較大便利。

一、應用背景

隨著5G技術的發展，通信基站的數量相較4G時代有較大提升。截至2024年3月末，全國5G基站總數達364.7萬個，比2023年末凈增27萬個，占移動基站總數的 。依托通信鐵塔的高度和分布密度優勢，掛載鷹眼攝像頭，可以實現超大范圍深度監控。同時，借助5G信號高可靠性、低時延、高速率、大連接的特點，可以實現對畫面數據的高速傳輸，同時將智能終端、云平臺和本地監控平臺通過4/5G網絡和光纖網絡進行整合連接，實現實時互聯互通。

二、技術方案

（一）高空監控

通信鐵塔具有高度和密度優勢，能滿足附近區域的信號覆蓋，可以保證安裝高清攝像頭后，監控視野無遮擋、無死角。同時，其24小時不間斷電源，可以保證實時監控不掉線。根據監控場景的不同，選擇不同位置和高度的通信基站，配合使用不同監控角度的攝像機，可以實現對特定區域內不同場景的有效監控。

1.河流監控

河流呈現狹長形，監控范圍主要為河面漂浮物、水事違法情況和河流岸線開發情況。在河流上下游分別安裝固定角度的槍式攝像機，實現對區域內河流段的監控。

2.湖泊監控

湖泊岸線呈非直線形，尤其河流入湖口水流走向較為復雜，可采用球形攝像機與槍式攝像機相結合的方式，實現對特定段岸線和湖面情況的監控。

3.農田監控

農田面積大，且分布較為集中，要求攝像頭同時具備多角度和大范圍監控的能力，可采用球形攝像機，在農田中央位置布置一臺，或農田角落分別布置一臺，實現環形廣域監控。

（二）低空無人機巡檢

利用無人機遙感航拍數據，作為高空監控的影像補充，通過影像圖比對方式，實現對監控盲區的監控。同時，無人機能夠對高空監控識別到的告警信息做出快速反應，有效避免了對生態環境的破壞。相較于傳統的人力巡檢和攝像頭監控，無人機巡檢有如下優勢：

1.可視范圍廣

無人機飛行高度可以控制，能滿足對不同地貌環境的監控巡檢要求。對于農田等平原地貌，以恒定高度飛行，可以實現快速的大面積巡檢；針對湖泊、河流和支流匯聚口等，通過控制無人機的飛行高度和角度，完成對監控盲區、遮擋區域的巡檢工作。

2.巡檢周期短

以通信鐵塔作為無人機起降平臺，結合無人機飛行速度優勢，可以快速實現對鐵塔周圍區域的巡檢工作。利用通信鐵塔24小時不間斷電源，可以實現對無人機的實時充電，保證了無人機的續航能力，進一步提升了無人機的巡檢速度。

3.巡檢效率高

基于自動機場的無人機平臺，無需人為操作，通過預設巡檢路徑、范圍等方式實現自動巡檢，并實時記錄預警信息上傳云平臺，巡檢效率顯著提高。

4.事故響應及時

基于多種AI識別算法，無人機可以有效識別巡檢范圍內的告警活動，并將實時畫面回傳至監控平臺。相關人員在獲取告警信息后，可以有針對性地進行事故處理。

（三）網絡架構

感知終端與平臺采用“互聯網接入 + 公有云”方式組網，可以劃分為感知層、傳送層、平臺層、應用層和數據層。采用4G/5G、光纖專用網絡等多種物聯網接人技術，實現高空攝像頭、無人機、終端感知設備和AI綜合監控平臺的互聯互通。

感知層使用不同形式的攝像頭、無人機等視覺方案，實現對行為數據的精準捕捉；同時，還可以提供持續的監控視頻流。

傳送層利用物聯網接入技術，實現對數據的實時傳送。監控數據的傳輸需要高流量、高速率，一般可采用4G、5G、光纖網絡等技術3。專用網絡不僅能夠為數據傳送提供大帶寬，還能避免其他數據的干擾，降低時延和提高數據傳輸的可靠性。

平臺層和數據層借助智能算力和高速率存儲單元，對捕捉到的行為數據進行分類存儲，便于后續進行追溯和查閱。同時，對實時數據進行分析處理，根據應用端不同的需求，對數據進行分類提取和傳送。

終端應用有手機應用、監控中心、網頁端等多種方式。通過無線網絡、企業寬帶等方式接入云平臺，可以對監控畫面進行實時查看，并對各類預警信息進行查閱和處理。不同應用終端之間，還可互相發送指令和回復，保證對預警信息的及時處理。

（四）AR綜合監控平臺

圍繞“平臺 + 算法 + 應用”的模式，建立可視化監控平臺，實現對監控區域的全方位監控。

1.實時監控

監控平臺實時顯示現場監控場景。通過預設不同的監控角度，攝像機自動旋轉以完成區域監控。借助人物識別（人員走動、施工作業等）、場景識別（智能比對場景變化）、特情識別（火焰、煙霧識別等）等多種預設算法，可以第一時間在數據監控平臺顯示在場異常行為。

2.AR全景

監控平臺利用無人機多角度畫面，可以實現對監控區域的AR全景顯示。AR全景顯示的監控區域異常行為數據，可以更快、更精確地定位異常行為類型和發生位置，方便相關人員制定方案并進行現場處置。

3.多種應用界面

監控平臺可以通過監控中心的形式進行集中監控，也可以用WEB客戶端和App客戶端進行展示。監控中心采用集中調度的方式對監控區域整體行為進行檢測控制，其他人員可以采用WEB客戶端和App客戶端隨時隨地查看監控信息和處理異常行為，極大地提升了監控巡檢效率。

三、技術優勢

低空飛行技術、高空鷹眼，以及物聯網的有機結合，從監控效果、巡檢效率、人力成本節約等多個方面，為生態環境監測與保護提供了便利。

1.不同高度和角度的監控，提升了監控范圍，配合不同場景下的模式選擇，使得監控效果更好；

2.無人機可以預設巡檢路徑、自定義巡檢內容和自動生成巡檢報告，極大地提高了巡檢效率，降低了人力成本；

3.通過采集無人機和攝像頭的全景影像，實現對地圖數據庫的實時更新，為用戶繪制實際地形圖，方便人員開展現場巡檢；

4.平臺開發靈活、接口豐富，可以滿足對現有攝像機、無人機的接入使用，針對未來新興產品的出現，也預留了接人空間，方便產品不斷更新。

四、結束語

利用通信基站的高度和密度優勢，結合低空飛行技術、高空鷹眼和物聯網的廣泛使用，可為生態環境監測保護提供較大便利。對其進行大范圍的應用，可以實現全國一張網、一個平臺的部署方案。未來新興產品的研發，會不斷豐富平臺的功能應用，以促進該技術方案在其他領域的應用和發展。

作者單位：靳宏圓中國鐵塔股份有限公司上海市分公司

參考文獻

[1]2023年中國自然資源公報[OL].https：//i.mnr.gov.cn/202402/t20240229_2838490.html，2024-02-29.[2]2024年—季度通信業經濟運行情況[OL].https：//www.mit.gov.cn/gxsj/tjfx/txy/art/2024/art_d41d35c3b0184373aa8bbe770646e425.html，2024-04-19.

[3]戴方，閆沖.物聯網與NB技術淺析[J].中國新通信，2019，21（20）：72.