無人機(jī)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的創(chuàng)新應(yīng)用與前景展望

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；環(huán)境監(jiān)測(cè)；創(chuàng)新應(yīng)用；前景展望

中圖分類號(hào)：X831 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2025）04-0149-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2025.04.042

Innovative Application and Prospect of Drones in Environmental Monitoring

NIYou，XUXiangyong，YUANMingzhang，YANGHongqiao，NIURupeng，HUBin （Qingdao Research Academy of Environmental Sciences，Qingdao266ooo，China）

Abstract：Currently，China stillfacesserious environmental polution problems，and traditional monitoring methods areunable tomeet the needsof eficientandcomprehensive monitoring.Drone technology hasdemonstrated significant advantagesintmospheric，water，soil，andmergencyenvironmentalmonitoringuetoitsfexibilityighcoveage，and real-timecapabilities.Bycarrying multiple high-precision sensors，drones achieve precise monitoring of environmental factors，greatlyimproving monitoring eficiencyanddataauracy.Althoughdrone technology faces challenges suchas endurance，dataaccuracy，andregulatorypolicies，technologicalprogressandinnovationprovidepossibilitiesforaddresing these issues.In the future，drone technologywilldevelop towards intellgenceandnetworking，integrating withcutingedgetechnologies suchasartificialintellgenceand the Internetof Things，further expanding environmental monitoring applications，and contributing to environmental protection and sustainable development.

Keywords： drone; environmental monitoring;innovative application;prospect

隨著城市化和工業(yè)化的加速推進(jìn)，工業(yè)廢棄物排放量持續(xù)增長(zhǎng)，農(nóng)業(yè)過度使用化肥和農(nóng)藥，能源消費(fèi)量激增，共同加劇空氣、水體及土壤等環(huán)境的污染，生態(tài)環(huán)境不可避免地受到破壞。這不僅嚴(yán)重破壞自然生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定，更對(duì)人體健康構(gòu)成長(zhǎng)期而深遠(yuǎn)的威脅。傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)方法能獲取環(huán)境數(shù)據(jù)，但局限性日益凸顯。這些方法受限于人工監(jiān)測(cè)的低效性，難以滿足大范圍、高頻次的監(jiān)測(cè)需求，同時(shí)設(shè)備攜帶不便，增加現(xiàn)場(chǎng)操作的復(fù)雜性。更重要的是，對(duì)于高危、復(fù)雜環(huán)境的監(jiān)測(cè)，人工方式不僅難以實(shí)施，還可能對(duì)工作人員的健康構(gòu)成潛在風(fēng)險(xiǎn)。

無人機(jī)遙感逐漸成為環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，無人機(jī)以靈活性強(qiáng)、覆蓋范圍廣、實(shí)時(shí)性高等優(yōu)勢(shì)，能夠快速獲取環(huán)境監(jiān)測(cè)所需的各種數(shù)據(jù)信息。搭載數(shù)碼相機(jī)、攝錄機(jī)等遙感設(shè)備，無人機(jī)可以在空中進(jìn)行拍攝和記錄，通過遙感技術(shù)同步傳輸影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理。無人機(jī)遙感不僅大大提高環(huán)境監(jiān)測(cè)的效率和準(zhǔn)確性，還極大地降低人力成本和環(huán)境監(jiān)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)。

1無人機(jī)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

無人機(jī)遙感革新環(huán)境監(jiān)測(cè)方式，融合無人機(jī)與遙感設(shè)備，快速精準(zhǔn)采集信息，計(jì)算機(jī)高效處理，打破地域和時(shí)間限制。適應(yīng)復(fù)雜地形，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)提升效率與安全，減少人為干擾，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。降低成本，平衡效率、質(zhì)量與成本，為環(huán)境監(jiān)測(cè)可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。

1.1大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)

無人機(jī)通過搭載空氣采樣器或高精度氣體檢測(cè)儀，能夠迅速對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行快速、全面的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)[。這種監(jiān)測(cè)方式不僅克服地面監(jiān)測(cè)站點(diǎn)在地理分布上的局限性，還顯著提高監(jiān)測(cè)效率，擴(kuò)大覆蓋范圍。無人機(jī)可以靈活穿梭于城市、鄉(xiāng)村、山地等復(fù)雜環(huán)境，實(shí)時(shí)采集并傳輸空氣中的關(guān)鍵污染物數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)由無人機(jī)搭載的先進(jìn)傳感器進(jìn)行精確測(cè)量，確保監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。無人機(jī)還可以結(jié)合紅外成像儀等設(shè)備，對(duì)大氣污染物的分布與擴(kuò)散進(jìn)行直觀拍攝和記錄，為環(huán)境監(jiān)測(cè)提供多維的數(shù)據(jù)支持。無人機(jī)可以快速、全面實(shí)時(shí)地監(jiān)控空氣質(zhì)量，為環(huán)境監(jiān)管部門提供及時(shí)、準(zhǔn)確的空氣質(zhì)量信息，有助于制定科學(xué)的污染防控措施。

利用無人機(jī)的高空視角和靈活機(jī)動(dòng)性，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)污染排放源的精確定位與追蹤，能夠在高空對(duì)地面污染源進(jìn)行全方位掃描，并結(jié)合圖像識(shí)別技術(shù)和數(shù)據(jù)分析算法，迅速鎖定污染排放源的具體位置。通過持續(xù)追蹤污染源的變化動(dòng)態(tài)，無人機(jī)還可以評(píng)估其污染程度和影響范圍，為環(huán)境監(jiān)管部門提供詳盡的污染源信息。無人機(jī)憑借精準(zhǔn)定位與追蹤能力，可以對(duì)污染源進(jìn)行長(zhǎng)期、連續(xù)的監(jiān)測(cè)，為環(huán)境監(jiān)管提供持續(xù)的數(shù)據(jù)支持，使得環(huán)境監(jiān)管部門能夠迅速響應(yīng)污染事件，制定針對(duì)性的治理措施，有效遏制污染源的進(jìn)一步擴(kuò)散。

1.2水環(huán)境監(jiān)測(cè)

無人機(jī)技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用日益廣泛，其在提高監(jiān)測(cè)效率、擴(kuò)大監(jiān)測(cè)范圍及降低監(jiān)測(cè)成本等方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。無人機(jī)技術(shù)可以通過掛載采樣器，直接飛往指定地點(diǎn)上空進(jìn)行水樣采集，解決傳統(tǒng)人工乘船采樣存在的安全隱患和成本高的問題。該技術(shù)不僅節(jié)省人力物力，還能在自然保護(hù)區(qū)等特殊環(huán)境下安全采樣，避免對(duì)周邊的干擾[。無人機(jī)的高機(jī)動(dòng)性使其能夠直接到達(dá)人工無法直達(dá)的監(jiān)測(cè)難度大的區(qū)域，確保監(jiān)測(cè)任務(wù)安全高效完成。通過航拍，無人機(jī)可以快速確定河段水情、流向、植被等周邊環(huán)境，彌補(bǔ)傳統(tǒng)踏勘方法受野外復(fù)雜環(huán)境限制的不足。這不僅減少監(jiān)測(cè)人員的風(fēng)險(xiǎn)，還大大提高監(jiān)測(cè)效率。

無人機(jī)可以通過搭載數(shù)碼相機(jī)、多光譜儀等光學(xué)元件，宏觀快速地獲得目標(biāo)水域的周邊環(huán)境、地形地貌等多元信息。數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送至工作站，工作人員利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠及時(shí)準(zhǔn)確對(duì)水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。相比傳統(tǒng)的船只監(jiān)測(cè)方式，無人機(jī)攜帶及組裝方便，無須租借船只及人工駕駛，降低監(jiān)測(cè)成本，避免船只在行駛過程中可能產(chǎn)生的污染物對(duì)水環(huán)境造成的二次污染。

1.3土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)

植被覆蓋和土地退化是土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容，植被覆蓋率直接反映土壤的健康狀況和生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性。無人機(jī)遙感技術(shù)通過搭載多光譜和雷達(dá)傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)植被覆蓋和土地退化的高精度監(jiān)測(cè)。多光譜傳感器能夠捕捉不同波段的光譜信息，從而區(qū)分出植被類型、生長(zhǎng)狀態(tài)以及土壤裸露情況。通過對(duì)比不同時(shí)間點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以分析植被覆蓋的變化趨勢(shì)和土地退化程度[3。雷達(dá)技術(shù)則具有穿透云霧和植被覆蓋的能力，能夠獲取地表的三維結(jié)構(gòu)信息。這對(duì)于監(jiān)測(cè)土壤侵蝕、地表塌陷等土地退化現(xiàn)象具有重要意義。雷達(dá)數(shù)據(jù)還可以與多光譜數(shù)據(jù)相結(jié)合，進(jìn)行更全面的土地退化評(píng)估。無人機(jī)可以定期或不定期地對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行飛行監(jiān)測(cè)，獲取最新的植被覆蓋和土地退化數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)處理和分析軟件進(jìn)行處理和解讀，形成直觀的監(jiān)測(cè)報(bào)告和圖表，為決策提供科學(xué)依據(jù)。

1.4 應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測(cè)

地震、洪水、泥石流等自然災(zāi)害發(fā)生后，災(zāi)區(qū)環(huán)境往往會(huì)遭受嚴(yán)重破壞，包括水體污染、土壤侵蝕、空氣質(zhì)量惡化等。無人機(jī)能夠?qū)?zāi)區(qū)環(huán)境進(jìn)行大范圍的快速掃描和監(jiān)測(cè)，獲取地表反射或輻射信號(hào)，識(shí)別和定量環(huán)境參數(shù)，從而在短時(shí)間內(nèi)生成詳細(xì)的災(zāi)區(qū)環(huán)境狀況報(bào)告，為救援工作提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，幫助決策者制定科學(xué)有效的救援方案。

在突發(fā)環(huán)境污染事件發(fā)生時(shí)，迅速響應(yīng)和實(shí)時(shí)傳輸污染現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)和圖像是應(yīng)對(duì)污染事件的關(guān)鍵。無人機(jī)憑借靈活性高、操作便捷的特點(diǎn)，能夠迅速到達(dá)污染現(xiàn)場(chǎng)，并搭載光學(xué)攝像機(jī)、熱紅外傳感器等設(shè)備，對(duì)污染現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行高分辨率、高精度的監(jiān)測(cè)和拍攝，實(shí)時(shí)傳輸污染現(xiàn)場(chǎng)的圖像和數(shù)據(jù)[4。這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不僅可以幫助應(yīng)急人員了解污染現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，還能通過大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)進(jìn)行模型建立和預(yù)測(cè)分析，預(yù)測(cè)污染擴(kuò)散趨勢(shì)，為污染控制和應(yīng)急處置提供科學(xué)依據(jù)。

2無人機(jī)技術(shù)環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用的挑戰(zhàn)與對(duì)策

2.1技術(shù)挑戰(zhàn)

無人機(jī)遙感在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，然而其廣泛應(yīng)用仍面臨巨大挑戰(zhàn)。一是續(xù)航能力。受限于當(dāng)前電池技術(shù)，無人機(jī)單次飛行時(shí)間有限，難以勝任廣闊區(qū)域或長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)監(jiān)測(cè)任務(wù)，急需研發(fā)更高效能的電池或混合動(dòng)力系統(tǒng)來突破這一限制。二是數(shù)據(jù)精度。雖然無人機(jī)遙感能夠提供高精度的影像數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)精度仍受到多種因素的影響。在復(fù)雜環(huán)境條件下，數(shù)據(jù)精度會(huì)受到較大影響。三是自動(dòng)化水平。無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)較高的智能化，但某些環(huán)境監(jiān)測(cè)任務(wù)仍需要人工干預(yù)和后期處理。這不僅增加人力成本，也影響監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性和效率[5]。

2.2 法規(guī)與政策限制

無人機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用在推動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域發(fā)展的同時(shí)，引發(fā)法規(guī)與政策挑戰(zhàn)。各國(guó)間無人機(jī)使用法規(guī)的不同限制其跨境應(yīng)用的潛力，阻礙多地多部門聯(lián)動(dòng)，這對(duì)現(xiàn)行法規(guī)的更新和完善提出迫切需求。飛行空域管理是核心議題之一，必須在確保航空安全的前提下合理劃定無人機(jī)的飛行區(qū)域，以平衡技術(shù)發(fā)展與安全監(jiān)管。無人機(jī)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中收集海量數(shù)據(jù)，如何管理與使用成為法規(guī)與政策關(guān)注的焦點(diǎn)，同時(shí)要明確數(shù)據(jù)的使用權(quán)限和范圍，保護(hù)個(gè)人隱私和國(guó)家安全。

3無人機(jī)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的前景展望

無人機(jī)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出極其廣闊的前景，其發(fā)展趨勢(shì)令人矚目。技術(shù)層面，傳感器集成的進(jìn)步使得無人機(jī)能夠搭載更多高精度、多類型的傳感器，實(shí)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)的全面精確測(cè)量。自主導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展則讓無人機(jī)能夠在復(fù)雜環(huán)境中自主飛行，減少人為干預(yù)，提高監(jiān)測(cè)效率。數(shù)據(jù)分析技術(shù)的進(jìn)步結(jié)合人工智能算法，使無人機(jī)能夠?qū)崟r(shí)處理和分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，自動(dòng)識(shí)別和分類環(huán)境異常，為環(huán)境工作者提供更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

無人機(jī)不僅在傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)任務(wù)中有廣泛的應(yīng)用，還不斷拓展至生物多樣性監(jiān)測(cè)、氣候變化研究及城市環(huán)境規(guī)劃等新領(lǐng)域。通過高分辨率攝像頭和激光雷達(dá)等傳感器，無人機(jī)能夠精準(zhǔn)捕捉生態(tài)系統(tǒng)和城市環(huán)境的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為生態(tài)保護(hù)和城市規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。在氣候變化研究中，無人機(jī)成為獲取多維度氣象數(shù)據(jù)的重要工具，助力科學(xué)家更深入地理解氣候變化趨勢(shì)。

無人機(jī)技術(shù)與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等前沿技術(shù)融合創(chuàng)新，推動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)朝智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。無人機(jī)與人工智能的融合實(shí)現(xiàn)自主飛行、智能決策和數(shù)據(jù)自動(dòng)分析，進(jìn)一步提升監(jiān)測(cè)效率。無人機(jī)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的融合則促進(jìn)數(shù)據(jù)共享和互聯(lián)互通，使得環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更加全面、實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確。

4結(jié)論

無人機(jī)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用展現(xiàn)巨大的潛力和顯著的優(yōu)勢(shì)。通過融合無人機(jī)與遙感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣、水體、土壤及應(yīng)急環(huán)境的高效、精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，突破傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法的地域和時(shí)間限制。無人機(jī)不僅提高監(jiān)測(cè)效率與數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，還大幅降低人力成本和環(huán)境監(jiān)測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)。盡管無人機(jī)面臨續(xù)航能力、數(shù)據(jù)精度及自動(dòng)化水平等技術(shù)挑戰(zhàn)以及法規(guī)與政策限制，但無人機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步與創(chuàng)新為解決這些問題提供可能。未來，隨著傳感器集成、自主導(dǎo)航及數(shù)據(jù)分析技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，無人機(jī)將在更多環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，推動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)朝智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向邁進(jìn)。無人機(jī)技術(shù)與其他前沿技術(shù)的融合應(yīng)用將進(jìn)一步拓寬其在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用范圍，為環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。

參考文獻(xiàn)

1孫軍輝.電聲傳感技術(shù)輔助的無人機(jī)環(huán)境監(jiān)測(cè)方法研究[J].電聲技術(shù)，2024（2）：113-115.

2 孔龍，馮登超.基于低空無人機(jī)遙感技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)研究進(jìn)展[J].電子測(cè)試，2023（6）：62-66

3 曹俊萍，王慧.無人機(jī)遙感技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中的運(yùn)用[J].清洗世界，2022（8）：143-145.

4張?chǎng)?遙感技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[J].皮革制作與環(huán)保科技，2021（24）：78-80.

5何雄.基于無人機(jī)多光譜遙感圖像信息的水質(zhì)污染監(jiān)測(cè)研究[J].河南水利與南水北調(diào)，2021（12）：58-60.