無人機遙感技術在環(huán)境監(jiān)測的應用研究獲獎科研報告

無人機遙感技術在環(huán)境監(jiān)測的應用研究獲獎科研報告摘要：隨著經濟的發(fā)展，人們生活水平的提高，人們逐漸意識到可持續(xù)發(fā)展的重要。大工業(yè)時代雖然經濟高速發(fā)展，但這種高速發(fā)展是以犧牲環(huán)境為代價的，在倡導環(huán)保的時代，環(huán)境保護的重要性日益凸顯出來。在過去的十幾年中，因為資源的開采造成的霧霾、沙塵暴、環(huán)境污染、生態(tài)退化、水土流失等問題嚴重影響著人類的生存，這都是人與自然發(fā)展不和諧的插曲。想要實現(xiàn)人與自然的和諧發(fā)展，就要轉變思想觀念，和科技相聯(lián)系來保護環(huán)境。本文就無人機遙感技術在環(huán)境監(jiān)測的應用展開探討。

關鍵詞：無人機;遙感技術;環(huán)境監(jiān)測

引言

無人機遙感技術的發(fā)展得益于我國科學技術的不斷進步，其優(yōu)勢獨特，被廣泛應用在環(huán)境監(jiān)測作業(yè)中，為環(huán)保領域做出突出貢獻。應用無人機遙感技術，環(huán)境監(jiān)測作業(yè)執(zhí)行起來更加便利，且數(shù)據(jù)分析更為精準，為相關部門決策提供更多切實依據(jù)。也就是說，無人機遙感技術能夠轉變傳統(tǒng)目標監(jiān)測方法，不斷提高環(huán)境監(jiān)測作業(yè)效率，并提供一定的動態(tài)監(jiān)測，為目標動態(tài)空間信息獲取提供技術支持。

1無人機遙感技術優(yōu)勢分析

近年來，我國遙感技術發(fā)展迅速，在環(huán)境監(jiān)測領域發(fā)揮重要作用，通過多年努力，在技術上不斷取得突破，無人機遙感技術應運而生。無人機遙感技術具有較強的實時性，結構比較簡單，靈活性，使用過程中，一般不會出現(xiàn)比較大的風險。與此同時，無人機遙感技術運行成本可控，在小范圍內地面目標管理及監(jiān)測中發(fā)揮獨特的優(yōu)勢。經濟發(fā)展導致環(huán)境更加惡化，發(fā)展與環(huán)境保護面臨更多矛盾，加之缺乏必要的信息化管理手段，導致很多地區(qū)環(huán)境生態(tài)環(huán)境受到嚴重破壞，也給環(huán)境監(jiān)測帶來較大影響。依靠傳統(tǒng)方式的環(huán)境監(jiān)測手段，無法滿足現(xiàn)階段精細化和動態(tài)化監(jiān)測需要，無人機遙感技術正是能夠解決上述問題的關鍵措施。

2無人機遙感技術在環(huán)境監(jiān)測中的應用

2.1在水土保持方面的應用

目前，無人機在水土保持方面主要通過搭載多光譜成像儀等設備，獲取多光譜圖像的實時數(shù)據(jù)信息，從宏觀角度來進行水環(huán)境狀況的監(jiān)測。對于水域面積比較小、污染類型比較復雜、精度要求比較高的內陸水體，無人機遙感技術還無法達到監(jiān)測要求。目前，無人機遙感技術主要針對水質的富營養(yǎng)化、透明度、排污孔污染狀況等情況進行監(jiān)測，對地表水環(huán)境狀況進行直觀監(jiān)測。我國的無人機遙感技術首次應用于環(huán)境監(jiān)測領域的是遼寧省，其通過無人機遙感技術對遼河治理情況進行航拍和監(jiān)測，得到分辨率為0.1m的實景圖像數(shù)據(jù)，通過對圖像進行評估來掌握遼河治理的實際情況。研究表明，該技術主要應用于物種豐富程度、河流邊坡、栽種植被以及植株成活情況等方面。例如，孫洋等人將無人機遙感技術應用于水土保持的監(jiān)控，對朝陽市的水土保持工作進行效果評估，從根本彌補了傳統(tǒng)監(jiān)測技術中準確率低、安全性低等缺點，使得水土保持的環(huán)境監(jiān)測朝著實效性、低成本、自動化方向發(fā)展。

2.2在環(huán)境污染場景中的運用

無人機系統(tǒng)通過遠程遙控系統(tǒng)進行收集信息，在惡劣的環(huán)境中，人力無法到達的地方，無人機就派上了用場，操作控制無人機即可通過惡劣的環(huán)境中，來手機信息進行工作。例如，某海底輸油管道因為操作人員的違規(guī)使用致使原油泄漏，造成海洋污染，影響居民生活對居民的健康造成很大影響，這個時候就可以使用無人機進行檢測和收集信息，利用信息進行整理來制定準確的方案，提高信息利用的效率，保護了工作人員的安全。

2.3大氣環(huán)境監(jiān)測方面

地面監(jiān)測是目前大氣環(huán)境監(jiān)測的主要手段，而對于一些排煙類的大氣污染物還沒有很好的浮空采樣監(jiān)測方法。無人機可以很好地彌補這一方面的缺陷，可以人工控制其在空中位置的停留并進行監(jiān)測，這樣極大地降低了大氣環(huán)境中高空污染物的檢測難度。在大氣環(huán)境監(jiān)測方面，目前我國的無人機遙感技術可以實時監(jiān)測環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、粒子濃度、二氧化氮和臭氧等指標。例如，楊海軍等人以化學工業(yè)區(qū)為研究對象，利用無人機遙感技術對污染氣體中的NO、CO、SO2等進行監(jiān)測。在對我國大氣環(huán)境進行實時監(jiān)測的同時，無人機可以通過搭載采樣器的方式，采集大氣樣本。其返回實驗室后，人們可以進行進一步的檢測分析。無人機遙感技術所具有的視野、高度、連續(xù)性是傳統(tǒng)的人工取樣方式所無法達到的。

2.4在空氣質量環(huán)境監(jiān)測中的運用

大工業(yè)的發(fā)展，雖然帶來了經濟的高速發(fā)展，工業(yè)生產過程中排放的廢氣也成為了一大問題，機械設備的運轉，汽油、煤炭燃燒的石油化工廢氣，機動車排放的廢氣對大氣的污染十分嚴重。無人機的使用刻不容緩，在檢測方面無人機遙感技術發(fā)揮著重要作用，通過設備檢測獲得遙感圖像，根據(jù)圖像可以知道監(jiān)測中的各個指標其中有二氧化氮、PM2.5、溫度、濕度等成分。利用無人機可以采集大氣樣本在進行分析檢測，通過地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理與分析，對大氣安全指標進行對比。

2.5環(huán)境應急監(jiān)測方面

在發(fā)生突發(fā)事件后，尤其是比較嚴重的環(huán)境污染事故，現(xiàn)場的情況非常危險，也有可能遇到交通不便或相關人員無法進入污染區(qū)域的情況。無人機遙感技術一方面可以保障相關人員的人身安全，另一方面也能夠大大降低應急工作難度，提高應急工作效率。在這種情況下，無人機遙感技術可以迅速到達指定地點，通過搭載影像設備，懸浮在事故區(qū)域上空，全方位地觀察事故現(xiàn)場的實際情況，如污染物擴散、周邊環(huán)境布局、事故發(fā)展程度等情況，為應急事件的處理和決策提供準確有效的數(shù)據(jù)信息。比如，在2010年大連新港的輸油管線爆炸事故中，爆炸引起大量原油流入海域，造成了50km2海域的污染。傳統(tǒng)技術是無法對事故進行快速的監(jiān)測和控制的，因此環(huán)保部門及時調配無人機進行監(jiān)測，在環(huán)境比較惡劣的情況下，完成低空飛行作業(yè)，迅速提供了準確的原油污染監(jiān)測數(shù)據(jù)，為應急處理人員提供了至關重要的技術支持。

3無人機遙感技術應用展望

我國自加入《巴黎協(xié)定》氣候變化協(xié)議后，在環(huán)境保護領域開展多項工作。通過近幾年來無人機技術在民領域的應用情況可以看出，無人機遙感技術能夠從空間維度上對環(huán)境變化進行監(jiān)測，為環(huán)境監(jiān)察提供切實依據(jù)。但是，除了上述應用優(yōu)勢外，也存在一定問題。其一，采集影像幅寬相對較小，比較容易出現(xiàn)漏拍現(xiàn)象，在一定程度增加數(shù)據(jù)處理工作量。為有效避免此類問題，應結合環(huán)境監(jiān)測作業(yè)區(qū)域內部現(xiàn)有地形圖，科學合理設計GCP分布，及時提升幾何糾正精度。其二，遙感技術控制下的無人機，在使用過程中，由于無人機質量輕，其所能產生的慣性比較有限，因此導致飛行姿態(tài)缺乏穩(wěn)定性，導致數(shù)據(jù)采集排列出現(xiàn)一定問題。針對這個問題，建議對無人機硬件平臺缺陷進行囧事還進，強化飛行穩(wěn)定性及安全性。也就是說，我們既要看到無人機遙感技術的應用優(yōu)勢，也要正視技術問題，采取一定方法進行相應控制，使無人機技術發(fā)揮最大性能。

結語