無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用研究。

黃樂(lè)輝 王欣欣

摘要：本文對(duì)無(wú)人機(jī)遙感的定義作了具體闡述，在分析其基本構(gòu)成部分的基礎(chǔ)上，對(duì)其應(yīng)用特征作了分析，重點(diǎn)關(guān)注了無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)在環(huán)境保護(hù)中的現(xiàn)實(shí)作用與價(jià)值。實(shí)踐表明，無(wú)人機(jī)在生態(tài)保護(hù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、突發(fā)環(huán)境事件和建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)等方面表現(xiàn)出顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，其市場(chǎng)應(yīng)用前景十分廣闊。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)；環(huán)境保護(hù)；應(yīng)用研究

如今，隨著我國(guó)的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程的加速推進(jìn)，人們面臨的環(huán)境壓力在不斷地增大，環(huán)境保護(hù)要處理的任務(wù)也在不斷地增多。許多突發(fā)事件會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，使得環(huán)境污染的防治和減排壓力在不斷增加，對(duì)于安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了較大的影響。但是，以往的環(huán)境保護(hù)和地面檢測(cè)手段能夠測(cè)量的范圍不大，而且發(fā)揮的作用十分有限，難以在時(shí)空上保持持續(xù)性，無(wú)法對(duì)環(huán)境的質(zhì)量和動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行回應(yīng)，所以無(wú)法跟上社會(huì)快速發(fā)展的需要。由此，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)誕生。無(wú)人機(jī)技術(shù)作為一項(xiàng)空間數(shù)據(jù)獲取的新手段，具有續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、影像實(shí)時(shí)傳輸、高危地區(qū)探測(cè)、成本低、分辨率高、機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，可作為航空、航天遙感的有力補(bǔ)充，能夠提高污染物排放量和生態(tài)環(huán)境狀況核定的精度，是對(duì)常規(guī)環(huán)境監(jiān)測(cè)、突發(fā)環(huán)境污染災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)的重要補(bǔ)充手段。

一、無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的基本組成

無(wú)人機(jī)（UAV），指的是一種無(wú)人駕駛飛行器，其操作可以為機(jī)載計(jì)算機(jī)控制，也可為無(wú)線電遙感設(shè)備控制。從無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)構(gòu)成角度來(lái)分析，其主要部分如下：實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)、動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)決策系統(tǒng)、遙感監(jiān)測(cè)平臺(tái)、地面保障系統(tǒng)、地面測(cè)控系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)、數(shù)據(jù)鏈路與后期處理系統(tǒng)。

無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)實(shí)際上是無(wú)人機(jī)裝置，其屬于飛行載體，配置有傳感器、導(dǎo)航器等裝置。在實(shí)際應(yīng)用中可以依據(jù)作業(yè)需要，在飛行平臺(tái)中可以針對(duì)性布置任務(wù)設(shè)備，從而獲取特定的遙感數(shù)據(jù)。飛行導(dǎo)航控制系統(tǒng)主要包括GPS接收裝置、慣性導(dǎo)航裝置、飛行控制板與空速、轉(zhuǎn)速、氣壓傳感器等。地面監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成主要包括計(jì)算機(jī)、無(wú)線電遙控器、相關(guān)操作軟件與供電系統(tǒng)等，該部分是無(wú)人機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控的核心部分。任務(wù)設(shè)備即實(shí)現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)與影像捕獲的相關(guān)設(shè)備，其多以特殊傳感器或高分辨率攝像機(jī)為主，固定安裝在無(wú)人機(jī)任務(wù)倉(cāng)中?；谶b感傳感器控制裝置來(lái)分析，其支持等距離間隔運(yùn)行、等時(shí)間間隔運(yùn)行與載荷定點(diǎn)運(yùn)行等功能，在設(shè)計(jì)上要求與控制系統(tǒng)、飛行導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，可以對(duì)飛行平臺(tái)的運(yùn)行狀態(tài)、經(jīng)緯度與高度等參數(shù)進(jìn)行記錄。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)可以分地面與空中兩個(gè)部分，其均配置有天線、數(shù)據(jù)傳輸接口及電臺(tái)裝置，其承擔(dān)著地面監(jiān)控中心與無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)之間的控制指令與數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。在固定翼無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)中，還配置了發(fā)射與回收系統(tǒng)。野外保障裝備是指無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)野外工作的運(yùn)輸裝備和機(jī)械維護(hù)裝備等，是無(wú)人機(jī)航攝作業(yè)的基本保障。

二、無(wú)人機(jī)應(yīng)用特點(diǎn)

從實(shí)踐操作角度來(lái)分析，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)表現(xiàn)出眾多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，可以作為航空航天遙感外的一種補(bǔ)充監(jiān)測(cè)方式。具體優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為：

第一，有很強(qiáng)的目的性。無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，可以依據(jù)作業(yè)需求，針對(duì)性配置不同軟件與遙感設(shè)備，可以為不同類型遙感監(jiān)測(cè)、不同行業(yè)監(jiān)測(cè)提供支持。

第二，快速對(duì)外部進(jìn)行響應(yīng)。無(wú)人機(jī)系統(tǒng)能夠在短時(shí)期內(nèi)進(jìn)行較快的運(yùn)輸、容易進(jìn)行操作，只要進(jìn)行短時(shí)間的準(zhǔn)備工作，則可以快速飛行至檢測(cè)區(qū)域，可以在1-2h內(nèi)，獲得遙感監(jiān)測(cè)參數(shù)。

第三，成本低。無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)相對(duì)有人駕駛飛機(jī)來(lái)看，其作業(yè)成本更低，且飛行控制十分簡(jiǎn)單，操控人員可通過(guò)簡(jiǎn)單培訓(xùn)后使用無(wú)人機(jī)設(shè)備，設(shè)備的存放和維護(hù)工作會(huì)變得十分的便利，可以減少設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和維護(hù)的成本。

第四，圖像分辨率清晰。無(wú)人機(jī)遙感捕獲的圖像質(zhì)量較高，其分辨率可以為分米級(jí)，在1：1萬(wàn)甚至更大比例尺應(yīng)用中具備優(yōu)勢(shì)。在無(wú)人機(jī)中可以配置數(shù)碼成像設(shè)備，以確保其作業(yè)精度，可以支持傾斜、垂直與覆蓋等方式的成像。

第五，使用便利。在具體操作上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化作業(yè)，操控十分簡(jiǎn)單，且其支持故障自動(dòng)診斷操作。在飛行過(guò)程中出現(xiàn)故障或失靈問(wèn)題，可自動(dòng)飛回起飛點(diǎn)位置，并保持盤(pán)旋狀態(tài)。故障消除后，可繼續(xù)回到原來(lái)的地點(diǎn)執(zhí)行飛行任務(wù)。

三、無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用

1.在建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)管理中的應(yīng)用

基于項(xiàng)目建設(shè)環(huán)境評(píng)估問(wèn)題來(lái)分析，環(huán)評(píng)單位在進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)文件編寫(xiě)時(shí)，需分析項(xiàng)目區(qū)域的地形狀況，如項(xiàng)目處于重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域或城市近郊，則可通過(guò)測(cè)繪部門(mén)、規(guī)劃部門(mén)獲得相關(guān)圖像，而在偏遠(yuǎn)的區(qū)域，則無(wú)法達(dá)到上述目標(biāo)。就算是能夠找到圖紙，也可能是時(shí)代久遠(yuǎn)，或者是低精度的圖像，難以用于充當(dāng)?shù)讏D使用。如采取臨時(shí)安排人員繪制，則會(huì)讓評(píng)價(jià)文件的編制時(shí)間延后，而一些環(huán)評(píng)單位為在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成測(cè)評(píng)，會(huì)選擇一些清晰度較差、時(shí)效性不足的圖件作為底圖進(jìn)行分析。無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)能夠?yàn)樯鲜鰡?wèn)題找到解決措施，它能夠在環(huán)評(píng)單位找到清晰度強(qiáng)的，而且是時(shí)效性高的圖像作為底圖，能夠降低在危險(xiǎn)、偏遠(yuǎn)地區(qū)的踏勘作業(yè)量，并有效保障環(huán)境影響評(píng)價(jià)作業(yè)的效率，可以為環(huán)保部門(mén)項(xiàng)目審批提供可靠數(shù)據(jù)。將無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)應(yīng)用于項(xiàng)目建設(shè)環(huán)保驗(yàn)收環(huán)節(jié)，可以將該環(huán)節(jié)的圖件與環(huán)境影響評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)的圖件進(jìn)行對(duì)比，從而更為清晰的了解項(xiàng)目建設(shè)范圍、平面變化、生態(tài)破壞及恢復(fù)、居民拆遷等相關(guān)問(wèn)題，能夠有效地評(píng)估項(xiàng)目建設(shè)對(duì)于周圍地區(qū)的影響。

2.突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)

在對(duì)突發(fā)環(huán)境事件進(jìn)行監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，無(wú)人機(jī)技術(shù)借助于自身的優(yōu)勢(shì)，能夠在第一時(shí)間里取得突發(fā)環(huán)境事件所在區(qū)域的環(huán)境發(fā)展現(xiàn)狀、影響區(qū)域和傳播范圍等信息。用無(wú)人機(jī)技術(shù)對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)高技術(shù)的工作，可為環(huán)境事件進(jìn)行及時(shí)處理和決策提供出重要的依據(jù)。

在2010年7月16日，因違規(guī)操作，大連新港內(nèi)一艘30萬(wàn)噸級(jí)油輪輸油管線路爆炸，造成了大火，并讓大量原油入海，引起50k㎡海面污染。國(guó)家環(huán)境保護(hù)部門(mén)立即安排無(wú)人機(jī)進(jìn)行監(jiān)察，實(shí)現(xiàn)了天空地三位一體的同步監(jiān)測(cè)，這是環(huán)境保護(hù)部在執(zhí)行環(huán)境監(jiān)測(cè)任務(wù)的時(shí)候，首次利用無(wú)人機(jī)開(kāi)展重大環(huán)境事故的監(jiān)測(cè)工作。在惡劣條件下無(wú)人機(jī)順利完成了低空偵查任務(wù)，獲得了大量海面油污數(shù)據(jù)，對(duì)溢油進(jìn)展進(jìn)行了動(dòng)態(tài)跟蹤，為應(yīng)急管理提供了寶貴數(shù)據(jù)。

3.在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)能夠在更加廣泛的范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)性的監(jiān)測(cè)，可迅速對(duì)環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行分析和查找。借助系統(tǒng)配置的多光譜成像儀裝置，可以獲得相應(yīng)的多光譜圖像，對(duì)地表水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，可以提供排污口污染信息、懸浮物、水華、水體透明度等新，依據(jù)這些信息推出專題圖，進(jìn)而對(duì)污染物進(jìn)行了監(jiān)測(cè)?？梢詫⒁苿?dòng)大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置安裝至無(wú)人機(jī)平臺(tái)之中，借助該裝置來(lái)完成相關(guān)區(qū)域的大氣狀況監(jiān)測(cè)與分析。

4.在生態(tài)保護(hù)中的應(yīng)用

由于自然保護(hù)區(qū)和飲用水源保護(hù)區(qū)都是位置偏遠(yuǎn)，面積廣大，而且是交通不便利的區(qū)域，所以對(duì)生態(tài)保護(hù)工作無(wú)法細(xì)致的推進(jìn)。環(huán)保部門(mén)能夠借助于無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)，并在每年的同一時(shí)間里取得特殊保護(hù)區(qū)域內(nèi)的具體影像，對(duì)這些影像資料進(jìn)行逐年分析，通過(guò)處理可以直觀了解到環(huán)境植被覆蓋度變化狀況，了解其生態(tài)環(huán)境的動(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程。通過(guò)無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)所捕獲的遙感圖像，其分辨率較高，借助這種優(yōu)勢(shì)，可以對(duì)區(qū)域內(nèi)不同植被類型的替代現(xiàn)象進(jìn)行分析，為區(qū)域植物生態(tài)研究提供具體資料。無(wú)人機(jī)還可捕獲非法侵占自然保護(hù)區(qū)的影像，為生態(tài)保護(hù)與執(zhí)法提供現(xiàn)實(shí)依據(jù)。

四、發(fā)展方向與前景展望

在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，要想讓無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)發(fā)揮更為顯著的作用，需要關(guān)注以下問(wèn)題，做出積極改進(jìn)。

（1）研發(fā)智能傳感器裝置，為多類別污染因子監(jiān)測(cè)提供支持，開(kāi)發(fā)各類應(yīng)用軟件，面向不同用戶提供特定的影像資料與數(shù)據(jù)信息。

（2）科學(xué)選定評(píng)價(jià)指標(biāo)與模式，進(jìn)一步探索無(wú)人機(jī)遙感在環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)領(lǐng)域的應(yīng)用方法。

（3）培養(yǎng)復(fù)合型人才，要求其具備外業(yè)飛行、數(shù)據(jù)處理、環(huán)節(jié)保護(hù)、遙感技術(shù)等知識(shí)，構(gòu)建高水平的作業(yè)隊(duì)伍。在未來(lái)發(fā)展中，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)會(huì)在多個(gè)領(lǐng)域獲得深度應(yīng)用，如救援、地質(zhì)、國(guó)土、林業(yè)與規(guī)劃等。

無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)已經(jīng)具有較大的優(yōu)勢(shì)，能夠在新的歷史時(shí)期更好地為環(huán)境保護(hù)工作的開(kāi)展提供重要的技術(shù)支持，適應(yīng)未來(lái)工作的要求，繼續(xù)為我國(guó)環(huán)境保護(hù)事業(yè)的發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。