生態(tài)遙感監(jiān)測中無人機應用初探

姜昊 王雅璇 谷唯實 楊永貴 趙志雨

摘要：無人機如今已成為電力能源巡檢巡查，警務安全預警，環(huán)境保護監(jiān)測等方面的新興技術，在生態(tài)遙感監(jiān)測工作中，無人機技術的應用大大提高了工作效率，為生態(tài)遙感監(jiān)測工作和遙感野外核查工作提供了新的工作思路和方式。

關鍵詞：無人機;生態(tài)遙感監(jiān)測;遙感野外核查;人類活動斑塊核查;典型地物核查

1 生態(tài)遙感監(jiān)測工作中無人機的類型和優(yōu)劣勢分析：

在遙感野外核查工作中，主要使用的無人機是多旋翼無人機，對于固定翼無人機，多旋翼無人機主要具有以下兩點劣勢：

一是續(xù)航能力不足，固定翼無人機主要采用內(nèi)燃機動力系統(tǒng)，多旋翼無人機則多采用電動動力，固定翼無人機更加合理的氣動布局和強大的動力系統(tǒng)使得其具有長達數(shù)個小時的續(xù)航時間，而相對于固定翼無人機，采用電動動力的多旋翼無人機由于特殊的氣動布局使得飛行阻力較大，其電動動力也無法持續(xù)輸出較大的動力，使得多旋翼無人機續(xù)航時間基本上都局限在40分鐘之內(nèi)[1]。

二是飛行速度不高，多旋翼無人機的空氣動力布局類似于直升機布局，阻力更大。而固定翼無人機和普通飛機空氣動力布局相似，使得其飛行速度更快，可以覆蓋更大的飛行范圍。

而在遙感野外核查工作中，主要使用的無人機是多旋翼無人機[2]。

云南省生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測主要選用了多旋翼無人機來進行相關監(jiān)測和野外核查工作。

2 生態(tài)遙感監(jiān)測工作中無人機的任務分工：

在云南省生態(tài)遙感監(jiān)測工作中，有多種類型的無人機滿足不同的工作需要和不同的工作時長。

對于作業(yè)區(qū)域地形復雜，海拔較高，通達性較差的地區(qū)，一般采用的是大型多旋翼無人機進行飛行作業(yè)，大型多旋翼無人機由于結構穩(wěn)定，抗風能力較強，同時電池容量更大，續(xù)航能力更高，能夠滿足目標區(qū)域通達性較低，起降地距離目標區(qū)域較遠的工作任務[3]。

在作業(yè)區(qū)域需要高質量的無人機航拍影像，一次需要作業(yè)多個區(qū)域，而起降條件又較好的情況下，一般采用中型無人機，中型無人機能夠在幾小時內(nèi)起降多個架次，滿足多個區(qū)域的航拍作業(yè)需求。

對于應急飛行作業(yè)和需要最大限度的便攜的情況下，一般采用小型無人機進行作業(yè)。在需要進行應急飛行作業(yè)的時候，小型無人機尺寸非常適合攜帶 [4-5]。

3 生態(tài)遙感監(jiān)測工作中無人機的工作流程：

國家構建“天、空、地”一體化監(jiān)測網(wǎng)絡進行生態(tài)監(jiān)測工作中，無人機為生態(tài)環(huán)境保護監(jiān)測與環(huán)境保護決策提供更為完整的“問題發(fā)現(xiàn)”感知體系，提升生物多樣性監(jiān)測能力的目的[6]。

“天、空、地”一體化監(jiān)測形成遙感監(jiān)測和地面監(jiān)測相結合的天地一體化的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡[7-8]，協(xié)同豐富監(jiān)測手段和提升監(jiān)測能力。

3.1 云南省環(huán)境遙感監(jiān)測中無人機使用概況

云南省運用無人機進行環(huán)境監(jiān)測，屬于環(huán)境保護信息化智慧化感知層建設中的重要一環(huán)，在生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測工作中，最早在2017年就已開始探索使用無人機技術進行監(jiān)測工作。

最早使用無人機進行作業(yè)的是在云南省環(huán)境監(jiān)測工作中主要起到輔助野外核查工作、對人類活動斑塊的影像獲取、對研究區(qū)域進行針對性的航空攝影工作[9-10]。

3.2 輔助生態(tài)遙感野外核查的無人機工作模式

在輔助生態(tài)遙感野外核查工作中，主要采取的方式是以在空中搜尋典型地物的方式，搜尋典型地物之后，對典型地物進行航空攝影，國家遙感監(jiān)測野外核查中要求對典型地物進行的照片影像獲取按一張近景一張全景的方式獲取，使用無人機進行照片獲取能夠以較快的速度和較高的效率同時進行典型地物的搜尋和照片的拍攝，大大減輕了工作難度，提高了工作效率[11]。同時，因云南省地形復雜，道路通達性較差，無人機的應用則大大減輕了在道路上通行的時間成本，提高了工作效率。小型無人機滿負荷飛行一個架次飛行能夠拍攝10到20個點位的照片，效率提高非常明顯。

以云南為例，首先以對比以年為時間尺度的兩期遙感衛(wèi)星影像，疊加針對兩期影像所做的遙感解譯結果，分析兩期影像中土地利用狀況的年際變化，篩查典型土地利用變化圖斑（人類活動，生態(tài)災害等）并對典型圖斑的道路通達性進行分析和規(guī)劃，選擇具有較高通達性和斑塊特征典型性的斑塊進行核查。

3.3 人類活動斑塊核查的無人機工作模式

人類活動斑塊的影像獲取方面，由于在前期運用無人機野外核查工作中積累了大量的經(jīng)驗，云南省環(huán)境監(jiān)測中心將工作人員分為“內(nèi)業(yè)組”和“外業(yè)組”兩組人員，采用“內(nèi)外業(yè)分組協(xié)同”的方式對云南省重點區(qū)域人類活動斑塊進行影像獲取[14]。

云南省地形復雜，地形高差較大，土地利用斑塊破碎度高，形成了一系列的具有鮮明特點的典型區(qū)域，同時圍繞典型區(qū)域或高原湖泊的人類活動，又能夠形成一系列值得關注并且研究的典型區(qū)域和典型斑塊。而無人機航空攝影照片的獲取，又為研究這些區(qū)域和斑塊提供了直觀、獨特、能夠如實反映典型區(qū)域和斑塊的研究素材。

參考文獻：

[1]基于小型無人機及遙感技術的甘南州生態(tài)環(huán)境狀況監(jiān)測[J].楊青，張強，陸蔭，楊淑霞.綠色科技.2020（10）

[2]無人機航片和衛(wèi)星影像融合算法[J].牛麗峰，李軼鯤，楊樹文，李小軍.遙感信息.2019（04）

[3]基于遙感技術的植被蓋度動態(tài)變化在環(huán)保驗收中的應用研究[J].田雷，沈毅，葉慧海，董博昶，付金生.水土保持研究.2009（02）

[4]淺談環(huán)境保護領域內(nèi)無人機遙感系統(tǒng)的應用[J].蔡麗，付博.企業(yè)技術開發(fā).2014（26）

[5]基于無人機遙感技術的環(huán)境監(jiān)測研究進展[J].謝濤，劉銳，胡秋紅，姚新.環(huán)境科技.2013（04）

[6]無人機遙感技術在森林資源調(diào)查中的應用研究進展[J].賈慧，楊柳，鄭景飚.浙江林業(yè)科技.2018（04）

[7]水源地污染源無人機遙感監(jiān)測[J].洪運富，楊海軍，李營，蔡明珂，朱海濤，趙爽，郭會敏.中國環(huán)境監(jiān)測.2015（05）

[8]基于微小型無人機的遙感信息獲取關鍵技術綜述[J].汪沛，羅錫文，周志艷，臧英，胡煉.農(nóng)業(yè)工程學報.2014（18）