無人機如何進行環境監測？
無人機參與大氣環境巡查
針(zhen)對(dui)大(da)(da)氣污染(ran)治(zhi)理，環(huan)境(jing)(jing)保護部(bu)副部(bu)長翟青日前(qian)在國務(wu)院(yuan)新聞辦舉(ju)行的(de)新聞發布會上指出，中國正在從(cong)國家宏觀戰(zhan)略層面對(dui)大(da)(da)氣污染(ran)防(fang)治(zhi)進(jin)(jin)行科(ke)學的(de)頂層設(she)計，提出“一攬子(zi)”環(huan)境(jing)(jing)政策(ce)和經濟政策(ce)，分區施策(ce)、分階段推動(dong)(dong)(dong)。為實現這一目標，從(cong)去年(nian)10月(yue)開始，環(huan)境(jing)(jing)保護部(bu)每個(ge)月(yue)都組織一次重點區域的(de)執法監(jian)察(cha)活動(dong)(dong)(dong)，其間還動(dong)(dong)(dong)用了(le)無(wu)人機，大(da)(da)尺度、大(da)(da)范圍(wei)地進(jin)(jin)行巡查。無(wu)人機如何進(jin)(jin)行環(huan)境(jing)(jing)監(jian)測？它(ta)有哪些優勢(shi)？本期應知為您(nin)解讀。
何為無人機？
無(wu)(wu)(wu)(wu)人(ren)(ren)機(ji)(ji)是一種以(yi)無(wu)(wu)(wu)(wu)線(xian)電(dian)遙控(kong)或(huo)由自(zi)身程序控(kong)制為主的(de)不載(zai)人(ren)(ren)飛(fei)(fei)機(ji)(ji)。按照系(xi)統組(zu)成和飛(fei)(fei)行特點，無(wu)(wu)(wu)(wu)人(ren)(ren)機(ji)(ji)可分為固(gu)(gu)定翼(yi)(yi)型(xing)無(wu)(wu)(wu)(wu)人(ren)(ren)機(ji)(ji)、無(wu)(wu)(wu)(wu)人(ren)(ren)駕(jia)駛直升機(ji)(ji)兩大類。固(gu)(gu)定翼(yi)(yi)型(xing)無(wu)(wu)(wu)(wu)人(ren)(ren)機(ji)(ji)通過動力(li)系(xi)統和機(ji)(ji)翼(yi)(yi)的(de)滑行實現(xian)(xian)起降和飛(fei)(fei)行，遙控(kong)飛(fei)(fei)行和程控(kong)飛(fei)(fei)行均容易實現(xian)(xian)，抗風能力(li)也比較強，類型(xing)較多(duo)，能同時搭載(zai)多(duo)種遙感(gan)(gan)傳(chuan)感(gan)(gan)器。固(gu)(gu)定翼(yi)(yi)型(xing)無(wu)(wu)(wu)(wu)人(ren)(ren)機(ji)(ji)的(de)起降需要比較空曠的(de)場(chang)地(di)，多(duo)應用于礦山資(zi)源(yuan)(yuan)監(jian)測(ce)、林業(ye)和草場(chang)監(jian)測(ce)、海洋環境監(jian)測(ce)、污染源(yuan)(yuan)及擴散態勢監(jian)測(ce)、土地(di)利(li)(li)用監(jian)測(ce)以(yi)及水利(li)(li)、電(dian)力(li)等領(ling)域(yu)。
無人機用(yong)(yong)于環境監測主要是(shi)以遙(yao)感(gan)(gan)(UAVRS)技術作為航(hang)空遙(yao)感(gan)(gan)手段，具有續航(hang)時間(jian)長(chang)、影像(xiang)實(shi)時傳(chuan)輸、高危(wei)地區(qu)探測、成本低、高分辨率、機動靈(ling)活等優點，是(shi)衛(wei)星遙(yao)感(gan)(gan)與有人機航(hang)空遙(yao)感(gan)(gan)的有力補充(chong)，在國外已得到廣泛應用(yong)(yong)。
其利用(yong)高分辨CCD相(xiang)機(ji)系統(tong)獲取遙(yao)感(gan)影(ying)像(xiang)，利用(yong)空(kong)中和地面(mian)控(kong)制系統(tong)實現(xian)影(ying)像(xiang)的自(zi)動拍攝和獲取，同時(shi)實現(xian)航(hang)(hang)跡的規(gui)劃和監控(kong)、信息數據的壓縮(suo)和自(zi)動傳輸、影(ying)像(xiang)預處理等功能，可(ke)(ke)為各級環(huan)(huan)(huan)境(jing)(jing)監測部門及環(huan)(huan)(huan)境(jing)(jing)信息化(hua)建設(she)提供(gong)一體(ti)化(hua)的解決(jue)方案(an)，并可(ke)(ke)滿足(zu)環(huan)(huan)(huan)境(jing)(jing)應急(ji)響(xiang)應的需求。去年我國首架自(zi)主研發的環(huan)(huan)(huan)境(jing)(jing)應急(ji)監測無人機(ji)的亮相(xiang)，使環(huan)(huan)(huan)保系統(tong)航(hang)(hang)空(kong)無人機(ji)遙(yao)感(gan)能力建設(she)邁上了新臺階。
目前我國已(yi)啟用無人(ren)機對一些重污染(ran)區域(yu)進(jin)(jin)行(xing)高(gao)空排查(cha)，針對污染(ran)企業過于(yu)分散(san)、發現(xian)不全等問題，以進(jin)(jin)一步擴大巡查(cha)范圍。據介紹(shao)，自去年底(di)啟用無人(ren)機以來，已(yi)幫助督促解決(jue)200多起環(huan)境違法案件(jian)。
小百科
“天地空”一體化監測
大氣環境治理首(shou)先要(yao)知道(dao)污染源現(xian)狀，這是重(zhong)要(yao)的前期監測(ce)(ce)工(gong)作。傳統(tong)的監測(ce)(ce)方式以地面監測(ce)(ce)站為(wei)主(zhu)，現(xian)在(zai)發展成在(zai)線監測(ce)(ce)，通過網絡(luo)(luo)建立傳感系統(tong)監測(ce)(ce)。但從傳統(tong)監測(ce)(ce)到網絡(luo)(luo)監測(ce)(ce)，依然無法(fa)滿足新時期環境監測(ce)(ce)的要(yao)求。
我國氣象、陸地(di)、海洋和測(ce)繪四大類衛星的(de)(de)成(cheng)功發(fa)射，遙感技術在空氣質量監(jian)測(ce)方(fang)面(mian)(mian)的(de)(de)應(ying)用取得了重(zhong)要成(cheng)果。目前環境(jing)保護部圍繞形(xing)成(cheng)“天地(di)空”一(yi)體(ti)(ti)化監(jian)測(ce)能力的(de)(de)目標，全面(mian)(mian)開展環境(jing)衛星系(xi)統工程建(jian)(jian)設、技術體(ti)(ti)系(xi)和業務(wu)運行體(ti)(ti)系(xi)的(de)(de)建(jian)(jian)設，其核(he)心優(you)勢是將空監(jian)測(ce)、地(di)監(jian)測(ce)的(de)(de)數據進行融合(he)(he)，將來(lai)自衛星、航空以及地(di)面(mian)(mian)的(de)(de)數據融合(he)(he)起(qi)來(lai)，最終通過(guo)一(yi)個平臺展現出(chu)來(lai)，從而有效(xiao)避免地(di)面(mian)(mian)監(jian)測(ce)、遙感監(jian)測(ce)存在的(de)(de)單方(fang)面(mian)(mian)局限性。
“天(tian)地(di)空(kong)”一體化監(jian)測(ce)具有(you)大(da)范(fan)圍、動態、全(quan)(quan)天(tian)候、全(quan)(quan)天(tian)時(shi)等(deng)(deng)優勢，對(dui)沙塵暴(bao)、霧霾等(deng)(deng)天(tian)氣現(xian)象做到實時(shi)監(jian)測(ce)。以長(chang)三(san)(san)角(jiao)、珠三(san)(san)角(jiao)、京津(jin)冀等(deng)(deng)城市群(qun)環境空(kong)氣監(jian)測(ce)為例，進行了環境空(kong)氣遙(yao)(yao)感(gan)監(jian)測(ce)技(ji)術(shu)應用示(shi)范(fan)，同(tong)時(shi)在全(quan)(quan)國(guo)秸稈(gan)焚燒遙(yao)(yao)感(gan)監(jian)測(ce)、北方(fang)地(di)區沙塵暴(bao)遙(yao)(yao)感(gan)監(jian)測(ce)、城市顆粒物(wu)遙(yao)(yao)感(gan)監(jian)測(ce)等(deng)(deng)方(fang)面發揮了很大(da)作用。
無人機監測有哪些優勢？
快速、高效
針對應急事(shi)件，無人機可立刻對監測區進行(xing)大(da)范圍監測，單臺無人機日監測能力(li)最高達到200~320平(ping)方公里。監測結果能在短時間內生成高清晰(xi)圖像數據(ju)和水體透明度、富營(ying)養化等多種專題數據(ju)。污染事(shi)故發(fa)生后可快速提供三維水體污染狀(zhuang)況變化預(yu)估并(bing)發(fa)布(bu)，用于(yu)決策(ce)。
直觀、全面
無人(ren)機拍攝生成的(de)高(gao)清晰圖像可(ke)(ke)直(zhi)觀(guan)(guan)辨(bian)別污(wu)染(ran)(ran)(ran)源(yuan)、污(wu)染(ran)(ran)(ran)口(kou)、可(ke)(ke)見漂(piao)浮物等，并生成分布(bu)圖，為環(huan)境(jing)(jing)評價、環(huan)境(jing)(jing)監(jian)察提供依(yi)據(ju)。其生成的(de)多(duo)光(guang)譜圖像可(ke)(ke)直(zhi)觀(guan)(guan)、全(quan)面地(di)監(jian)測(ce)地(di)表水環(huan)境(jing)(jing)質量狀況，水質富營養(yang)化(hua)、水華、有機污(wu)染(ran)(ran)(ran)程度及清澈(che)透(tou)明程度、排污(wu)口(kou)排水污(wu)染(ran)(ran)(ran)程度等信息的(de)專題(ti)圖，從而達(da)到對(dui)水質特征污(wu)染(ran)(ran)(ran)物監(jian)視(shi)性監(jian)測(ce)的(de)目的(de)。其結果能直(zhi)觀(guan)(guan)、全(quan)面地(di)演示水域環(huan)境(jing)(jing)狀況，對(dui)污(wu)染(ran)(ran)(ran)物影響(xiang)程度和(he)范(fan)圍(wei)進(jin)行監(jian)測(ce)和(he)預(yu)警(jing)，從而達(da)到為水污(wu)染(ran)(ran)(ran)事(shi)故處理處置提供支撐的(de)目的(de)。
大尺度、宏觀性
無人機通過(guo)(guo)不同航高可實(shi)現高空(kong)間、大面積監(jian)(jian)測(ce)，也可實(shi)現低空(kong)間較(jiao)小范(fan)圍(wei)精確監(jian)(jian)測(ce)，也可多(duo)架、多(duo)次同時(shi)對上萬平方公(gong)里(li)測(ce)區(qu)(qu)進行監(jian)(jian)測(ce)。通過(guo)(guo)多(duo)光譜分析，得到大面積測(ce)區(qu)(qu)的(de)各項監(jian)(jian)測(ce)數(shu)據，以面信(xin)息結合傳統點信(xin)息，從而為(wei)整個(ge)測(ce)區(qu)(qu)宏觀(guan)環境(jing)評價提供依據。通過(guo)(guo)全面展示測(ce)區(qu)(qu)環境(jing)狀況(kuang)、測(ce)區(qu)(qu)污(wu)染物(wu)影(ying)響程度、范(fan)圍(wei)，為(wei)相關部門(men)決策提供演示。
高分辨率、處理速度快
無人機上搭載的(de)攝像裝備其(qi)影(ying)像分(fen)辨率可以達到0.1~0.5米，分(fen)辨率優于目前(qian)國內外一些高分(fen)辨率衛(wei)星影(ying)像數據；數據采集(ji)和處理速度快，其(qi)采集(ji)能(neng)力能(neng)達到每天采集(ji)和處理近4000平方公里。
成本低、集成性強
兼具衛星影(ying)像的價格和(he)航空影(ying)像的快(kuai)速(su)采集優勢(shi)，采用高(gao)性能自動(dong)處(chu)理(li)技術，可(ke)完(wan)成數(shu)據(ju)的預處(chu)理(li)、精(jing)加工及鑲嵌及高(gao)程數(shu)據(ju)生成，整體(ti)數(shu)據(ju)費(fei)用低。能與GIS及遙感應(ying)用系(xi)統方(fang)便集成，可(ke)快(kuai)速(su)搭建(jian)環保應(ying)用，能保障(zhang)提供(gong)綜合(he)和(he)周期性的服務。
小知識
無人機應用實例
美國
美國(guo)全(quan)國(guo)境內都已經普遍(bian)開展(zhan)使(shi)用(yong)無人(ren)(ren)機(ji)進(jin)行(xing)環境監測(ce)的(de)工作。當美國(guo)宇航(hang)局使(shi)用(yong)無人(ren)(ren)機(ji)對颶風和熱(re)帶風暴(bao)系統進(jin)行(xing)監測(ce)研究(jiu)時，其他聯邦政府(fu)部門和私人(ren)(ren)機(ji)構也在大量使(shi)用(yong)小(xiao)型無人(ren)(ren)機(ji)進(jin)行(xing)各項工作，比如從監測(ce)科羅(luo)拉多(duo)的(de)鳥類數量到(dao)監測(ce)夏(xia)威(wei)夷火山的(de)活動(dong)。
日本
日本減災組織使(shi)用(yong)無人(ren)(ren)機(ji)攜(xie)帶(dai)高精度數碼攝像(xiang)機(ji)和雷達(da)掃描儀對正在噴發的(de)火山(shan)進(jin)行(xing)調(diao)查(cha)，無人(ren)(ren)機(ji)能抵達(da)人(ren)(ren)們難以(yi)進(jin)入的(de)地(di)區，快速獲取現場實況，并(bing)對災情(qing)進(jin)行(xing)評(ping)估。此外，日本還使(shi)用(yong)無人(ren)(ren)機(ji)對活火山(shan)進(jin)行(xing)地(di)圖繪(hui)制，采(cai)用(yong)GPS測量的(de)方式建(jian)立一(yi)個類似地(di)圖一(yi)樣的(de)數據庫，通過GPS定位，采(cai)用(yong)無人(ren)(ren)機(ji)將(jiang)(jiang)測量設備送至(zhi)火山(shan)口附近，將(jiang)(jiang)連續收集的(de)樣本帶(dai)回(hui)后繪(hui)制完整的(de)火山(shan)地(di)圖。收集火山(shan)樣本的(de)器材采(cai)用(yong)太(tai)陽能維持運(yun)作并(bing)將(jiang)(jiang)數據傳回(hui)。
英國
一(yi)款(kuan)(kuan)(kuan)新型無人(ren)探(tan)測機在(zai)英國布里斯托爾面世(shi)，它(ta)可(ke)以在(zai)輻(fu)射(she)(she)環境中作(zuo)(zuo)業，對(dui)輻(fu)射(she)(she)狀況進行監測。這(zhe)款(kuan)(kuan)(kuan)無人(ren)探(tan)測機由(you)一(yi)個高級(ji)機載輻(fu)射(she)(she)監測系(xi)統(tong)的研發團隊開(kai)發制(zhi)造，成本低(di)，可(ke)以達到(dao)半自動化(hua)。更(geng)重要的是(shi)，無人(ren)機的控制(zhi)人(ren)員可(ke)以遠離(li)輻(fu)射(she)(she)源，免受輻(fu)射(she)(she)的危害。目(mu)前(qian)研究人(ren)員已(yi)經和日本京(jing)都大學的科學家們展開(kai)合作(zuo)(zuo)，希望用(yong)這(zhe)款(kuan)(kuan)(kuan)新型無人(ren)機協(xie)助福(fu)島核(he)電(dian)站(zhan)的清理工作(zuo)(zuo)。
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