无人机遥感技术在环境监测的应用研究

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  摘要:随着经济的发展,人们生活水平的提高,人们逐渐意识到可持续发展的重要。大工业时代虽然经济高速发展,但这种高速发展是以牺牲环境为代价的,在倡导环保的时代,环境保护的重要性日益凸显出来。在过去的十几年中,因为资源的开采造成的雾霾、沙尘暴、环境污染、生态退化、水土流失等问题严重影响着人类的生存,这都是人与自然发展不和谐的插曲。想要实现人与自然的和谐发展,就要转变思想观念,和科技相联系来保护环境。本文就无人机遥感技术在环境监测的应用展开探讨。
  关键词:无人机;遥感技术;环境监测
  引言
  无人机遥感技术的发展得益于我国科学技术的不断进步,其优势独特,被广泛应用在环境监测作业中,为环保领域做出突出贡献。应用无人机遥感技术,环境监测作业执行起来更加便利,且数据分析更为精准,为相关部门决策提供更多切实依据。也就是说,无人机遥感技术能够转变传统目标监测方法,不断提高环境监测作业效率,并提供一定的动态监测,为目标动态空间信息获取提供技术支持。
  1无人机遥感技术优势分析
  近年来,我国遥感技术发展迅速,在环境监测领域发挥重要作用,通过多年努力,在技术上不断取得突破,无人机遥感技术应运而生。无人机遥感技术具有较强的实时性,结构比较简单,灵活性,使用过程中,一般不会出现比较大的风险。与此同时,无人机遥感技术运行成本可控,在小范围内地面目标管理及监测中发挥独特的优势。经济发展导致环境更加恶化,发展与环境保护面临更多矛盾,加之缺乏必要的信息化管理手段,导致很多地区环境生态环境受到严重破坏,也给环境监测带来较大影响。依靠传统方式的环境监测手段,无法满足现阶段精细化和动态化监测需要,无人机遥感技术正是能够解决上述问题的关键措施。
  2无人机遥感技术在环境监测中的应用
  2.1在水土保持方面的应用
  目前,无人机在水土保持方面主要通过搭载多光谱成像仪等设备,获取多光谱图像的实时数据信息,从宏观角度来进行水环境状况的监测。对于水域面积比较小、污染类型比较复杂、精度要求比较高的内陆水体,无人机遥感技术还无法达到监测要求。目前,无人机遥感技术主要针对水质的富营养化、透明度、排污孔污染状况等情况进行监测,对地表水环境状况进行直观监测。我国的无人机遥感技术首次应用于环境监测领域的是辽宁省,其通过无人机遥感技术对辽河治理情况进行航拍和监测,得到分辨率为0.1m的实景图像数据,通过对图像进行评估来掌握辽河治理的实际情况。研究表明,该技术主要应用于物种丰富程度、河流边坡、栽种植被以及植株成活情况等方面。例如,孙洋等人将无人机遥感技术应用于水土保持的监控,对朝阳市的水土保持工作进行效果评估,从根本弥补了传统监测技术中准确率低、安全性低等缺点,使得水土保持的环境监测朝着实效性、低成本、自动化方向发展。
  2.2在环境污染场景中的运用
  无人机系统通过远程遥控系统进行收集信息,在恶劣的环境中,人力无法到达的地方,无人机就派上了用场,操作控制无人机即可通过恶劣的环境中,来手机信息进行工作。例如,某海底输油管道因为操作人员的违规使用致使原油泄漏,造成海洋污染,影响居民生活对居民的健康造成很大影响,这个时候就可以使用无人机进行检测和收集信息,利用信息进行整理来制定准确的方案,提高信息利用的效率,保护了工作人员的安全。
  2.3大气环境监测方面
  地面监测是目前大气环境监测的主要手段,而对于一些排烟类的大气污染物还没有很好的浮空采样监测方法。无人机可以很好地弥补这一方面的缺陷,可以人工控制其在空中位置的停留并进行监测,这样极大地降低了大气环境中高空污染物的检测难度。在大气环境监测方面,目前我国的无人机遥感技术可以实时监测环境温度、环境湿度、粒子浓度、二氧化氮和臭氧等指标。例如,杨海军等人以化学工业区为研究对象,利用无人机遥感技术对污染气体中的NO、CO、SO2等进行监测。在对我国大气环境进行实时监测的同时,无人机可以通过搭载采样器的方式,采集大气样本。其返回实验室后,人们可以进行进一步的检测分析。无人机遥感技术所具有的视野、高度、连续性是传统的人工取样方式所无法达到的。
  2.4在空气质量环境监测中的运用
  大工业的发展,虽然带来了经济的高速发展,工业生产过程中排放的废气也成为了一大问题,机械设备的运转,汽油、煤炭燃烧的石油化工废气,机动车排放的废气对大气的污染十分严重。无人机的使用刻不容缓,在检测方面无人机遥感技术发挥着重要作用,通过设备检测获得遥感图像,根据图像可以知道监测中的各个指标其中有二氧化氮、PM2.5、温度、湿度等成分。利用无人機可以采集大气样本在进行分析检测,通过地面数据处理系统,实现数据的处理与分析,对大气安全指标进行对比。
  2.5环境应急监测方面
  在发生突发事件后,尤其是比较严重的环境污染事故,现场的情况非常危险,也有可能遇到交通不便或相关人员无法进入污染区域的情况。无人机遥感技术一方面可以保障相关人员的人身安全,另一方面也能够大大降低应急工作难度,提高应急工作效率。在这种情况下,无人机遥感技术可以迅速到达指定地点,通过搭载影像设备,悬浮在事故区域上空,全方位地观察事故现场的实际情况,如污染物扩散、周边环境布局、事故发展程度等情况,为应急事件的处理和决策提供准确有效的数据信息。比如,在2010年大连新港的输油管线爆炸事故中,爆炸引起大量原油流入海域,造成了50km2海域的污染。传统技术是无法对事故进行快速的监测和控制的,因此环保部门及时调配无人机进行监测,在环境比较恶劣的情况下,完成低空飞行作业,迅速提供了准确的原油污染监测数据,为应急处理人员提供了至关重要的技术支持。
  3无人机遥感技术应用展望
  我国自加入《巴黎协定》气候变化协议后,在环境保护领域开展多项工作。通过近几年来无人机技术在民领域的应用情况可以看出,无人机遥感技术能够从空间维度上对环境变化进行监测,为环境监察提供切实依据。但是,除了上述应用优势外,也存在一定问题。其一,采集影像幅宽相对较小,比较容易出现漏拍现象,在一定程度增加数据处理工作量。为有效避免此类问题,应结合环境监测作业区域内部现有地形图,科学合理设计GCP分布,及时提升几何纠正精度。其二,遥感技术控制下的无人机,在使用过程中,由于无人机质量轻,其所能产生的惯性比较有限,因此导致飞行姿态缺乏稳定性,导致数据采集排列出现一定问题。针对这个问题,建议对无人机硬件平台缺陷进行囧事还进,强化飞行稳定性及安全性。也就是说,我们既要看到无人机遥感技术的应用优势,也要正视技术问题,采取一定方法进行相应控制,使无人机技术发挥最大性能。
  结语
  无人机遥感技术因其安全性高、成本较低、实用性强、高效精准、机动灵活等诸多优点,在环境监测方面的应用前景非常广阔。目前,我国无人机遥感技术在环境监测领域的应用还处于起步阶段,随着技术不断进步和完善,无人机遥感技术将在大气环境、水环境、生态环境和应急事件等方面发挥更加重要的作用。
  参考文献:
  [1] 孙洋.无人机遥感技术在水土保持监测中的应用[J].水利规划与设计,2017,(6):89-92.
  [2] 杨海军,李营,朱海涛,等.无人机遥感技术在环境保护领域的应用[J].高技术通讯,2015,25(6):607-613.
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