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基于无人机遥感技术的环境监测研究

2025-02-22 12 上传者：管理员

摘要：环境监测工作是推进生态文明建设的重要基础工作，也是落实环境保护政策的技术支持。随着智能化技术的快速发展，无人机遥感技术成为环境监测工作的有力工具，突破了环境监测时间上和空间上的局限性，使得监测范围更广、监测效度更高、监测能力更强，及时准确全面地提供监测数据。本文主要阐述了无人机遥感技术，分析无人机遥感技术在环境监测中的作用，论述了无人机遥感技术在水环境、大气环境、土壤环境、生态环境监测及环境应急等方面的监测应用，结合湖北省某市河道巡查及污染治理环境监测实际情况，介绍了无人机遥感技术在环境监测中的应用实践。

关键词：
大气环境
无人机遥感技术
水环境
环境污染问题
环境监测
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随着我国城市化､工业化的高度发展,目前环境污染问题较为严重｡在生态文明建设的要求下,各行业要积极落实国家环境保护政策,按照国家环境保护要求实施生产活动｡解决当前严重环境污染问题和落实环境保护政策的关键在于要做好环境监测工作,为推进环境污染治理和环境保护管理提供翔实科学的数据｡环境监测数据收集容易受到时间､空间等方面的限制,使得环境监测数据难以保证全面､连续､及时地传输｡无人机遥感技术的应用,可以突破环境监测的条件限制,实现更快､更准､更多地收集环境监测数据,大大降低环境监测工作的难度,提高环境监测工作的效率和质量｡

1、无人机遥感技术

无人机遥感技术是利用无人驾驶飞行器结合遥感传感器技术､遥测遥控技术,实现对信号数据收集､数据处理､建模和分析的一种智能化技术[1]｡既实现了基础的信息数据收集,也实现了数据的处理和分析｡

无人机遥感技术在环境监测中得到广泛应用｡通过无人驾驶飞行器在监测目标区域内,收集环境污染源､环境现状及其他相关数据,实现数据的传输和处理自动化,用于评估环境现状及发展趋势,为环境影响评价及环境保护提供有效依据[2]｡

2、无人机遥感技术在环境监测中的作用

2.1高分辨率

环境监测主要依靠地面监测为主,地面监测分人工和自动两种方式｡传统的人工监测耗时长､效率低,受到时间､空间等多因素的局限性,影响监测数据的及时性和准确性[3]｡无人机遥感技术突破了人工监测的局限性,能够更广､更高､更快地实现监测区域的图像捕捉､数据收集,实现快速完成监测区域环境数据的传输和自动化处理,增强了监测数据的可靠性､及时性和准确性｡

2.2高适用性

环境监测涉及森林､河流､湖泊等众多区域,一些区域自然条件恶劣,既增加了环境监测工作的难度,也会给环境监测人员带来生命安全的风险｡无人机遥感技术突破了恶劣环境监测困难的问题,能够在自然条件较为恶劣的情况下快速准确地完成环境监测数据收集和图像拍摄｡另外,无人机遥感技术还能够完成突发环境事件造成的环境污染监测工作,快速采集环境数据,及时地采取有效的应急环境污染防治措施｡无人机遥感技术具有高适用性,能够在各种条件艰苦､环境恶劣的场景使用,提高监测效率,降低监测人员的安全威胁[4]｡

2.3高便捷性

无人机具有轻便､小巧等特点,环境监测工作中携带方便｡同时,无人机是现代智能化技术产品,智能化水平非常高,在环境监测工作中,根据提前设定的路线,采用连续性校对和不断调整,确保飞行的精准性和监测的准确性[5];也可以采用视频系统监控､人工手柄遥控来完成监测目标的监测工作｡无人机采用充电的方式,充电速度较快,续航里程较高,既节能减耗,也具有很高的便捷性｡

3、无人机遥感技术在环境监测中的应用领域

3.1水环境

水环境是人类生存的重要自然环境之一｡随着城市发展和工业建设,我国水环境面临着严峻的形势,一些区域的水环境受到破坏｡水环境监测工作中受到水域面积大等诸多因素的限制,使得监测工作难度大｡无人机遥感技术能够全面地捕捉监测水域的水体流速､水深､水文和水质等各项数据,通过对捕捉数据的分析,为水环境影响评价提供重要的基础,并根据水环境污染的类型及情况采取对应的治理措施[6]｡无人机遥感技术能够根据河道物体反射､水质光谱反射率等数据,在不同环境下监测到河道排污及水质健康,准确地监测水域环境,保障水环境监测数据的准确性和可靠性｡

3.2大气环境

大气环境是与人类身体健康密切相关的因素之一｡随着工业化的高速发展,企业废气､汽车尾气及颗粒物等污染物的排放,使得人类的大气环境遭到前所未有的挑战[7]｡因此,要加强大气环境监测,获得全面的数据,实现大气环境的保护和治理,为人类提供良好的生活环境｡无人机通过搭载红外扫描仪等系统,利用热成像等技术实现大气温度､特点等可视化,精准地搜集大气环境数据､监测环境污染源及废气违规排放等情况｡无人机遥感技术能够高效地完成大气环境监测,通过对VOCs､SO2､PM2.5等各类因子进行数据监测和数据分析,明确大气环境污染的类型及具体原因,为大气环境治理和保护提供真实的数据｡

3.3土壤环境

随着工业建设和城市基础建设的规模不断扩大,使得出现大量的固体废弃物等污染源,对土壤结构等产生极为不利的影响｡同时,在城市建设中也容易出现土方､砂石､垃圾等违法堆放的问题,极易造成水土流失及其他环境污染｡无人机遥感技术搭载红外､GPS等技术,可以实现对固体废弃物违法违规排放､土方违法堆放等问题的实时监控,高效监测污染源,实现污染源GPS定位,快速地完成土壤污染行为的监测和管理[8];同时也能够利用无人机遥感技术实现土壤环境的动态监测,更好地为土壤污染治理提供决策依据｡

3.4生态环境监测

全球变暖使得全球生态环境发生了巨大的变化｡无人机搭载红外､光谱等系统,能够完成生态环境的影像拍摄､数据搜集和环境指标监测｡随着生态环境的不断变化,生态环境监测工作显得尤为重要｡但受到山林､湖泊等地理条件和气候条件的限制,一些区域无法人工完成监测｡而无人机遥感技术能够克服人工监测困难,更加全面地完成生态环境监测,捕捉生态环境信息｡例如,利用无人机遥感技术监测植物病虫害,确定病虫害源,对病虫害类型进行分析,并使用无人机等技术实现病虫害消除｡

3.5环境应急

社会经济的发展也带来了较多环境污染应急事件的发生,给社会和生态环境造成极为不利的影响｡例如,出现火灾､爆炸等安全生产事故时,极易产生粉尘､有害气体等污染源,对周边土壤､水源及大气环境造成破坏｡这些突发环境应急事件,依靠人工很难有效地完成环境监测,也会给监测人员带来生命安全的威胁｡因此,无人机搭载影像设备等监测系统,能够在突发环境污染应急区域完成快速监测,识别区域内的污染物类型､浓度及动态走向等状况,为突发环境污染应急救援提供精准的信息｡同时,还能降低监测人员的安全风险,提高监测效率｡

4、无人机遥感技术在环境监测中的应用案例

河道水资源是重要的自然资源之一,与农业生产､工业生产和水资源开发息息相关｡河道水资源还是生态环境的重要组成部分,因此,对河道水资源环境监测十分重要｡河道环境监测既要关注河道的水流动态情况,还要监测河道排污等情况｡采集到的河道环境监测数据,是河道水污染治理及河道生态环境保护的重要依据｡

2023年,湖北省某市根据《“十四五”重点流域水环境综合治理规划的通知》的要求,对长江流域内的某河流进行巡查和污染治理｡为了更好地落实国家重点流域水环境综合治理要求,采用无人机遥感技术对该河流开展全面巡查工作｡对该河流的区域位置､水流动态变化､河道淤塞､排污和河流气候等数据进行监测,作为该河流环境巡查和环境污染治理的重要依据｡

4.1环境监测前期工作

首先,原始数据搜集｡根据湖北省某市出台的关于该河流巡查和综合治理的文件,明确环境监测的任务和目标｡搜集该河流近年来的气象､淤塞､水灾､地形､污染情况等各项数据,作为本次环境监测航线规划设计的参考资料｡对当前该河流的地形､走向､水流动态及周边企业和居民区位置等数据进行调查,也作为本次环境监测航线规划设计的参考数据｡

其次,确定拍摄范围｡根据搜集的原始数据,确定本次环境监测拍摄的具体范围,确定无人机拍摄的起点和终点,确认环境监测区域实现了全面拍摄,无漏拍等情况｡

最后,确定航线｡根据确定的拍摄范围进行航线规划设计｡利用激光雷达地面站软件,根据环境监测区域的最低点和最高点完成航线设计,实时监控无人机的飞行情况｡

4.2巡查组织

在无人机巡查过程中,环境监测人员要按照无人机操作程序和环境监测程序开展环境监测工作｡无人机操作程序主要包括:

1)实地勘察｡要对环境监测区域的情况进行调查,确定无人机的起飞点和降落点,了解飞行前的环境状态｡

2)设备调试｡对无人机进行调试,确保起飞与监测顺利｡

3)天气状况确认｡要根据现场的天气状况确认是否起飞,若突遇大风天气,要停止飞行｡天气合适才能起飞,完成空中作业｡

4)降落｡完成拍摄后,检查拍摄影像质量,检查设备状态,完成数据保存｡

4.3数据处理

本次无人机遥感技术监测工作中,采用Smart3D软件系统,对拍摄的影像数据进行自动化处理,完成拍摄影像的修正和配准,并对影像正射定向处理和正射影像制作｡同时,采用红外监测河道排污口及排放污水溯源､多光谱检测水体污染情况､流量流速监测系统确定水体流速｡全面完成该河道的环境监测工作,实现数据与图像的双重分析｡

4.4环境监测效果

通过本次无人机遥感技术监测,获取该河道流域的位置､企业分布､地形､河道水体流速､排污口及排放污水溯源､水体水质等各项数据,该技术准确率高､监测数据传输及时,能实现快速取证,对河道流域的企业污水排放管理发挥重要的监督管理作用｡同时,也为该河道的环境污染治理提供了准确的数据｡

5、结语

随着智能化技术的快速发展,无人机遥感技术等智能化技术将会更加广泛地应用到环境监测工作中,克服时间､空间上的限制,为环境保护及环境污染治理提供科学的依据｡未来无人机遥感技术将会进一步完善和进步,在水环境､大气环境等各个方面的环境监测中发挥更为重要的作用,为加强环境监督､环境治理和环境保护提供科学的依据和支持｡

参考文献:

[1]唐云逸,游翔,杨玉婷,等.无人机遥感和卫星遥感技术在水土保持监测监管中的应用综述[J].四川水利,2022(S2):31-35.

[2]曹俊萍,王慧.无人机遥感技术在生态环境监测工作中的运用[J].清洗世界,2022,38(8):143-145.

[3]胡义强,杨骥,荆文龙,等.基于无人机遥感的海岸带生态环境监测研究综述[J].测绘通报,2022(6):1824.

[4]杨慧慧,赵东南,周宾,等.无人机遥感技术对流域环境应急监测的应用探讨[J].当代化工研究,2022(10):44-46.

[5]熊颖郡.无人机遥感技术在生态环境监测领域的应用研究[J].中国资源综合利用,2021,39(2):59-61.

[6]蒋典冲.基于无人机遥感技术的环境监测研究进展[J].智能城市,2020,6(21):88-89.

[7]隋成瑶.环境监测作业中无人机遥感技术的运用研究[J].黑龙江环境通报,2018,42(4):78-81.

[8]魏杰,戎征,邢昱,等.无人机遥感技术在环境监测的应用研究[J].中国资源综合利用,2018,36(10):190-192

文章来源:周卓涵,范从勇,李静.基于无人机遥感技术的环境监测研究[J].黑龙江环境通报,2025,38(02):79-81.