无人机遥感在水污染防治中的应用

闫浩

1.天津航天中为数据系统科技有限公司

2.天津市智能遥感信息处理技术企业重点实验室

为全面加强水生态环境污染控制，我国开展了各类水污染排查整治专项行动，利用无人机遥感技术实施水污染排查整治。无人机具有成本低、影像精度高、实时性强、机动性高等优点,可作为水污染排查整治的一种重要技术手段。本文主要对无人机遥感技术在水污染防治中的应用进行分析,提出无人机应用于水污染防治的可行性,并对未来发展进行展望。

近年来, 我国不断加强生态环境保护，国民生态环保意识逐渐提高。为认真践行国家生态文明政策，以改善水生态环境质量为核心，建立排污（水）口底数清单，厘清和落实区域水生态环境保护责任，掌握水污染情况,做好污染对水生态环境影响的有效评价，为构建精细化水污染防治管理体系提供依据。目前，我国无人机遥感技术和信息技术发展迅速,为水污染防治提供了良好的技术条件，能有效提高生态环境保护的水平和效率。

无人机遥感技术

无人机遥感是以无人机平台为载体，利用自动驾驶、通信、传感器、遥感应用等技术，获取各类空间信息，并基于数据处理与分析技术，形成高精度二维、三维影像模型，进行信息显示与应用。

相较传统人工巡查、揭发举报等水污染防治方法，无人机遥感的优势更加显著，其不仅调查工作效率高，能降低大量人工成本，而且所获取的数据精度相对较高，对地物识别能力较强。此外，无人机机动性更强，安全性更高，能够在人员无法到达的环境，实现数据采集与处理，为水污染防治提供实时、真实、全面的信息。

无人机遥感在水污染防治中的应用

无人机遥感在水污染防治中的应用，包括水污染防治数字化影像建设、监督执法、应急处置等方面，有利于提升水污染防治质量和效率。

无人机数字化影像获取

图1 垂起固定翼无人机（左）和数码相机（右）。

图2 数据处理流程图。

图3 数据分析与提取。

我国幅员辽阔、水系发达、湖泊众多，因此水污染防治迫在眉睫，传统水污染防治方法工作量大且繁杂，需要投入大量人力物力，但防治效率和质量却不高，所以水污染防治必然顺应现代科技的发展，进行数字化建设、智慧化管理，提高水污染防治质量和效率。

（1）数据采集

一般水污染防治监测多在海、河、湖等面积较大、环境较为复杂的区域，可选用垂直起降固定翼无人机，它对起降场地要求低、易操控。无人机搭载相应任务载荷，按预设飞行航线和拍照参数，获取所需监测区域的高分辨率影像。

（2）数据处理

影像数据处理一般选用Pix4D、Photoscan等影像拼接软件。影像数据处理是获取高分辨率数字正射影像的关键步骤之一，主要包括数据准备、影像预处理、空中三角测量、数字正射影像图制作等工作。

（3）数据分析

获取高分辨率正射影像后利用Arcgis软件对正射影像进行矢量标绘、信息提取等，提取出沟、渠、管、涵洞等排污（水）口的位置坐标及可能存在的废水源，建立排污（水）口底数清单，厘清和落实区域水生态环境情况，为构建精细化水污染防治管理体系提供数据支撑。

（4）水污染防治管理平台建设

基于获得的二维、三维、矢量等数据，开发水污染防治管理平台，实现更加精细化的海、河、湖水生态环境管理，明确责任，出现问题能够高效迅速查找到原因。平台可以实现分级管理、任务管理、信息查询、巡查管理等功能，结合水污染防治巡查手机APP，各级管理人员按权限登录，管理个人的巡查任务，根据提供的基础数据信息进行实地核查，巡查人员通过手机APP实时上传巡查信息，可对原有信息进行新增、删减、修改等操作，为水污染防治工作提供决策数据和服务支撑。

无人机监督执法

在水污染防治过程中，水污染监管和水污染调查具有工作面广、工作量大、工作要求高等特征。而无人机遥感能够实现地空一体化监管，满足水污染监督执法工作需求，加强水污染防治工作的监督与管控力度，提升水污染监督执法质量与效果。

根据不同的巡查任务、巡查区域，相关机构可以携带或布设不同的无人机。

（1）小型无人机自动机场布设

<1)，且各件产品是否为不合格品相互独立．

在大型工业园区和重点工业设施点，可布设小型无人机自动机场，无人机安装4G/5G网络模块，远程一键操控起飞降落、自主充放电、实时回传监视监测数据，实现全天候定点巡查或日常巡查，任务载荷可根据任务需求自动进行更换。

（2）操控简单的便携式无人机

如果重点巡查、取证或巡查区域比较分散时，可选用操控简单的便携式无人机，该无人机携带数码相机，实时传输视频、照片，让现场巡查人员及时监视监测和分析，发现问题时可抵近拍照并记录位置坐标，为巡查人员追溯提供位置信息，以便快速、准确发现问题区域的情况。

图4 小型无人机自动机场。

图5 集成数码相机与红外热成像仪的任务载荷。

图6 无人机喊话器。

在实际应用中，无人机为工作人员提供信息支持。基于无人机影像资料和科学分析方法，监督执法具有规范性、准确性、合法性、时效性、科学性。

无人机应急处置

当发生污水跨界污染和危险物质泄漏事件时，要及时开展人员疏散救治、污染拦截、泄漏源封堵、水环境应急监测等应急救援工作，此时响应速度、现场情况获取尤为重要。而无人机能充分发挥作用，携带红外热成像仪、高清摄像机、喊话器等多用途任务载荷快速进场，对污染情况进行排查，迅速定位污染源，为特情处置提供空中信息支持；无人机将监测数据实时回传至指挥部，为指挥决策提供数据支持，进一步提升应急人员处置能力。同时对污染地点进行空中拍摄分析，对泄露污染物引起的次生危害、流向进行预判，引导人群疏散撤离。

目前工业高速发展,水生态系统出现越来越多的问题，部分工厂在生产过程中，将污水直接排放到河流中，水体水质逐渐恶化，水系内污染物质大量积累，河流湖泊形成黑臭水体,不利于生态系统稳定发展。如果及时对水生态环境进行充分保护，会使环境呈现崭新的发展局面，促进社会可持续性发展，水资源重新回到清澈状态，保障人民的生命健康。

随着科学技术的创新发展，无人机遥感在水污染防治中的应用将深入发展，并发挥至关重要的作用。