生态遥感监测中无人机应用初探

姜昊 王雅璇 谷唯实 杨永贵 赵志雨

摘要：无人机如今已成为电力能源巡检巡查，警务安全预警，环境保护监测等方面的新兴技术，在生态遥感监测工作中，无人机技术的应用大大提高了工作效率，为生态遥感监测工作和遥感野外核查工作提供了新的工作思路和方式。

关键词：无人机;生态遥感监测;遥感野外核查;人类活动斑块核查;典型地物核查

1 生态遥感监测工作中无人机的类型和优劣势分析：

在遥感野外核查工作中，主要使用的无人机是多旋翼无人机，对于固定翼无人机，多旋翼无人机主要具有以下两点劣势：

一是续航能力不足，固定翼无人机主要采用内燃机动力系统，多旋翼无人机则多采用电动动力，固定翼无人机更加合理的气动布局和强大的动力系统使得其具有长达数个小时的续航时间，而相对于固定翼无人机，采用电动动力的多旋翼无人机由于特殊的气动布局使得飞行阻力较大，其电动动力也无法持续输出较大的动力，使得多旋翼无人机续航时间基本上都局限在40分钟之内[1]。

二是飞行速度不高，多旋翼无人机的空气动力布局类似于直升机布局，阻力更大。而固定翼无人机和普通飞机空气动力布局相似，使得其飞行速度更快，可以覆盖更大的飞行范圍。

而在遥感野外核查工作中，主要使用的无人机是多旋翼无人机[2]。

云南省生态环境遥感监测主要选用了多旋翼无人机来进行相关监测和野外核查工作。

2 生态遥感监测工作中无人机的任务分工：

在云南省生态遥感监测工作中，有多种类型的无人机满足不同的工作需要和不同的工作时长。

对于作业区域地形复杂，海拔较高，通达性较差的地区，一般采用的是大型多旋翼无人机进行飞行作业，大型多旋翼无人机由于结构稳定，抗风能力较强，同时电池容量更大，续航能力更高，能够满足目标区域通达性较低，起降地距离目标区域较远的工作任务[3]。

在作业区域需要高质量的无人机航拍影像，一次需要作业多个区域，而起降条件又较好的情况下，一般采用中型无人机，中型无人机能够在几小时内起降多个架次，满足多个区域的航拍作业需求。

对于应急飞行作业和需要最大限度的便携的情况下，一般采用小型无人机进行作业。在需要进行应急飞行作业的时候，小型无人机尺寸非常适合携带 [4-5]。

3 生态遥感监测工作中无人机的工作流程：

国家构建“天、空、地”一体化监测网络进行生态监测工作中，无人机为生态环境保护监测与环境保护决策提供更为完整的“问题发现”感知体系，提升生物多样性监测能力的目的[6]。

“天、空、地”一体化监测形成遥感监测和地面监测相结合的天地一体化的生态环境监测网络[7-8]，协同丰富监测手段和提升监测能力。

3.1 云南省环境遥感监测中无人机使用概况

云南省运用无人机进行环境监测，属于环境保护信息化智慧化感知层建设中的重要一环，在生态环境遥感监测工作中，最早在2017年就已开始探索使用无人机技术进行监测工作。

最早使用无人机进行作业的是在云南省环境监测工作中主要起到辅助野外核查工作、对人类活动斑块的影像获取、对研究区域进行针对性的航空摄影工作[9-10]。

3.2 辅助生态遥感野外核查的无人机工作模式

在辅助生态遥感野外核查工作中，主要采取的方式是以在空中搜寻典型地物的方式，搜寻典型地物之后，对典型地物进行航空摄影，国家遥感监测野外核查中要求对典型地物进行的照片影像获取按一张近景一张全景的方式获取，使用无人机进行照片获取能够以较快的速度和较高的效率同时进行典型地物的搜寻和照片的拍摄，大大减轻了工作难度，提高了工作效率[11]。同时，因云南省地形复杂，道路通达性较差，无人机的应用则大大减轻了在道路上通行的时间成本，提高了工作效率。小型无人机满负荷飞行一个架次飞行能够拍摄10到20个点位的照片，效率提高非常明显。

以云南为例，首先以对比以年为时间尺度的两期遥感卫星影像，叠加针对两期影像所做的遥感解译结果，分析两期影像中土地利用状况的年际变化，筛查典型土地利用变化图斑（人类活动，生态灾害等）并对典型图斑的道路通达性进行分析和规划，选择具有较高通达性和斑块特征典型性的斑块进行核查。

3.3 人类活动斑块核查的无人机工作模式

人类活动斑块的影像获取方面，由于在前期运用无人机野外核查工作中积累了大量的经验，云南省环境监测中心将工作人员分为“内业组”和“外业组”两组人员，采用“内外业分组协同”的方式对云南省重点区域人类活动斑块进行影像获取[14]。

云南省地形复杂，地形高差较大，土地利用斑块破碎度高，形成了一系列的具有鲜明特点的典型区域，同时围绕典型区域或高原湖泊的人类活动，又能够形成一系列值得关注并且研究的典型区域和典型斑块。而无人机航空摄影照片的获取，又为研究这些区域和斑块提供了直观、独特、能够如实反映典型区域和斑块的研究素材。

参考文献：

[1]基于小型无人机及遥感技术的甘南州生态环境状况监测[J].杨青，张强，陆荫，杨淑霞.绿色科技.2020（10）

[2]无人机航片和卫星影像融合算法[J].牛丽峰，李轶鲲，杨树文，李小军.遥感信息.2019（04）

[3]基于遥感技术的植被盖度动态变化在环保验收中的应用研究[J].田雷，沈毅，叶慧海，董博昶，付金生.水土保持研究.2009（02）

[4]浅谈环境保护领域内无人机遥感系统的应用[J].蔡丽，付博.企业技术开发.2014（26）

[5]基于无人机遥感技术的环境监测研究进展[J].谢涛，刘锐，胡秋红，姚新.环境科技.2013（04）

[6]无人机遥感技术在森林资源调查中的应用研究进展[J].贾慧，杨柳，郑景飚.浙江林业科技.2018（04）

[7]水源地污染源无人机遥感监测[J].洪运富，杨海军，李营，蔡明珂，朱海涛，赵爽，郭会敏.中国环境监测.2015（05）

[8]基于微小型无人机的遥感信息获取关键技术综述[J].汪沛，罗锡文，周志艳，臧英，胡炼.农业工程学报.2014（18）