无人机在水环境监测中的应用

鲁宪

摘要：随着无人机技术的不断发展，无人机的应用领域越来越多，发挥的作用越来越大。无人机在水环境监测中的应用，不仅可以提高水质监测的效率、减少人力劳动和能源浪费，还可以使水质监测也变得更快捷、更高效。本文首先对无人机进行了概述，对水环境监测现状进行了分析，探讨了无人机在水环境监测中的应用优势和应用要点，总结了无人机在水环境监测中的应用策略。

关键词：无人机;水环境监测;应用

水资源是现代社会人们生活和生产的主要构成部分，随着国家的快速发展和人口数量不断增长，水资源利用导致的问题在不断增多。所以，合理开发水资源是目前的主要问题，精准计算出河流面积和分布情况，是有效开发与利用水资源的前提和基础。随着时间推移，水环境在不断发生变化。基于此，利用无人机对水环境进行监测，能够掌握水环境变化情况和河流信息等，让水资源得到有效利用。

1    无人机概述

无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。这是一个集传感、通信、遥测遥控等多种技术为一体的综合系统，经过无人机各系统部件的配合，实现数据收集和数据传递的任务。

无人机特点表现在操作便捷、高效、获取能力强等三个方面。具体而言，第一，操作便捷性。无人机遥感系统性能比较稳定，同时集成度很高，操作便捷，有着一定的实用性。无人机起飞时，采取弹射起飞与车载方式。无人机降落时，使用伞降降落法与滑降降落法。无人机飞行高度可以达到4 000 m以上，其能够应用于多种山区与不一样的地形区域，同时无人机能够在低空云下拍摄。第二，高效性。无人机接到工作任务以后，无人机遥感系统能够在短期内快速出动，以最快速度采集数据，处理数据和分析数据。无人机能够在短期内制作为图文，工作高效，实用性强。一套无人机每日能够对大面积区域加以实时监测，顺利开展遥感作业，提升工作效率。第三，获取能力强。无人机遥感系统能够得到高分辨率影像，与此同时影像清晰，有一定的精准度，颜色丰富。大比例尺成图对影像分辨率基本没有影响，人们能够根据影像判断地形地貌情况，得到河流信息，是人们准确判断的前提。现下，无人机遥感系统影像分辨率和国内别的高分辨率卫星影像比较，前者更加清晰。

2    水环境监测现状分析

当前，国内大部分地区的水环境监测方式都是传统人工，在监测河流、湖泊等水环境的过程中，借助船只收集水样，然后开展水环境监测工作。尽管该种工作方式延用已久，可是伴随国家现在水环境恶劣情况的加剧，恶劣类型多样化，该种传统人工监测技术不能适应现下时代发展方向，不但浪费了很多时间，还不能确保监测结果精准度。与此同时，人工监测关键是按照监测采样对水环境展开全面分析与研究，在河流中要收集3个断面水质，收集以后要静置半小时储存样品，采样过程耗费时间长，人力成本很高。同时，部分船只以柴油为核心原料，在使用中柴油会对水环境带来污染与损坏性，导致有毒物质会直接影响水环境监测精准度[4]。假设在水环境监测过程中，遭遇湍急的河流，会导致水环境采样工作面临安全隐患，威胁现场工作人员的生命安全。

根据以上分析可以了解到，在我国水环境监测过程中，还有一些需要处理的问题。为了促进水环境监测工作在新环境下转型，提升水环境监测的有效性，有关人员要使用新的信息技术与科技，提高水环境监测精准度[4]，防止在水环境监测中可能面对的安全问题发生，继而让水环境监测可以给水环境保护提供确切的数据信息支撑。

3    水环境监测中无人机应用要点

水环境监测中无人机运用可以分成前期内业、外业、后期内业等几个部分。在这之中，遥感监测系统和地面控制系统等是构成前期内业的核心部分，这一部分通常对确保前期外业实施有重要作用。前期外业，就是信息数据采集过程，即经过人工与自动化控制，在要求的范围以内实施数据信息采集工作，同时配合全球定位系统，确保無人机飞行方向。对后期内业来说，关键是对前期外业收集的数据信息展开深入分析和整理，最终按照分析结果拟定合适的方案。

由于无人机应用不受空间和地形所限，因此和传统人工环境监测方式比较，无人机的优势更加明显，不但可以提升监测效率和操作性能，还可以得到精准的数据信息。一般情况下，基于无人机的监测范围广，同时无人机的机身小，便捷，在水环境监测运用中得到了高度重视。现下，无人机供能的方式就是充电和加油功能，详细应用方面可以按照监测站条件选取。

无人机利用自身具备的优势，于水环境监测中得到了广泛应用，并受到了监测工作人员的重视，但无法否认的是，无人机应用中依然有一些问题，具体体现在三个方面。第一，设计方面。为使无人机更加便携，无人机体积一般很小，这让无人机在飞行到一定高度以后很容易受到恶劣气候的影响，造成监测效果差。反之，如果增加无人机体积会造成耗能增加，续航时间减少。所以，需要对这一问题进一步研究，合理优化设计。第二，数据传输方面。固定于无人机中的数码相机采集的数据信息精准度较低，不能完成特定监测任务，采集数据导致的误差易于影响绘制图像精度。所以，未来无人机企业需要将提升采集数据信息精度和传输效率当成产品后期发展重点。第三，数据处理方面。由于无人机是一种新事物，因而对水环境监测功能开发并不健全。目前，无人机应用关键是把收集数据传输至系统内，接着按照遥感影像对数据加以处理。最后，环境监测人员需要修正无人机反馈的数据，如此才可以提高数据的精准性[1]。

4    无人机在水环境监测中的优势

在环境保护领域中应用无人机属于新技术领域，无人机在正式工作过程中，其工作效率很高，所以在水环境监测工作过程中，有关人员必须要增加对无人机的认识与关注度，让无人机在大气环境指标监测工作中得到全面应用，也可以借助无人机在恶劣环境下开展水环境监测工作。由于中国内陆水体复杂，部分水域面积小，可是有的污染物类型多样，因而对工作造成了很多麻烦，而且水环境监测工作对精度要求很严格，所以无人机在水环境监测工作过程中的应用对精度要求高，故而无人机应用于水环境监测十分普遍，在应用过程中优势显著。无人机应用于水环境监测工作中的优势体现在以下几个方面：

4.1 具有很高的安全系数

水环境监测应用无人机进行采样，可以提升水环境监测工作的安全性，有关监测工作人员无需乘坐船只到监测点，仅需要在监测点岸边操控无人机就能够做好整个水样采集工作。这个工作过程十分方便、快捷，面临的风险很小，工作者能够在安全的环境下收集水样，提升了水环境采集工作的安全性[5]。

4.2 能够减少工作成本

长期以来，我国很多地区进行水环境监测时主要采用人工监测方式，在对河流、湖泊等区域的水环境监测的过程中，借助于船只进行水样收集，之后再开展水环境监测，通常需要3个小时，整个船只在运行环节中燃料耗费量大，在无形中提高了水环境监测工作成本。伴随着水环境监测工作中无人机的频繁使用，无人机性价比得到提升，同时在水环境监测中使用无人机，能够重复使用，可以降低水环境监测成本。

4.3 可以提高监测效率

在水环境监测中应用无人机开展工作，能够克服地形与地势方面的难题。无人机在工作过程中基本上能够直线到达水环境监测地区，当无人机采集好水样以后，就能够在岸边将水样静置，节省采样时间，给后期水环境监测工作留下充足的时间，可以提升水环境监测精准度，提高监测工作效率[2]。

4.4 防止发生再次污染

在开展水样采集工作的时候，往往会因为船只在运行中导致的燃料与废气再次污染水环境，比如在船只上的柴油通过燃烧以后会产生二氧化碳等有毒物质，给水环境带来负面影响，假设船只在运行中柴油泄漏，则会导致水面油污加重。无人机使用清洁能源，在水环境监测工作中不会再次污染水环境，全过程都是节能环保的。

5    水环境监测中无人机的应用策略

5.1 水資源调查和管理

以往水资源用地信息管理、实际情况调查研究、巡查成图环节中，很多采用的是人工调查方式，在地势比较高的位置进行河流、湖泊等水环境拍摄，以及进行水环境面积调查。采取这种方式不能快速准确开展调查工作，因此在进行实际调查和管理工作的时候，必须要发挥无人机的作用，利用无人机对需要调查的地区进行航拍、监测等。无人机可以在短时间内大范围飞行，进行巡查，可以在短期内掌握水资源基本信息。无人机可以通过航拍测绘，掌握地面水环境基本信息和调查结果，相关人员可以通过无人机，实时监测数据，仔细分析水环境实际情况，在后期利用科技制作成电子版效果图，形成水资源巡查图。采用无人机可以提高工作质量，给水资源全面开发和利用提供有效的帮助。

5.2 水环境动态监测

以往水环境动态监测过程中，需要人工携带摄像头进行水库浮标拍摄。而且，要想从中得到水位信息，人工通过乘坐船只，实时监测河流情况。在水环境监测中，假设水环境污染严重就不能收集到精准的数据，如此会大大降低工作效率。在这样的条件下，必须要合理运用无人机对水环境进行动态监测，尤其是水库边缘地区等地形崎岖、环境恶劣的区域。无人机不会被环境和地形所干扰，可以正常开展监测工作。通过实时监测河流上下游，可以在短时间以内了解到水文实际情况。

5.3 自然灾害分析

以往发生洪涝灾害时，大部分采用直升机在受灾地区上方盘旋，拍摄洪涝覆盖范围和具体受灾情况。每次面对大规模干旱缺水情况时，对各地区的定损工作一般采取人工定损方法，导致定损工作效率低。水环境警戒通常采取人工乘船的方式，进行水深划分工作，缺乏鸟瞰图进行参考。这一工作方式在洪涝灾害发生时不能迅速反应，且人工拍摄到的照片和鸟瞰图在清晰度、立体性方面差距比较大。因此，在发生洪涝灾害后，要科学采用无人机在受灾地区进行全面巡查与监测。无人机不会被地形、地貌所影响，能够及时到达受灾区，实时传递出受灾地区情况，为防汛工作提供重要数据信息。无人机可以应用在抗旱中，在人员通过实地考察时，降低人员工作量。通过无人机技术可以了解到各地区水量储存状况，从而科学调水，为抗旱工作提供帮助。最后，能够了解到河流等水环境水位变化实际情况，可以及时分析水环境警戒线和水资源情况，形成高分辨率影像，提高水环境监测工作质量。

6    无人机在水环境监测中的应用前景

生命的出现必然需要水来支撑，水是所有生命之源，无论是单细胞生物还是哺乳动物，均离不开水，由此看来，水在人类生存与发展过程中发挥着重要作用。伴随经济社会持续发展和进步，水资源被污染与被破坏的问题愈发突出。怎么更好地经过水环境监测及时发现水环境里面的污染物浓度迁移变化和时空分布，以及各企业对于水环境的污染程度等，对推进环保工作有着基础性的作用。

从事相关行业的人均已了解到，无人机在水环境监测工作过程中的有效运用，无需花费过多的成本，对能源方面的需求量不多，也没有较大的损耗，可以反复使用，有效避免了污染生态环境，更加环保，风险问题产生的概率更低，能够有效缓解河流、水库等水环境监测方面的问题。在水环境监测工作中合理运用无人机，除了能够有利于水环境监测实时开展以外，还可以提升水环境监测质量，继而充分体现水环境监测工作的价值，让水环境监测工作变得更有意义[3]。

7    结语

综上所述，无人机在水环境监测中的有效应用，弥补了人工监测的缺陷，大幅度提升了工作质量和工作效率。无人机不受时空和地理条件的影响，可以进行实时监测，实时传递有效观测数据。因此，无人机在我国水环境监测工作中发挥了重要作用，将无人机技术应用在水环境监测工作中，能够有效地保护我国的水资源。

参考文献

[1] 苏永奇.探讨无人机在水环境监测工作中的应用前景[J].中国管理信息化，2021，24（22）：200-201.

[2] 王凯.无人机在水环境监测工作中的应用分析[J].造纸装备及材料，2020，49（4）：66-67.

[3] 马文秀.试论无人机在水环境监测工作的应用前景[J].资源节约与环保，2019（9）：64.

[4] 陈涛.无人机在水环境监测中的应用探讨[J].当代化工研究，2021（7）：123-124.

[5] 刘美玲，罗克菊，汪晶，吴渝嘉.浅谈无人机在水环境监测工作的应用前景[J].资源节约与环保，2018（12）：61.