【深度】环保无人机在看着你

无人机遥感

神秘的面纱下，无人机到底是如何对环境进行监察和监测的呢?

准确地来说，无人机用于环保执法是利用无人机遥感系统技术。遥感技术一般来说是不直接接触物体本身，从远处通过传感器探测和接收来自目标物体的信息，经过信息的传输和处理分析，从而识别物体的属性及其分布等特征。

无人机遥感技术，是借用无人机这个飞行的平台，搭载一套遥感系统，利用无人驾驶飞行器技术、遥感遥测技术、通讯技术、遥感传感器技术、定位技术以及遥感应用技术，从而完成遥感数据的获取以及进行处理分析。

作为信息系统源头的传感器网络，可直接获取所需的物质或数据，是该系统的关键部分。传感器通过无线传输系统可实时地传回地面需要的监测数据;或者为了保障数据的安全性，也可保存于无人机平台中，待无人机落地后再进行处理和分析。

能发现废气偷排乱放的最关键传感器，是航拍图像传感器和机载大气环境监测传感器。

常见的就是在无人机上搭载高分辨率的数码相机或者摄像机，进行航拍。可以实时传输回所航拍到的画面，也可以将图像信息存储，无人机落地后再获取图像数据，并且还可以利用图像拼接技术，形成对大区域环境的整体认知，从而观察地面是否存在废气偷排乱放现象。

“因为通过航拍的手段，可以看到烟囱有没有冒烟，冒的是不是黑烟。”中科宇图资源环境科学研究院副院长、工程技术研究中心主任谢涛对财新记者介绍说，“这可以从航拍的影像上，快速地发现问题。”

机载大气环境监测传感器正是大气监测领域的核心部分。

谢涛介绍说，这方面的设备从工作模式上，主要包括两种，一种是基于二维面状航拍作业模式的光谱类设备，比如气体滤光分析器、红外干涉仪、傅里叶变换干涉仪、可见光辐射偏振仪和激光雷达等;另一种是基于泵吸式点状采样监测模式的机载气体监测设备，比如粒子探测仪、差分吸收光谱探测系统、电化学类气体监测设备等。

气体滤光分析器是用选择性滤光器使样品池里的气体能吸收一定波长的光波，用来研究大气中污染物对光谱吸收作用，以分辨气体的光谱。这种仪器适用于 2微米至20微米光谱段。在飞机上装置的气体滤光分析器，可测得一氧化碳的浓度。对二氧化硫、二氧化氮、氨、甲醛、甲烷和二氧化碳也能用气体滤光分析器进行试验监测。

红外干涉仪可以分辨一氧化碳、一氧化二氮、二氧化氮、氨和碳酸等污染物组分，适用于1微米至5微米的光谱段。变换干涉仪使用范围也是1微米至5微米的光谱段，可用于测定二氧化硫、二氧化氮、一氧化二氮和氨等。测量大气中的悬浮颗粒物一般应用可见光辐射偏振仪和激光雷达。可见光辐射偏振仪可从太阳辐射能的偏振反射中测出颗粒物的物理特性，如颗粒大小、形状和组成以及垂直分层分布和空间浓度变化。激光探测大气污染是向大气中发射一定波长的光束，从接收的回波中获知大气物理量的分布规律。

对于基于泵吸式点状采样监测模式的机载气体监测设备，谢涛表示，以颗粒物采样为例，无人机飞到哪儿，泵吸式采样测到哪儿。一边飞的时候，一边进行颗粒物的采样。里面颗粒物监测的仪器就可以对其进行感知。或者是把颗粒物截留在滤纸膜上，待无人机落地后，把样本拿下来化验。这样就可以知道相关的具体信息了。

在监察废水方面，可以对废水热污染情况进行监管。利用普通CCD相机，可以通过水色变化对排污进行监管。

当然，无人机遥感系统也并不是单独使用的，需要与现有的监测手段和监察工具进行配合使用。通过无人机遥感系统技术进行执法检查，获得企业违法线索信息后，环保部门还要进行地面核查，来锁定违法违规证据，然后依照法律法规进行处罚。

常态化执法尚远

当无人机执法步入常态化后，会带来什么效果呢?

徐建超认为，无人机监测具备诸多优点。一是不受空间和地形制约。无人机优势是高空监测，在地面上不可能看见的或看不清的污染，从空中看则是一目了然。通过无人机带回的高清图像信息，执法者可以清楚地了解地面上的真实情况。二是无人机机动性、时效性好，可以迅速到达指定区域进行监测，获得最及时的材料。三是无人机飞行速度快、监测范围广，可以在短时间内实现对大范围区域的监测，提高监测效率，节约成本。

无人机遥感具备这些优点，可以为环境保护工作提供准确、及时、可靠的数据，成为环境保护工作的重要技术手段。

广东空航航空科技有限公司无人机团队技术负责人杨兴星，谈及无人机遥感技术执法的优势时，他介绍说，有些工厂很大，动不动就几千亩，环保人员徒步进入厂区查看是很困难的，第一人力资源有限，第二可能监管到的范围很小。而无人机去做这些监管就不一样，首先高空拍照，可以知道哪个地方的浓烟密度最大;第二通过传感器可以感知大气的污染度。每天在每个点固定地飞一次收集数据，可以相对方便、快捷和高效地帮助执法人员执法。

地面的监测方式只能监测到近地面大气的状态，很难形成区域、面状的大气质量信息以及大气的立体空间状态。

“无人机可以弥补地面监测的不足，通过地面站点监测，原来可能只知道地面污染分布的信息。通过无人机航空遥感监测能知道垂直分布的信息。”谢涛表示。“通过无人机，定期或者不定期地巡查，起到一个侦察的作用。提升了环境监察能力，改善执法的方式。”

自去年以来，无人机被频频用于执法。希望无人机常态化执法的声音也不绝于耳。

不少环保部门曾表示要使用好无人机这一“利器”，不定期对重点区域开展空中巡查，实现无人机执法检查常态化。不少业内专家也表示希望无人机能作为环保部门进行常规环境巡查的设备之一。

但从目前看，无人机尚不具备常规化执法的条件。技术发展的瓶颈、人才的缺乏、成本的限制、以及空域的管制等，是无人机成为常规空中“侦察兵”的阻力。

中科宇图资源环境科学研究院院长刘锐在接受财新记者采访时介绍说，无人机遥感系统在监测时，可以监测某一区域大气存在污染，但这污染气体具体来源于地面哪家工厂，哪家企业，却不得而知。

另外，无人机飞行的面积依然是有局限的。“因为无人机飞行也是一条航迹或者一条线，只能感知到所飞的那条线上或者所飞到的那个位置的局地小环境。采用泵吸式采样监测设备进行气体监测，往往由于气体在近地面扩散，而无法侦测到。”谢涛表示。

众多的技术难题也待突破。无人机遥感系统不是把不同的设备简单地集成。例如，传感器需要做机载化的改造，需要把原来的便携式、小型化的空气质量监测的设备，进行机载化的改造。

谢涛介绍说，无人机在飞行的过程中，气流会对采样造成干扰。从对颗粒物采样的角度来说，需要保证等速采样，才更能符合采样的规范。

在无人机遥感系统感知后获得的数据，需要实时传回地面，这将涉及到不同设备之间的接口问题。这也是需要一个机载化改造的过程。

好马还得配好鞍。除了技术问题，新应用的发展离不开一个良好的环境和土壤。无人机遥感系统在环保领域中的应用，目前还没有配套的机制体制的支撑，相关部门对无人机也没有给出明确的适航技术标准、适航认证管理以及相关人员培训的标准等。专业人才的缺乏也限制了无人机遥感系统在环保领域的常态化应用。

所以，看起来如此耀眼的硬件设备，而目前也只发挥最基本的功能，主要是通过航拍来配合环境监察。在这个无人机、遥感和环境监测等多种技术结合的交叉领域，无人机环境遥感目前还处于一个探索和尝试的阶段。距离真正地步入常态化，恐怕还有一段路程要走。

无人机虽好，但不少专家仍然发表了审慎和理性的看法。

国家环境保护城市空气颗粒物污染防治重点实验室主任冯银厂接受财新记者采访时指出，靠无人机等技术的进步来查污染偷排固然让人欣喜，但中国的污染问题需从制度建设上解决。“当前，企业守法意识薄弱，守法要花钱，违法可赚钱，这是问题。”

谢涛也指出，中国在污染监测方面仅靠技术进步是不够的，真正的思路应该是考虑如何通过一些经济杠杆，或者法制逐渐地建立起企业在环境保护方面的诚信机制，让企业自发地去保护环境。