李冠達，冼憲恒，霍志軒

（廣州市璞境生態(tài)保護技術(shù)有限公司，廣東 廣州 510730）

微型無人機遙感信息獲取系統(tǒng)是以微型無人駕駛飛機為飛行平臺，通過機載高分辨率的遙感傳感器設(shè)備，以實時快速獲取高分辨率遙感數(shù)據(jù)的遙感監(jiān)測系統(tǒng)[1]。它可高效智能獲取區(qū)域地形分布、農(nóng)作物分布情況等空間信息。與有人駕駛飛機相比，無人機的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在：一是體積小，具有較高的機動性；二是便捷性，具有較強的環(huán)境適應(yīng)性；三是造價低，具有較好的經(jīng)濟性。

近年來，無人機技術(shù)日漸成熟，被廣泛用于通信、氣象、農(nóng)林、海洋、勘探、攝影、防災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域。在國外，Barnard Microsystems Limited[2]公司運用無人機監(jiān)測海洋溢油、海洋表面溫度、冰的厚度、海浪高度；Jarrod C.Hodgson[3]等人使用UAS對野生動植物進行監(jiān)測。在國內(nèi)，陳昕[4]等人則將無人機用于測繪勘測；孫剛[5]等人利用無人飛機平臺獲取大氣污染成分NO2等的二維時空分布。然而，目前將無人機技術(shù)應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)理工作中的相關(guān)案例鮮有報道。

污染場地修復(fù)工程的環(huán)境監(jiān)理是監(jiān)理單位受建設(shè)單位的委托，依據(jù)有關(guān)環(huán)境保護法律法規(guī)、場地環(huán)境調(diào)查評估備案文件、場地修復(fù)方案備案文件、環(huán)境監(jiān)理合同等，對場地修復(fù)過程實施專業(yè)化的環(huán)境保護咨詢和技術(shù)服務(wù)，協(xié)助和指導(dǎo)建設(shè)單位全面落實場地修復(fù)過程中的各項環(huán)保措施，以實現(xiàn)修復(fù)過程中對環(huán)境最低程度的破壞、最大限度的保護[6]。傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)理工作方式受到場地的規(guī)模、場地的地形、監(jiān)理工作者的經(jīng)驗技能等方面的影響，難以及時發(fā)現(xiàn)修復(fù)場地現(xiàn)場的違規(guī)現(xiàn)象及不確定因素，無法滿足修復(fù)場地環(huán)境監(jiān)理工作的要求?；诖朔N情況，結(jié)合無人機技術(shù)環(huán)境監(jiān)理，創(chuàng)新工作方式是非常必要的，它能幫助監(jiān)理人員能夠更好地對現(xiàn)場情況進行把控。

1 案例分析

本文以珠三角地區(qū)某大型污染場地土壤修復(fù)過程中的環(huán)境監(jiān)理為例，分析在該大型場地環(huán)境監(jiān)理中GIS及無人機技術(shù)的應(yīng)用特點及經(jīng)驗。

1.1 案例概況

本案例污染場地的修復(fù)主體為土壤，污染物主要為有機物，面積約30 hm2，用地性質(zhì)由工業(yè)用地擬調(diào)整為住宅用地。本案例使用的無人機型號為大疆Phantom 4 Pro，由飛行器本體、螺旋槳、電池、云臺、相機、視覺系統(tǒng)、紅外感知系統(tǒng)、實時圖傳系統(tǒng)及遙控器等主要部分組成，此外還有云臺可穩(wěn)定系統(tǒng)，控制鏡頭拍攝等；視覺系統(tǒng)及紅外感知系統(tǒng)可測量飛行高度、速度等數(shù)據(jù)，感知障礙物。

1.2 監(jiān)理內(nèi)容

1.2.1 監(jiān)理內(nèi)容

環(huán)境監(jiān)理工作主要包括核查、巡視、旁站、環(huán)境監(jiān)理會議、環(huán)境監(jiān)測、記錄、文件通知管理、跟蹤檢查落實情況、及編制相關(guān)報告等環(huán)節(jié)[7]。

監(jiān)理內(nèi)容按照階段可分為：施工準(zhǔn)備階段、施工階段和竣工效果評估階段的環(huán)境監(jiān)理；按照環(huán)境要素可分為水環(huán)境、大氣環(huán)境、固體廢物、聲環(huán)境的監(jiān)理，以環(huán)境要素為例說明本案例監(jiān)理重點，具體內(nèi)容詳見表1。

表1 本案例環(huán)境監(jiān)理內(nèi)容概況表

1.2.2 無人機的應(yīng)用

本案例結(jié)合環(huán)境監(jiān)理工作對無人機技術(shù)的應(yīng)用進行闡述。

（1）獲取即時遙感影像

通過DJI GO 4軟件控制無人機進行非特定的簡單路線巡航，來拍攝所需的相片或視頻，無人機的飛行高度、速度、距離、鏡頭角度，均可根據(jù)項目需求靈活控制；

（2）施工準(zhǔn)備階段結(jié)合無人機技術(shù)做現(xiàn)場踏勘工作，了解場地周邊的局部情況及獲取場地整體遙感影像，相比于網(wǎng)上獲取的衛(wèi)星遙感影像，無人機實時遙感影像具有最新的時效性，更精準(zhǔn)的范圍及分辨率；

（3）環(huán)境監(jiān)理工作中需定期或不定期對場地進行巡視，本案例應(yīng)用無人機巡視獲取即時傳輸?shù)倪b感畫面對場地進行空中巡視，掌握場地的施工情況及環(huán)保措施的落實情況，如，可根據(jù)實時畫面中熱修復(fù)廢氣處理設(shè)施的排氣情況，判斷設(shè)施落實情況，了解挖掘機、土方運輸車的工作情況，掌握開挖區(qū)域、運輸路徑、回填區(qū)域及暫存區(qū)域等，必要時可錄像留存影像資料作為依據(jù)。

1.2.3 結(jié)合GIS制作系列的時間跨度影像

通過DJI GS PRO軟件控制無人機進行特定路線巡航獲取遙感影像，并利用圖像拼接軟件進行合成。在任務(wù)模式下無人機可按照既定的高度、速度、距離、鏡頭角度等要素執(zhí)行任務(wù)，本案例中場地的面積約30 hm2，按照本案例的相關(guān)任務(wù)參數(shù)，任務(wù)飛行速度為9 m/s，10 min內(nèi)可完成遙感影像的獲取，全場地的影像數(shù)量約在70～90組之間，30 min左右可完成拼接。

（1）本案例利用無人機在任務(wù)模式下定期獲取同一區(qū)域范圍的實時影像，形成一系列的時間跨度正射影像，比對施工的進度，以便進行后續(xù)工作，詳見圖1的①。

（2）將獲取的高精度正射影像用作為底圖，結(jié)合GIS制圖軟件技術(shù)，通過疊加精確的施工邊界線等制圖工作，對實時施工情況與施工方案進行驗證，詳見圖1的②。

圖1 系列時間跨度正射影像對比施工進度及施工邊界示意圖

（3）利用無人機的“傾斜攝影”模式，對場地進行拍攝后合成影像，建立數(shù)字表面模型分析所攝目標(biāo)的高度、坡度、體積等相關(guān)數(shù)據(jù)，核實修復(fù)土方量是否滿足施工方案的要求。

1.3 本案例的優(yōu)勢

本案例在大型土壤修復(fù)工程環(huán)境監(jiān)理中，結(jié)合了無人機技術(shù)，相比于傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)理方式存在優(yōu)勢，主要包括以下三個方面。

1.3.1 提高監(jiān)理工作的效率

監(jiān)理單位需派遣監(jiān)理員駐守場地并進行定期的巡視，而現(xiàn)場巡視的速度慢，一旦現(xiàn)場有突發(fā)情況，存在監(jiān)理員還未到現(xiàn)場，問題無法及時記錄的情況；對于場地較大的突發(fā)情況，還需派遣多位監(jiān)理員，需要消耗更多的人力，且工作量較大。

運用無人機可以快速、準(zhǔn)確、有效地對場地的環(huán)境保護措施落實情況進行巡視并核查，減少時間、人力、物力的消耗，及時發(fā)現(xiàn)場地存在的環(huán)境隱患，做出應(yīng)對并進行記錄；還可按特定的時間跨度，用一張正射影像圖記錄場地的基本情況，方便監(jiān)理影像資料的整理及匯總，從而減輕監(jiān)理工作的負(fù)擔(dān)，提高監(jiān)理工作的效率。

1.3.2 提高監(jiān)理工作的全面性

環(huán)境監(jiān)理場地較大時，只憑人力現(xiàn)場巡查，難免會有容易遺漏的地方，而且由于場地的地質(zhì)地形及天氣因素，場地中經(jīng)常存在人力不可到達的地方，并且存在一定安全問題；修復(fù)后棄土在場地內(nèi)倒運及外運時，人力無法及時全程跟進運輸車輛的運輸路線，難以全面驗證運輸路徑是否按方案落實，運輸過程是否合理等情況。運用無人機技術(shù)以空中巡視的寬廣視角，對場地進行全面的把控，直觀的了解場地某時間段內(nèi)的細(xì)節(jié)變化，實時把握施工進度，例如運輸車的路徑可以采用無人機連拍或者錄像的方式留存記錄，提高監(jiān)理工作的全面性。

1.4 強化參建單位間的溝通

本案例中參建單位涉及了建設(shè)單位、工程監(jiān)理單位、修復(fù)單位、土方單位以及環(huán)境監(jiān)理單位等，各單位之間存在通知延遲及有傳達誤差的情況，根據(jù)系列時間跨度正射影像圖，可及時直觀了解到現(xiàn)場的實時情況，通過實時影像與通知信息進行雙向驗證，若存在問題可及時向修復(fù)單位求證。

開監(jiān)理例會時可利用場地正射影像圖，明確各相關(guān)方的工作范圍，并借助圖件對現(xiàn)場存在的問題提出建議，便于各參建單位的理解，從而加強各相關(guān)方間的溝通。

1.5 不足及建議

本案例中也存在著一些問題和不足，相關(guān)經(jīng)驗的總結(jié)主要有兩個方面。

1.5.1 現(xiàn)場巡視依然必要

本案例中雖然運用了無人機技術(shù)進行環(huán)境監(jiān)理，但仍需進行人工現(xiàn)場巡視。因為本案例的無人機巡視只能共享視覺數(shù)據(jù)，而監(jiān)理現(xiàn)場的部分工作還需結(jié)合嗅覺、聽覺、觸覺等感覺對現(xiàn)場情況進行判斷，例如監(jiān)理工作過程中監(jiān)督施工過程中廢氣的逸散情況，需人工現(xiàn)場巡視查找廢氣的逸散源，通知修復(fù)單位進行修復(fù)。監(jiān)理過程中可結(jié)合無人機和人工區(qū)分需求進行現(xiàn)場巡視，按照一定的比例減少現(xiàn)場巡視的次數(shù)。

無人機技術(shù)暫無法勝任關(guān)鍵節(jié)點旁站工作，一是旁站工作時間一般較長，無人機續(xù)航有限；二是旁站過程有采樣等精細(xì)工作，需近距離拍攝更高精度的影像，無人機近距離飛行存在安全隱患；三是部分旁站需進行錄像，無人機高清錄像內(nèi)存過大，不適于工期較長監(jiān)理項目的影像資料管理。因此，結(jié)合無人機技術(shù)的環(huán)境監(jiān)理工作，有必要進行一定頻率的人工現(xiàn)場巡視。

1.5.2 影像數(shù)據(jù)的獲取需具備一定的條件

若場地?fù)P塵過大、天氣不好（如霧霾天）時，無人機的影像獲取存在困難，影像數(shù)據(jù)不精確；部分監(jiān)理項目需記錄夜間的施工情況，而本案例中，無人機無法獲取夜間的監(jiān)理影像數(shù)據(jù)，原因一是夜間能見度低，無人機飛行存在隱患；二是由于夜間光線不足和技術(shù)的差別因素影響，夜間獲取的影像精確度低。軟件拼接正射影像中的建筑物，因為受到風(fēng)載荷、地面沉降、軟硬件等因素的影響導(dǎo)致細(xì)微的變形，以及海拔過高的建筑物甚至發(fā)生扭曲等，都有待提升。

2 結(jié)語

傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)理工作方式較為耗時，難以做到全面監(jiān)督，因此，結(jié)合無人機技術(shù)創(chuàng)新環(huán)境監(jiān)理將成為必然的趨勢。當(dāng)然，無人機環(huán)境監(jiān)理也需根據(jù)項目的成本、特點、場地的狀況，以及污染來源考慮是否適合該項目，應(yīng)選擇什么樣的形式結(jié)合等，這都需更多的實例來驗證。本案例的問題與不足，相信在不久的將來，能夠通過更成熟的技術(shù)應(yīng)用進行解決，例如對于農(nóng)情監(jiān)測或涉及植物的環(huán)境監(jiān)測，可運用大疆Phantom 4多光譜版等，結(jié)合多光譜技術(shù)的無人機精確采集多光譜數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多維度的數(shù)據(jù)分析；對大型修復(fù)場地?fù)P塵的控制，運用大疆MG-1P大范圍實時灑水降揚塵；對修復(fù)場地氣味源的監(jiān)測，可運用無人機搭載微型光電離子化檢測器快速檢測VOCs，記錄并儲存數(shù)據(jù)；對火災(zāi)災(zāi)情的監(jiān)測，可運用大疆的禪思XT熱成像相機，結(jié)合紅外熱成像技術(shù)進行探測救援等都是比較好的方案。