摘要：近年來，航拍技術(shù)的顯著進步是眾所周知的。通過使用無人機進行航拍，它對天氣的干擾較小，攝像質(zhì)量高，還能捕捉到許多人們難以忽視的小縫隙和盲區(qū)。因此，在我國一些重要城市和地區(qū)都會用到這種方式對環(huán)境進行監(jiān)測。隨著無人機遙感技術(shù)逐漸走向成熟，其在多個領(lǐng)域的監(jiān)測能力也得到了廣泛的運用。

關(guān)鍵詞：無人機；監(jiān)測；測繪；遙感技術(shù)

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.07.063

中圖分類號：V 279+.2；X 8 文獻標志碼：A 文章編碼：1672-7274（2024）07-0-03

Application of Drones in the Field of Monitoring

YAO Jiao， CAO Fan

（The State Radio_monitoring_center Testing Center， Beijing 100041， China）

Abstract： In recent years， it is well known that significant progress in aerial photography technology has been made. By using drones for aerial photography， it has less interference with the weather， high camera quality， and captures many small gaps and blind spots that we can't ignore. Therefore， this method is used to monitor the environment in some important cities and regions of the country. With the gradual maturity of UAV remote sensing technology， its monitoring capabilities in many fields have also been widely used.

Keywords： drones; monitoring， mapping; remote sensing technology

0 引言

近年來，隨著科學技術(shù)水平的不斷進步與發(fā)展，世界各國對無人機技術(shù)的重視程度與日俱增。特別是在21世紀初，眾多國家開始把無人機系統(tǒng)的研究、創(chuàng)新和實際應用置于優(yōu)先考慮的位置。隨著遙感影像數(shù)據(jù)獲取手段和處理方法的不斷進步，遙感信息逐漸成為人們分析地理環(huán)境變化的重要工具之一。近年來，隨著無人機技術(shù)的飛速進步，遙感技術(shù)在多個監(jiān)測領(lǐng)域的應用也變得越來越廣泛。無人機遙感技術(shù)可以對各種環(huán)境進行實時監(jiān)控并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。無人機遙感技術(shù)因其極高的準確性和效率，在土地使用、生態(tài)環(huán)境保護和環(huán)境監(jiān)測等多個領(lǐng)域都展現(xiàn)出了巨大的應用潛力。

1 無人機遙感技術(shù)的基本原理

無人機遙感技術(shù)利用無人機平臺上的遙感設(shè)備來收集、處理和分析數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對地表、海洋和氣象等自然環(huán)境的快速監(jiān)測。它不僅具有傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感技術(shù)所無法比擬的優(yōu)勢，而且能夠?qū)崟r地獲取大量地面信息，為人類提供更準確可靠的決策依據(jù)。在遙感技術(shù)領(lǐng)域，無人機主要被運用于多個不同的應用場景，包括但不限于航攝遙感、激光遙感以及熱紅外遙感。其中航攝遙感技術(shù)由于具有成本低、周期短、操作簡單等特點而成為目前研究熱點之一。在眾多的應用場景中，航攝遙感技術(shù)被視為其中最為普遍的技術(shù)手段之一。

2 無人機在監(jiān)測領(lǐng)域優(yōu)勢

2.1 技術(shù)優(yōu)勢

（1）無人機系統(tǒng)具有快速和靈活的響應能力，它的運輸非常方便，準備起飛的時間也相對較短，操作步驟簡潔，能夠迅速到達需要監(jiān)控的區(qū)域[1]。此外，飛機上裝載的高精度遙感設(shè)備能在極短的時間范圍內(nèi)迅速收集到所需的遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)。

（2）無人機在飛行過程中展示了高度的自動化和智能化，操作步驟清晰，并配備了自動故障檢測和顯示功能，這大大簡化了操作；如果發(fā)現(xiàn)空中有異常情況，則可以根據(jù)實際需要啟動相應的應急處理措施，如降落到指定位置后再返回跑道上繼續(xù)運行等。當遙控系統(tǒng)出現(xiàn)故障或其他相關(guān)問題時，飛機會自動返回起飛點上方，開始盤旋等待。如果問題得到了適當?shù)慕鉀Q，該系統(tǒng)將根據(jù)地面操作人員的指示繼續(xù)執(zhí)行飛行任務，如果不按此操作，系統(tǒng)會自動展開雨傘以進行回收[2]。

（3）無人機配備了高度精確的數(shù)字成像設(shè)備，這些設(shè)備具有覆蓋面積、垂直或傾斜成像的技術(shù)特點，能夠捕獲高分辨率的遙感圖像，達到分米級的空間分辨率，非常適合1∶1萬或更大比例尺的遙感應用需求。

（4）無人機系統(tǒng)的運營成本相對較低，飛行操作員接受的培訓時間也比較短，系統(tǒng)的存儲和維護都非常簡單，而且可以避免額外的調(diào)機和停機費用。

2.2 應用優(yōu)勢

遙感系統(tǒng)擁有出色的快速響應性能，準備起飛所需的時間也相對較短，同時操作流程也極為簡潔。它采用先進的機載平臺和地面監(jiān)控終端相結(jié)合的方式進行運行，能夠?qū)C場附近地區(qū)的大氣污染物濃度、能見度等信息及時地做出反應。除此之外，該設(shè)備還具備快速抵達監(jiān)測區(qū)域的能力，并搭載了高度精確的遙感儀器，能在極短的時間段內(nèi)迅速獲取遙感監(jiān)測的數(shù)據(jù)[3]。例如，如果某個區(qū)域持續(xù)遭受暴雨的侵襲，這可能會觸發(fā)地質(zhì)災害的發(fā)生，在這樣的情況下，利用無人機的遙感技術(shù)來監(jiān)控地質(zhì)災害變得尤其重要。通過使用該系統(tǒng)，可以對受災區(qū)域內(nèi)發(fā)生的災害程度、災情和人員分布等信息及時地獲取。它可以迅速地獲取地災隱患區(qū)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，進而幫助政府制定有針對性的應對措施，以降低地災帶來的損失。

3 無人機遙感技術(shù)應用

3.1 土地利用方面監(jiān)控

利用無人機遙感技術(shù)，相關(guān)工作者可以從多個角度對土地的使用進行深入的觀察和評價，這涉及到土地的使用方式、土壤的品質(zhì)、土地的使用強度以及土地的覆蓋范圍等多個維度。同時，無人機遙感技術(shù)還能夠有效地減少人力成本投入，為相關(guān)人員提供更為便捷的工作環(huán)境。通過利用遙感設(shè)備所具備的高分辨率、多光譜、高頻率和全天候的特點，相關(guān)工作者能夠顯著提升傳統(tǒng)土地利用監(jiān)測的效率和準確度[4]。此外，隨著科學技術(shù)水平的不斷提升，無人機遙感技術(shù)已經(jīng)能夠滿足現(xiàn)代社會對于土地管理提出的更高要求。在城市建設(shè)和發(fā)展的各個階段中，無人機遙感技術(shù)的運用已逐步嶄露頭角，成為監(jiān)控城市發(fā)展狀況的關(guān)鍵工具。

3.2 無人機遙感技術(shù)在生態(tài)保護中的應用

無人機遙感技術(shù)在森林、荒漠和海洋等多個生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)控和保護方面具有不可忽視的重要性。隨著科技水平的不斷發(fā)展，無人機遙感技術(shù)已經(jīng)成為了目前我國開展生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與保護工作中不可或缺的一項技術(shù)手段。通過應用無人機遙感技術(shù)，人們具備了對生態(tài)系統(tǒng)進行全方位、高分辨率遙感觀測和深入分析的能力；同時，利用無人機遙感技術(shù)還能實現(xiàn)對生物多樣性信息的獲取。此外，通過處理和分析遙感數(shù)據(jù)，相關(guān)工作人員具備了對生態(tài)環(huán)境健康狀況進行準確評估的能力，并能確保生態(tài)環(huán)境恢復項目得到恰當?shù)膱?zhí)行。因此，在實際工作中，利用無人機遙感技術(shù)是非常必要的。在過去，森林火災的監(jiān)控主要依賴于人工巡查和衛(wèi)星遙感技術(shù)，但這些方法的效率不是很高，而且成本也相對較高。隨著計算機技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，無人機開始逐漸成為森林火災監(jiān)測領(lǐng)域研究的熱點之一。通過使用無人機，監(jiān)測任務的效率和精確度都得到了顯著的提升。

3.3 無人機在水質(zhì)監(jiān)測應用

水的品質(zhì)被視為環(huán)境保護中的核心指標之一，它在維持生態(tài)穩(wěn)定和保障人類健康上發(fā)揮著至關(guān)重要的角色。因此，如何準確地測定水體中各項理化指標已成為當前研究領(lǐng)域關(guān)注的焦點。在以前，水質(zhì)的檢測手段大多依賴于手工取樣和實驗室的數(shù)據(jù)分析，這不僅耗費了大量的時間和努力，還無法實現(xiàn)實時監(jiān)控。無人機配備的傳感器能夠?qū)崟r監(jiān)測水中的溶解氧、懸浮物和葉綠素等關(guān)鍵參數(shù)，并通過數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)將這些數(shù)據(jù)實時傳送到監(jiān)測中心，從而實現(xiàn)對水質(zhì)的快速監(jiān)控和預警功能[5]。這套專為水質(zhì)監(jiān)測而設(shè)計的無人機系統(tǒng)已經(jīng)在多個湖泊和河流中得到了實際應用，并且表現(xiàn)出了非常令人滿意的效果。

3.4 無人機在野生動物保護中的應用

近年來，隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，越來越多的研究人員開始利用衛(wèi)星影像進行野生動物信息獲取，以提高對野生動植物的識別與調(diào)查精度。從傳統(tǒng)的視角來看，野生動物的監(jiān)控主要依賴于人工巡查和攝像設(shè)備，但這些技術(shù)都存在固有的局限性和效率不高的問題。無人機具備穿越復雜地形的獨特能力，在搭載了紅外熱像儀和高分辨率攝像頭的情況下，能夠?qū)崟r追蹤野生動物的移動路徑和數(shù)量分布，從而為野生動物的保護工作提供了極其寶貴的數(shù)據(jù)支持。

3.5 無人機遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應用

隨著城市居民數(shù)量的不斷增加，噪聲、環(huán)境污染和交通擁堵等問題逐漸成為城市環(huán)境改善的主要挑戰(zhàn)。在這一背景下，人們開始將目光轉(zhuǎn)移到了對于生態(tài)環(huán)境方面的關(guān)注上，而作為環(huán)境保護中最重要組成部分的大氣污染也受到越來越多的重視。無人機遙感技術(shù)為相關(guān)工作人員帶來了一種創(chuàng)新的環(huán)境監(jiān)測方法，它不僅穩(wěn)定，而且具有很高的精確性，能夠?qū)Ω鞣N環(huán)境污染進行精確的監(jiān)測和研究，從而為環(huán)境管理和生態(tài)保護工作提供了堅實的科學支持。無人機的遙感技術(shù)也被廣泛應用于氣象觀測和應對突發(fā)的災難事件等多個方面。例如，無人機遙感技術(shù)在水質(zhì)檢測和樣本收集方面表現(xiàn)出極高的準確性，這不僅有助于追溯環(huán)境污染的根本原因，還能顯著提升環(huán)境污染治理的成效。

3.6 無人機在水利工程中的應用

在我國，水利工程具有深厚且持久的歷史背景。作為國家經(jīng)濟建設(shè)中最重要的組成部分之一，它為人類提供了大量的生活用水和生產(chǎn)用水。隨著計算機科技和遙感測繪技術(shù)的不斷進步，信息化測繪技術(shù)已逐步被整合到水利工程項目的實施過程中。不僅在工程建設(shè)和工程管理上，而且還包括工程建設(shè)環(huán)境的評估和大型水利工程的安全監(jiān)測，都可以利用無人機進行低空遙感技術(shù)，從而實現(xiàn)快速的測繪和信息監(jiān)控。工作人員可以通過充分利用無人機的高機動性和高圖像分辨率，并結(jié)合空間信息技術(shù)，將高分辨率的影像與高精度的GPS系統(tǒng)結(jié)合起來，為工程生態(tài)環(huán)境提供了更直觀的分析和科學的決策依據(jù)，同時也為大型的防范工程、水庫和其他水利工程提供了更有效的安全監(jiān)測手段。

4 無人機遙感技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)與機遇

隨著無人機遙感技術(shù)的普及，各種新的挑戰(zhàn)和機遇也在不斷地涌現(xiàn)，從目前的情況來看，用于遙感監(jiān)控的無人機飛行平臺存在多個問題，這些問題包括穩(wěn)定性不足、續(xù)航時間有限、容易受到外部干擾和載荷不足等。此外，由于無人機自身存在一定程度上的不穩(wěn)定因素，所以對其進行有效的控制就成為了一個重要難題。相關(guān)工作者要進一步研發(fā)出具有高度穩(wěn)定性、持久續(xù)航能力和大載荷特性的無人機飛行平臺。此外，隨著遙感信息采集方式的發(fā)展，人們對于數(shù)據(jù)存儲與處理提出了更高要求。為了適應各種遙感監(jiān)測任務的獨特要求，無人機可能會配備合適的傳感器工具。因此，開發(fā)成本更低、更為輕便、模塊化設(shè)計且更具實用性的機載傳感器變得尤為重要。

5 結(jié)束語

無人機遙感技術(shù)在多個領(lǐng)域的應用都展示了極高的實用價值和操作便利性，為環(huán)境保護和生態(tài)保護等多個關(guān)鍵領(lǐng)域提供了寶貴的數(shù)據(jù)和科學支持。近年來，隨著科技水平的不斷提升以及社會經(jīng)濟發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的重視程度越來越高，無人機遙感監(jiān)測系統(tǒng)也得到了長足的進步和完善。為了保證城市和環(huán)境的高效和可持續(xù)發(fā)展，相關(guān)工作者還需要不斷加強技術(shù)能力，并推動市場的廣泛應用。

參考文獻

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