無人機(jī)環(huán)保領(lǐng)域大放異彩 成技術(shù)利器

中國近二三十年建設(shè)了全球規(guī)模最大,、花費(fèi)最高的污染排放在線監(jiān)測系統(tǒng),，耗資數(shù)百億元,。但根據(jù)現(xiàn)實(shí)看，這套系統(tǒng)難防排放造假和偷排,，而此漏洞恰是中國空氣和水環(huán)境惡化的最重要原因之一,。

目前無人機(jī)在環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用已較頻繁。環(huán)保部近幾年多次動(dòng)用無人機(jī),，對鋼鐵,、焦化,、電力等重點(diǎn)企業(yè)排污,、脫硫設(shè)施運(yùn)行等情況進(jìn)行直接檢查，發(fā)現(xiàn)多家企業(yè)存在污染治理設(shè)施不正常運(yùn)行,，廢水,、煙氣排放超標(biāo)等問題,。

同時(shí)，地方的環(huán)保部門也順應(yīng)潮流,，例如武漢曾利用無人機(jī)追蹤黑煙囪,，黑龍江利用無人機(jī)監(jiān)察秸稈焚燒以及蘭州利用無人機(jī)為冬防保駕護(hù)航等。

無人機(jī)是指通過機(jī)載程序系統(tǒng)或者無線電遙控設(shè)備進(jìn)行控制的不載人飛行器,。其監(jiān)察污染偷排的主要技術(shù)可以統(tǒng)稱為遙感技術(shù),，無人機(jī)遙感技術(shù)是繼航空、航天遙感技術(shù)之后的第三代遙感技術(shù),。

相比較載人飛機(jī),、衛(wèi)星等技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用，無人機(jī)遙感系統(tǒng)運(yùn)行成本相對較低,。從實(shí)際運(yùn)用中來看,，無人機(jī)可突破時(shí)空的限制，以其機(jī)動(dòng)性和快速性可提高環(huán)保巡查的效率以及快速響應(yīng)應(yīng)急狀況,。代替工作人員進(jìn)行高?；蛘卟灰诉M(jìn)入的地區(qū)進(jìn)行作業(yè)，還能保障工作人員的人身安全,。

各方將其視為利器,，目前正在突破如何使其小型化、輕型化,、集成化等方面的技術(shù),，使其更有效，并在研究使無人機(jī)執(zhí)法常態(tài)化,。

但也有不少受訪專家提出中肯意見：道高一尺,，魔高一丈，就像過去的監(jiān)察神器在線系統(tǒng)一樣,，或許在無人機(jī)監(jiān)察常態(tài)化后,，也會(huì)被排污企業(yè)攻破,，讓環(huán)境監(jiān)管再次成為“貓捉老鼠”游戲。

1.“千里眼”難防偷排

中國污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)始于20世紀(jì)90年代,。2004年,，為建立國家層面的污染源污染物排放數(shù)據(jù)庫，中國開始在全國范圍內(nèi)構(gòu)建環(huán)境監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),。

污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng),，是對眾多的污染源安裝對應(yīng)的煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)、污水在線監(jiān)測系統(tǒng),、水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)等在線實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置,。

目前，中國已建成國家,、省,、市、重點(diǎn)企業(yè)四級(jí)監(jiān)測體系,。

由中央和地方配套投入污染在線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的資金已逾數(shù)百億元,，該系統(tǒng)能夠?qū)θ珖先f個(gè)污染源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

然而,，現(xiàn)實(shí)殘酷,。業(yè)內(nèi)公認(rèn)，該系統(tǒng)雖表面顯示上萬家企業(yè)絕大部分達(dá)標(biāo)排放,，但現(xiàn)實(shí)卻是不少企業(yè)污染超標(biāo)排放,、偷排現(xiàn)象嚴(yán)重。

僅舉幾例：2013年5月,，國內(nèi)15家因脫硫設(shè)施不正常運(yùn)行,、監(jiān)測數(shù)據(jù)弄虛作假的企業(yè)被環(huán)保部掛牌督辦，更意外的是,，華電,、中石化、中石油等國企子公司赫然在列,。2014年,，河北省邢臺(tái)市環(huán)保局對建滔(河北)焦化有限公司進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn),，53天中,，煙塵超標(biāo)38天，超標(biāo)率高達(dá)71.7%,。

企業(yè)是如何在污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)中造假的呢?業(yè)內(nèi)人士指出,，自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備有間歇式的采樣規(guī)律，比如1小時(shí)或者2小時(shí)采樣一次,，而這間隔時(shí)間恰好成為部分企業(yè)偷排的“良機(jī)”,。

愿意“多費(fèi)點(diǎn)心”的企業(yè),，通過修改設(shè)備工作參數(shù)等軟件手段造假，讓不達(dá)標(biāo)的數(shù)據(jù)變“達(dá)標(biāo)”,。還有企業(yè)通過對采樣系統(tǒng)進(jìn)行破壞等硬件手段造假,，比如在設(shè)備采樣管上私接稀釋裝置。甚至,，有的企業(yè)直接拔掉采樣探頭,、斷開采樣系統(tǒng)，停用設(shè)備,，致使監(jiān)測設(shè)備采集不到真實(shí)樣品,。如此，永遠(yuǎn)達(dá)標(biāo)就成為“現(xiàn)實(shí)”了,。

為規(guī)避在線監(jiān)測系統(tǒng)的造假,，山西省近年開始在廢水排放位上安裝一個(gè)視頻監(jiān)控。效果如何,，還未有答案,。

有不少環(huán)境專家提出，面對企業(yè)的技術(shù)造假,，環(huán)保部門應(yīng)該同樣采用科技手段進(jìn)行打假,。作為近幾年來科技發(fā)展的新寵，無人機(jī)被認(rèn)為或許是不錯(cuò)的選擇,。

2.無人機(jī)尖兵

2015年5月18日,，環(huán)保部網(wǎng)站通報(bào)了2015年3月無人機(jī)執(zhí)法檢查及處理處罰情況。

3月中旬,，環(huán)保部利用無人機(jī)對河北省邯鄲市等地進(jìn)行執(zhí)法檢查,，并采用航拍等技術(shù)空中巡查手段。最終,，無人機(jī)發(fā)現(xiàn)邯鄲市一些重點(diǎn)企業(yè)大氣污染治理設(shè)施不正常運(yùn)行,、夜間治污設(shè)施停運(yùn)、煙氣排放超標(biāo)等問題線索,。

其實(shí),，環(huán)保部利用無人機(jī)執(zhí)法早已不是什么新鮮事。2014年,，為貫徹落實(shí)《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》,，環(huán)保部環(huán)監(jiān)局、監(jiān)測司聯(lián)合衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心,、華北督查中心在河北省,、山西省、內(nèi)蒙古自治區(qū)的重點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行了無人機(jī)執(zhí)法檢查行動(dòng)。打響了“整治違法排污企業(yè)保障群眾健康環(huán)保專項(xiàng)行動(dòng)”的第一場戰(zhàn)役,。

這是繼2013年11月至2014年2月在河北省唐山,、邢臺(tái)、邯鄲市單點(diǎn)無人機(jī)執(zhí)法檢查試驗(yàn)飛行之后,，在航管部門的批準(zhǔn)和大力支持下,，環(huán)保部進(jìn)行的又一次較大規(guī)模無人機(jī)執(zhí)法檢查行動(dòng)。

在這次執(zhí)法的任務(wù)中,，共檢查企業(yè)254家,，出動(dòng)中型、小型無人機(jī)共11個(gè)架次,，總飛行時(shí)間約20小時(shí),，總航程超過2000公里，覆蓋面積達(dá)1000多平方公里,。發(fā)現(xiàn)了疑似存在環(huán)境問題的企業(yè)64家,，主要問題有煙塵超標(biāo)排放、煙粉塵無組織排放嚴(yán)重,、脫硫設(shè)施及廢水處理設(shè)施不正常運(yùn)行等,。

據(jù)資料顯示，在2012年至2013年間,，環(huán)保部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心先后組織開展30多次無人機(jī)遙感應(yīng)用,，作業(yè)面積超過4000平方公里。

事實(shí)上,，中國各地的環(huán)保部門也開始使用無人機(jī),。

據(jù)公開資料顯示，內(nèi)蒙古包頭市環(huán)保局曾在2011年就購置了無人機(jī),，開展了環(huán)境保護(hù)的空中監(jiān)管模式,。遼寧省環(huán)保局2012年采用了無人機(jī)遙感系統(tǒng)，對遼河流域進(jìn)行了遼河治理現(xiàn)狀航拍和遙感監(jiān)測,，以便及時(shí)掌握遼河治理重點(diǎn)區(qū)域的狀態(tài)變化情況,。

“我們是從2011年開始用無人機(jī)進(jìn)行環(huán)保工作的。此后無人機(jī)在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用工作逐步展開,?！眳⑴c無人機(jī)事項(xiàng)的遼寧省環(huán)境工程評估審核中心工作人員徐建超在接受財(cái)新記者采訪時(shí)說。2014年,，武漢市環(huán)保監(jiān)察支隊(duì)曾租用兩臺(tái)無人機(jī),，在空氣質(zhì)量較差的區(qū)域上空陸續(xù)巡查三天，每天巡查范圍達(dá)二三十平方公里,。然后從拍攝的照片和視頻尋找違法線索,，進(jìn)行定點(diǎn)執(zhí)法,。同年10月份,，哈爾濱市環(huán)保局利用無人機(jī)搭載攝像頭對焚燒秸稈進(jìn)行巡查,。除此之外，揚(yáng)州,、濟(jì)南,、天津等多地都進(jìn)行了環(huán)保無人機(jī)應(yīng)用或探索。

2014年11月,，國務(wù)院辦公廳發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)管執(zhí)法的通知》(國辦發(fā)[2014]56號(hào))中提到,，要強(qiáng)化自動(dòng)監(jiān)控、衛(wèi)星遙感,、無人機(jī)等技術(shù)監(jiān)控手段運(yùn)用,。伴隨著此份通知的發(fā)布，中國或?qū)⑾破馃o人機(jī)在環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用的一股小高潮,。

3.無人機(jī)遙感

神秘的面紗下,，無人機(jī)到底是如何對環(huán)境進(jìn)行監(jiān)察和監(jiān)測的呢?

準(zhǔn)確地來說，無人機(jī)用于環(huán)保執(zhí)法是利用無人機(jī)遙感系統(tǒng)技術(shù),。遙感技術(shù)一般來說是不直接接觸物體本身,，從遠(yuǎn)處通過傳感器探測和接收來自目標(biāo)物體的信息，經(jīng)過信息的傳輸和處理分析,，從而識(shí)別物體的屬性及其分布等特征,。

無人機(jī)遙感技術(shù)，是借用無人機(jī)這個(gè)飛行的平臺(tái),，搭載一套遙感系統(tǒng),，利用無人駕駛飛行器技術(shù)、遙感遙測技術(shù),、通訊技術(shù),、遙感傳感器技術(shù)、定位技術(shù)以及遙感應(yīng)用技術(shù),，從而完成遙感數(shù)據(jù)的獲取以及進(jìn)行處理分析,。

作為信息系統(tǒng)源頭的傳感器網(wǎng)絡(luò)，可直接獲取所需的物質(zhì)或數(shù)據(jù),，是該系統(tǒng)的關(guān)鍵部分,。傳感器通過無線傳輸系統(tǒng)可實(shí)時(shí)地傳回地面需要的監(jiān)測數(shù)據(jù);或者為了保障數(shù)據(jù)的安全性，也可保存于無人機(jī)平臺(tái)中,，待無人機(jī)落地后再進(jìn)行處理和分析,。

能發(fā)現(xiàn)廢氣偷排亂放的最關(guān)鍵傳感器，是航拍圖像傳感器和機(jī)載大氣環(huán)境監(jiān)測傳感器,。

常見的就是在無人機(jī)上搭載高分辨率的數(shù)碼相機(jī)或者攝像機(jī),，進(jìn)行航拍。可以實(shí)時(shí)傳輸回所航拍到的畫面,，也可以將圖像信息存儲(chǔ),，無人機(jī)落地后再獲取圖像數(shù)據(jù)，并且還可以利用圖像拼接技術(shù),，形成對大區(qū)域環(huán)境的整體認(rèn)知,，從而觀察地面是否存在廢氣偷排亂放現(xiàn)象。

“因?yàn)橥ㄟ^航拍的手段,，可以看到煙囪有沒有冒煙,，冒的是不是黑煙?！敝锌朴顖D資源環(huán)境科學(xué)研究院副院長,、工程技術(shù)研究中心主任謝濤對財(cái)新記者介紹說，“這可以從航拍的影像上,，快速地發(fā)現(xiàn)問題,。”

機(jī)載大氣環(huán)境監(jiān)測傳感器正是大氣監(jiān)測領(lǐng)域的核心部分,。

謝濤介紹說,，這方面的設(shè)備從工作模式上，主要包括兩種,，一種是基于二維面狀航拍作業(yè)模式的光譜類設(shè)備,，比如氣體濾光分析器、紅外干涉儀,、傅里葉變換干涉儀,、可見光輻射偏振儀和激光雷達(dá)等;另一種是基于泵吸式點(diǎn)狀采樣監(jiān)測模式的機(jī)載氣體監(jiān)測設(shè)備，比如粒子探測儀,、差分吸收光譜探測系統(tǒng),、電化學(xué)類氣體監(jiān)測設(shè)備等。

氣體濾光分析器是用選擇性濾光器使樣品池里的氣體能吸收一定波長的光波,，用來研究大氣中污染物對光譜吸收作用,，以分辨氣體的光譜。這種儀器適用于 2微米至20微米光譜段,。在飛機(jī)上裝置的氣體濾光分析器,，可測得一氧化碳的濃度。對二氧化硫,、二氧化氮,、氨、甲醛,、甲烷和二氧化碳也能用氣體濾光分析器進(jìn)行試驗(yàn)監(jiān)測,。

紅外干涉儀可以分辨一氧化碳,、一氧化二氮、二氧化氮,、氨和碳酸等污染物組分,，適用于1微米至5微米的光譜段。變換干涉儀使用范圍也是1微米至5微米的光譜段,，可用于測定二氧化硫,、二氧化氮,、一氧化二氮和氨等,。測量大氣中的懸浮顆粒物一般應(yīng)用可見光輻射偏振儀和激光雷達(dá)?？梢姽廨椛淦駜x可從太陽輻射能的偏振反射中測出顆粒物的物理特性,，如顆粒大小、形狀和組成以及垂直分層分布和空間濃度變化,。激光探測大氣污染是向大氣中發(fā)射一定波長的光束,，從接收的回波中獲知大氣物理量的分布規(guī)律。

對于基于泵吸式點(diǎn)狀采樣監(jiān)測模式的機(jī)載氣體監(jiān)測設(shè)備,，謝濤表示,，以顆粒物采樣為例，無人機(jī)飛到哪兒,，泵吸式采樣測到哪兒,。一邊飛的時(shí)候，一邊進(jìn)行顆粒物的采樣,。里面顆粒物監(jiān)測的儀器就可以對其進(jìn)行感知,。或者是把顆粒物截留在濾紙膜上,，待無人機(jī)落地后,，把樣本拿下來化驗(yàn)。這樣就可以知道相關(guān)的具體信息了,。

在監(jiān)察廢水方面,，可以對廢水熱污染情況進(jìn)行監(jiān)管。利用普通CCD相機(jī),，可以通過水色變化對排污進(jìn)行監(jiān)管,。

當(dāng)然，無人機(jī)遙感系統(tǒng)也并不是單獨(dú)使用的,，需要與現(xiàn)有的監(jiān)測手段和監(jiān)察工具進(jìn)行配合使用,。通過無人機(jī)遙感系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行執(zhí)法檢查，獲得企業(yè)違法線索信息后,，環(huán)保部門還要進(jìn)行地面核查,，來鎖定違法違規(guī)證據(jù),，然后依照法律法規(guī)進(jìn)行處罰。

4.常態(tài)化執(zhí)法尚遠(yuǎn)

當(dāng)無人機(jī)執(zhí)法步入常態(tài)化后,，會(huì)帶來什么效果呢?

徐建超認(rèn)為,，無人機(jī)監(jiān)測具備諸多優(yōu)點(diǎn)。一是不受空間和地形制約,。無人機(jī)優(yōu)勢是高空監(jiān)測,，在地面上不可能看見的或看不清的污染，從空中看則是一目了然,。通過無人機(jī)帶回的高清圖像信息,，執(zhí)法者可以清楚地了解地面上的真實(shí)情況。二是無人機(jī)機(jī)動(dòng)性,、時(shí)效性好,，可以迅速到達(dá)指定區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測，獲得最及時(shí)的材料,。三是無人機(jī)飛行速度快,、監(jiān)測范圍廣，可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對大范圍區(qū)域的監(jiān)測,，提高監(jiān)測效率,，節(jié)約成本。

無人機(jī)遙感具備這些優(yōu)點(diǎn),，可以為環(huán)境保護(hù)工作提供準(zhǔn)確,、及時(shí)、可靠的數(shù)據(jù),，成為環(huán)境保護(hù)工作的重要技術(shù)手段,。

廣東空航航空科技有限公司無人機(jī)團(tuán)隊(duì)技術(shù)負(fù)責(zé)人楊興星，談及無人機(jī)遙感技術(shù)執(zhí)法的優(yōu)勢時(shí),，他介紹說,，有些工廠很大，動(dòng)不動(dòng)就幾千畝,，環(huán)保人員徒步進(jìn)入廠區(qū)查看是很困難的,，第一人力資源有限，第二可能監(jiān)管到的范圍很小,。而無人機(jī)去做這些監(jiān)管就不一樣,，首先高空拍照，可以知道哪個(gè)地方的濃煙密度最大;第二通過傳感器可以感知大氣的污染度,。每天在每個(gè)點(diǎn)固定地飛一次收集數(shù)據(jù),，可以相對方便、快捷和高效地幫助執(zhí)法人員執(zhí)法,。

地面的監(jiān)測方式只能監(jiān)測到近地面大氣的狀態(tài),，很難形成區(qū)域,、面狀的大氣質(zhì)量信息以及大氣的立體空間狀態(tài)。

“無人機(jī)可以彌補(bǔ)地面監(jiān)測的不足,，通過地面站點(diǎn)監(jiān)測,，原來可能只知道地面污染分布的信息。通過無人機(jī)航空遙感監(jiān)測能知道垂直分布的信息,?！敝x濤表示?！巴ㄟ^無人機(jī),，定期或者不定期地巡查，起到一個(gè)偵察的作用,。提升了環(huán)境監(jiān)察能力,，改善執(zhí)法的方式,?！?

自去年以來，無人機(jī)被頻頻用于執(zhí)法,。希望無人機(jī)常態(tài)化執(zhí)法的聲音也不絕于耳,。

不少環(huán)保部門曾表示要使用好無人機(jī)這一“利器”，不定期對重點(diǎn)區(qū)域開展空中巡查,，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)執(zhí)法檢查常態(tài)化,。不少業(yè)內(nèi)專家也表示希望無人機(jī)能作為環(huán)保部門進(jìn)行常規(guī)環(huán)境巡查的設(shè)備之一。

但從目前看,，無人機(jī)尚不具備常規(guī)化執(zhí)法的條件,。技術(shù)發(fā)展的瓶頸、人才的缺乏,、成本的限制,、以及空域的管制等，是無人機(jī)成為常規(guī)空中“偵察兵”的阻力,。

中科宇圖資源環(huán)境科學(xué)研究院院長劉銳在接受財(cái)新記者采訪時(shí)介紹說,，無人機(jī)遙感系統(tǒng)在監(jiān)測時(shí)，可以監(jiān)測某一區(qū)域大氣存在污染,，但這污染氣體具體來源于地面哪家工廠,，哪家企業(yè)，卻不得而知,。

另外,，無人機(jī)飛行的面積依然是有局限的?！耙?yàn)闊o人機(jī)飛行也是一條航跡或者一條線,，只能感知到所飛的那條線上或者所飛到的那個(gè)位置的局地小環(huán)境,。采用泵吸式采樣監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行氣體監(jiān)測，往往由于氣體在近地面擴(kuò)散,，而無法偵測到,。”謝濤表示,。

眾多的技術(shù)難題也待突破,。無人機(jī)遙感系統(tǒng)不是把不同的設(shè)備簡單地集成。例如,，傳感器需要做機(jī)載化的改造,，需要把原來的便攜式、小型化的空氣質(zhì)量監(jiān)測的設(shè)備,，進(jìn)行機(jī)載化的改造,。

謝濤介紹說，無人機(jī)在飛行的過程中,，氣流會(huì)對采樣造成干擾,。從對顆粒物采樣的角度來說，需要保證等速采樣,，才更能符合采樣的規(guī)范,。

在無人機(jī)遙感系統(tǒng)感知后獲得的數(shù)據(jù)，需要實(shí)時(shí)傳回地面,，這將涉及到不同設(shè)備之間的接口問題,。這也是需要一個(gè)機(jī)載化改造的過程。

好馬還得配好鞍,。除了技術(shù)問題,，新應(yīng)用的發(fā)展離不開一個(gè)良好的環(huán)境和土壤。無人機(jī)遙感系統(tǒng)在環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用,，目前還沒有配套的機(jī)制體制的支撐,，相關(guān)部門對無人機(jī)也沒有給出明確的適航技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、適航認(rèn)證管理以及相關(guān)人員培訓(xùn)的標(biāo)準(zhǔn)等,。專業(yè)人才的缺乏也限制了無人機(jī)遙感系統(tǒng)在環(huán)保領(lǐng)域的常態(tài)化應(yīng)用,。

所以，看起來如此耀眼的硬件設(shè)備,，而目前也只發(fā)揮最基本的功能,，主要是通過航拍來配合環(huán)境監(jiān)察。在這個(gè)無人機(jī),、遙感和環(huán)境監(jiān)測等多種技術(shù)結(jié)合的交叉領(lǐng)域,，無人機(jī)環(huán)境遙感目前還處于一個(gè)探索和嘗試的階段。距離真正地步入常態(tài)化,，恐怕還有一段路程要走,。

無人機(jī)雖好,，但不少專家仍然發(fā)表了審慎和理性的看法。

國家環(huán)境保護(hù)城市空氣顆粒物污染防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任馮銀廠接受財(cái)新記者采訪時(shí)指出,，靠無人機(jī)等技術(shù)的進(jìn)步來查污染偷排固然讓人欣喜,，但中國的污染問題需從制度建設(shè)上解決?！爱?dāng)前,，企業(yè)守法意識(shí)薄弱，守法要花錢,，違法可賺錢,，這是問題?！?

謝濤也指出,，中國在污染監(jiān)測方面僅靠技術(shù)進(jìn)步是不夠的，真正的思路應(yīng)該是考慮如何通過一些經(jīng)濟(jì)杠桿,，或者法制逐漸地建立起企業(yè)在環(huán)境保護(hù)方面的誠信機(jī)制,，讓企業(yè)自發(fā)地去保護(hù)環(huán)境。