當(dāng)前，我國(guó)多地區(qū)面臨大氣環(huán)境質(zhì)量改善巨大壓力。對(duì)此，業(yè)內(nèi)人士表示，只有精確找到本地污染物排放來(lái)源，結(jié)合地理、氣象、環(huán)境衍生等眾多原因綜合分析，才能實(shí)現(xiàn)大氣污染治理精準(zhǔn)決策和快速應(yīng)對(duì)。
由于大氣污染具有涉及區(qū)域范圍較大、區(qū)域之間污染物傳輸量大、污染源種類多、污染因子相對(duì)復(fù)雜等特點(diǎn)，環(huán)境監(jiān)管難度非常大。傳統(tǒng)的空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的站房用地面積大，加上其成本及后期運(yùn)營(yíng)費(fèi)用較高，因此很難進(jìn)行大面積、精密化布點(diǎn)，并且基本上“說(shuō)不清污染來(lái)源“。即使花大價(jià)錢(qián)采取空氣監(jiān)測(cè)站加密的方式進(jìn)行監(jiān)控，但以點(diǎn)位進(jìn)行布置的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)始終很難判斷污染源遷移和擴(kuò)散情況，更無(wú)從確定污染發(fā)生的直接源頭。
地方政府需要一套快速、高效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，克服人工、視頻、監(jiān)測(cè)站等監(jiān)管存在的數(shù)據(jù)支撐不足等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)監(jiān)控，以滿足大氣污染治防治需求。
“大區(qū)域”“精準(zhǔn)”“高效快速”，無(wú)人機(jī)技術(shù)仿佛就是面對(duì)這樣的關(guān)鍵詞而生的，然而環(huán)保無(wú)人機(jī)市場(chǎng)卻一直以來(lái)少有人問(wèn)津，其原因何在？
這里究竟是一個(gè)藍(lán)海，還是一個(gè)難題？
無(wú)人機(jī)與大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)能否擦出火花，本文將從多個(gè)方面對(duì)此進(jìn)行探討。
二、無(wú)人機(jī)環(huán)保解決方案
無(wú)人機(jī)在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用，目前主要有以下三個(gè)方向：
1、可見(jiàn)光相機(jī)
目前在環(huán)保方面應(yīng)用最廣的，就是傳統(tǒng)的無(wú)人機(jī)+可見(jiàn)光云臺(tái)，某些企業(yè)甚至簡(jiǎn)單的進(jìn)行購(gòu)買幾臺(tái)精靈，對(duì)人員稍加培訓(xùn)，就形成“環(huán)保無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)隊(duì)伍”。
不可否認(rèn)，單純的相機(jī)甚至變焦相機(jī)已經(jīng)能夠給環(huán)境監(jiān)測(cè)帶來(lái)新的思路，但是可見(jiàn)光相機(jī)對(duì)大氣污染物的觀測(cè)僅停留在拍照、視頻階段，缺乏精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為支撐，并且受光照、雨霧、攝像頭低分辨率等因素的影響，只能對(duì)污染濃度較大的可見(jiàn)性污染源如黑煙囪、秸稈焚燒等進(jìn)行監(jiān)控。
常規(guī)可見(jiàn)光載荷在環(huán)保方面只能算是錦上添花，環(huán)監(jiān)人員難以有效的進(jìn)行使用，買回來(lái)，用不著，最后只會(huì)淪為展示道具。
無(wú)人機(jī)發(fā)現(xiàn)的某個(gè)正在排放的黑煙囪/圖 來(lái)源網(wǎng)絡(luò)
2、紅外成像
紅外成像儀在電力巡檢上已有非常廣泛的應(yīng)用。在環(huán)保應(yīng)用方面，搭載紅外成像儀的無(wú)人機(jī)，可以使無(wú)人機(jī)在夜間條件下進(jìn)行監(jiān)測(cè)，熱像儀的熱分布可視化、測(cè)溫等特性能夠較有效地發(fā)現(xiàn)夜間生產(chǎn)的企業(yè)，可作為遏制夜間偷排的一種手段。
某企業(yè)日間（可見(jiàn)光）和夜間（熱成像）風(fēng)機(jī)影像
但是熱像儀同樣受到環(huán)境條件的影響過(guò)大，并且，不同種類的企業(yè)的熱分布形式不一、排放溫度與排放量沒(méi)有必然的關(guān)聯(lián)，相關(guān)模型復(fù)雜需要長(zhǎng)久的比對(duì)和監(jiān)測(cè)才能得出檢測(cè)結(jié)論，難以滿足環(huán)監(jiān)的迫切需求。
3、氣體傳感器
“無(wú)人機(jī)+氣體傳感器”即通過(guò)無(wú)人機(jī)搭載多種因子（如VOCs、SO2、PM2.5）的高精度氣體監(jiān)測(cè)傳感器或者氣體采集裝置，在測(cè)區(qū)進(jìn)行大范圍的巡查，以尋找污染特征因子的監(jiān)測(cè)方式。
以大疆M100搭載傳感器為例，配合航線規(guī)劃自動(dòng)飛行，不到20分鐘就能夠覆蓋1平方公里的區(qū)域20-30家工廠，得出氣體濃度分布情況，其效率是傳統(tǒng)環(huán)監(jiān)人員地面巡查的百倍，同時(shí)一并解決了數(shù)據(jù)、影像、定位等問(wèn)題。
看似很美好，然而這樣的監(jiān)測(cè)是否可行？
隨著技術(shù)的進(jìn)步，便攜式傳感器精度已經(jīng)達(dá)到可以接受的程度，尤其基于光離子化檢測(cè)器(PID)方法的傳感器，其檢出限、精度甚至可以達(dá)到ppb級(jí)別，已經(jīng)足夠滿足測(cè)量大氣污染物濃度的要求。
高精度VOCs傳感器的檢測(cè)曲線/圖 來(lái)源網(wǎng)絡(luò)
在理論支撐方面，長(zhǎng)江學(xué)者彭仲仁教授帶領(lǐng)的上海交通大學(xué)智能交通與無(wú)人機(jī)應(yīng)用研究中心早在2011年已經(jīng)對(duì)無(wú)人機(jī)在空氣監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用進(jìn)行了研究，其《基于無(wú)人機(jī)（UAV）技術(shù)的城市空氣質(zhì)量4-D監(jiān)測(cè)研究》、《基于無(wú)人機(jī)觀測(cè)的PM2.5垂直分布規(guī)律研究》等多篇論文已經(jīng)被多次引用。
PM2.5垂直分布規(guī)律/圖 來(lái)源：《基于無(wú)人機(jī)觀測(cè)的PM2.5垂直分布規(guī)律研究：以中國(guó)杭州為例》
在實(shí)際應(yīng)用方面，如慧航無(wú)人機(jī)、幻飛智控等企業(yè)已先行嘗試在多個(gè)地市使用帶有氣體監(jiān)測(cè)儀的無(wú)人機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，協(xié)助環(huán)監(jiān)執(zhí)法，同時(shí)環(huán)監(jiān)大隊(duì)根據(jù)無(wú)人機(jī)的發(fā)現(xiàn)進(jìn)行查處了不少違法企業(yè) 。
無(wú)人機(jī)協(xié)助環(huán)監(jiān)執(zhí)法/圖 來(lái)源網(wǎng)絡(luò)
三、數(shù)據(jù)可視化
有數(shù)據(jù)，仍不夠，環(huán)監(jiān)執(zhí)法非常講究時(shí)效性，企業(yè)的違法偷排情況可能只會(huì)出現(xiàn)在某個(gè)時(shí)間段、甚至只是某一個(gè)瞬間，這也是環(huán)監(jiān)取證難、執(zhí)法難的原因之一。
無(wú)人機(jī)氣體傳感器在大氣污染調(diào)查工作中會(huì)得到大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)利用excel進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與管理的辦法不僅無(wú)法直觀展現(xiàn)污染物的空間分布形態(tài)，大量的數(shù)據(jù)需要多個(gè)工作日的處理和分析才能得出相關(guān)結(jié)論，難以為下一步的監(jiān)測(cè)管理和治理工作提供決策支持。
傳統(tǒng)表格式數(shù)據(jù)/圖 來(lái)源網(wǎng)絡(luò)
而可視化處理能夠充分挖掘數(shù)據(jù)隱含的空間關(guān)聯(lián)，揭示氣體污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，有助于科研人員、監(jiān)察機(jī)構(gòu)、科學(xué)直觀地判讀與分析大氣污染情況，
高效快速的檢測(cè)方式可為后續(xù)的一系列的治理措施提供支撐依據(jù)，節(jié)約人力成本。
結(jié)合地圖信息的氣體格柵分布/圖 來(lái)源網(wǎng)絡(luò)
結(jié)合高程的3D可視化數(shù)據(jù)分布/圖 來(lái)源網(wǎng)絡(luò)
五、案例介紹
某日夜晚，環(huán)保局接到居民投訴有刺鼻異味，環(huán)監(jiān)人員迅速派出兩臺(tái)氣體監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)對(duì)劃定區(qū)域進(jìn)行氣體監(jiān)測(cè)，通過(guò)氣體監(jiān)測(cè)地面站顯示的數(shù)據(jù)直觀地查看區(qū)域的氣體濃度分布圖，尋找排放氣體的污染源，最后在鎖定目標(biāo)后安排執(zhí)法人員突擊檢查，在短時(shí)間內(nèi)快速處置了環(huán)境突發(fā)事件。
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（區(qū)域1的VOCs濃度均高于其它三個(gè)區(qū)域，VOCs的平均濃度為0.1580ppm，VOCs濃度最高值高達(dá)0.7961ppm，同時(shí)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)波峰位置，鎖定污染源。）
氣體監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)自動(dòng)生成的報(bào)告/圖 /圖 來(lái)源網(wǎng)絡(luò)?
五、小結(jié)
雖然在環(huán)保應(yīng)用上，無(wú)人機(jī)+傳感器的模式嶄露頭角，但是其仍存在不少突出的問(wèn)題：
1、監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)
國(guó)家對(duì)環(huán)保監(jiān)測(cè)的方法和標(biāo)準(zhǔn)擁有嚴(yán)格的規(guī)定，與氣相關(guān)的技術(shù)規(guī)范已經(jīng)上百部（如《HJ/T 75—2007 固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》等），無(wú)人機(jī)乃新鮮事物，自身的標(biāo)準(zhǔn)仍未確定，遑論無(wú)人機(jī)氣體監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。
沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，就沒(méi)有依據(jù)，因此無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)所獲得的數(shù)據(jù)，只能夠作為參考佐證或科研數(shù)據(jù)，并不能直接用于執(zhí)法。
2、數(shù)據(jù)可靠性
無(wú)人機(jī)飛行于工廠上空，所監(jiān)測(cè)到的氣體數(shù)據(jù)能夠說(shuō)明即來(lái)自該工廠嗎？高空大氣環(huán)流復(fù)雜、同時(shí)還存在無(wú)人機(jī)氣流擾動(dòng)等的影響，污染物擴(kuò)散模型難以建立，要做到對(duì)污染物垂直柱濃度分布和區(qū)域污染物時(shí)空分布快速反演并非易事。
盡管便攜式傳感器精度已有很大提高，實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)已讓人滿意，但是其各方面性能仍然與監(jiān)測(cè)站有一定的差距，在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的各種干擾中，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性還得打個(gè)問(wèn)號(hào)。
因此，無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)不能簡(jiǎn)單地進(jìn)行使用，還需要與常規(guī)監(jiān)測(cè)站、大氣環(huán)境、在線監(jiān)控系統(tǒng)等多平臺(tái)數(shù)據(jù)比對(duì)、校準(zhǔn)，并利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)和相關(guān)模型的進(jìn)行分析解析。同時(shí)應(yīng)結(jié)合專家智庫(kù)，開(kāi)展大氣顆粒物、痕量氣體的高精度、高分辨率立體分布反演方法研究，開(kāi)展機(jī)載大氣顆粒物和污染氣體三維觀測(cè)技術(shù)研究，推動(dòng)相關(guān)檢測(cè)方法的標(biāo)準(zhǔn)化。
無(wú)人機(jī)與行業(yè)應(yīng)用相結(jié)合是當(dāng)下趨勢(shì)，“無(wú)人機(jī)+氣體監(jiān)測(cè)”已實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)污染物動(dòng)態(tài)變化，快速捕捉污染源的異常排放行，助力環(huán)監(jiān)人員實(shí)現(xiàn)差異化管理和靶向管理，在突破技術(shù)難題后，一定會(huì)有個(gè)更廣闊的前景。
參考資料：
1.Peng, Z. R., Wang, D., Wang, Z., Gao, Y., & Lu, S. (2015). A study of vertical distribution patterns of pm 2.5, concentrations based on ambient monitoring with unmanned aerial vehicles: a case in hangzhou, china. Atmospheric Environment, 123, 357-369.
2.李白、李超 《復(fù)雜地形區(qū)域大氣污染車載和機(jī)載走航觀測(cè)技術(shù)》
文章來(lái)源：宇辰網(wǎng)
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