當前，我國多地區(qū)面臨大氣環(huán)境質(zhì)量改善巨大壓力。對此，業(yè)內(nèi)人士表示，只有精確找到本地污染物排放來源，結(jié)合地理、氣象、環(huán)境衍生等眾多原因綜合分析，才能實現(xiàn)大氣污染治理精準決策和快速應對。
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、污染因子相對復雜等特點，環(huán)境監(jiān)管難度非常大。傳統(tǒng)的空氣自動監(jiān)測站的站房用地面積大，加上其成本及后期運營費用較高，因此很難進行大面積、精密化布點，并且基本上“說不清污染來源“。即使花大價錢采取空氣監(jiān)測站加密的方式進行監(jiān)控，但以點位進行布置的監(jiān)測數(shù)據(jù)始終很難判斷污染源遷移和擴散情況，更無從確定污染發(fā)生的直接源頭。
地方政府需要一套快速、高效監(jiān)測系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，克服人工、視頻、監(jiān)測站等監(jiān)管存在的數(shù)據(jù)支撐不足等問題，實現(xiàn)精準監(jiān)控，以滿足大氣污染治防治需求。
“大區(qū)域”“精準”“高效快速”，無人機技術(shù)仿佛就是面對這樣的關(guān)鍵詞而生的，然而環(huán)保無人機市場卻一直以來少有人問津，其原因何在？
這里究竟是一個藍海，還是一個難題？
無人機與大氣環(huán)境監(jiān)測能否擦出火花，本文將從多個方面對此進行探討。
二、無人機環(huán)保解決方案
無人機在大氣環(huán)境監(jiān)測方面的應用，目前主要有以下三個方向：
1、可見光相機
目前在環(huán)保方面應用最廣的，就是傳統(tǒng)的無人機+可見光云臺，某些企業(yè)甚至簡單的進行購買幾臺精靈，對人員稍加培訓，就形成“環(huán)保無人機監(jiān)測隊伍”。
不可否認，單純的相機甚至變焦相機已經(jīng)能夠給環(huán)境監(jiān)測帶來新的思路，但是可見光相機對大氣污染物的觀測僅停留在拍照、視頻階段，缺乏精準監(jiān)測數(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，只能對污染濃度較大的可見性污染源如黑煙囪、秸稈焚燒等進行監(jiān)控。
常規(guī)可見光載荷在環(huán)保方面只能算是錦上添花，環(huán)監(jiān)人員難以有效的進行使用，買回來，用不著，最后只會淪為展示道具。
無人機發(fā)現(xiàn)的某個正在排放的黑煙囪/圖 來源網(wǎng)絡
2、紅外成像
紅外成像儀在電力巡檢上已有非常廣泛的應用。在環(huán)保應用方面，搭載紅外成像儀的無人機，可以使無人機在夜間條件下進行監(jiān)測，熱像儀的熱分布可視化、測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（可見光）和夜間（熱成像）風機影像
但是熱像儀同樣受到環(huán)境條件的影響過大，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有必然的關(guān)聯(lián)，相關(guān)模型復雜需要長久的比對和監(jiān)測才能得出檢測結(jié)論，難以滿足環(huán)監(jiān)的迫切需求。
3、氣體傳感器
“無人機+氣體傳感器”即通過無人機搭載多種因子（如VOCs、SO2、PM2.5）的高精度氣體監(jiān)測傳感器或者氣體采集裝置，在測區(qū)進行大范圍的巡查，以尋找污染特征因子的監(jiān)測方式。
以大疆M100搭載傳感器為例，配合航線規(guī)劃自動飛行，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，同時一并解決了數(shù)據(jù)、影像、定位等問題。
看似很美好，然而這樣的監(jiān)測是否可行？
隨著技術(shù)的進步，便攜式傳感器精度已經(jīng)達到可以接受的程度，尤其基于光離子化檢測器(PID)方法的傳感器，其檢出限、精度甚至可以達到ppb級別，已經(jīng)足夠滿足測量大氣污染物濃度的要求。
高精度VOCs傳感器的檢測曲線/圖 來源網(wǎng)絡
在理論支撐方面，長江學者彭仲仁教授帶領的上海交通大學智能交通與無人機應用研究中心早在2011年已經(jīng)對無人機在空氣監(jiān)測方面的應用進行了研究，其《基于無人機（UAV）技術(shù)的城市空氣質(zhì)量4-D監(jiān)測研究》、《基于無人機觀測的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 來源：《基于無人機觀測的PM2.5垂直分布規(guī)律研究：以中國杭州為例》
在實際應用方面，如慧航無人機、幻飛智控等企業(yè)已先行嘗試在多個地市使用帶有氣體監(jiān)測儀的無人機進行監(jiān)測，協(xié)助環(huán)監(jiān)執(zhí)法，同時環(huán)監(jiān)大隊根據(jù)無人機的發(fā)現(xiàn)進行查處了不少違法企業(yè) 。
無人機協(xié)助環(huán)監(jiān)執(zhí)法/圖 來源網(wǎng)絡
三、數(shù)據(jù)可視化
有數(shù)據(jù)，仍不夠，環(huán)監(jiān)執(zhí)法非常講究時效性，企業(yè)的違法偷排情況可能只會出現(xiàn)在某個時間段、甚至只是某一個瞬間，這也是環(huán)監(jiān)取證難、執(zhí)法難的原因之一。
無人機氣體傳感器在大氣污染調(diào)查工作中會得到大量的實測數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)利用excel進行數(shù)據(jù)分析與管理的辦法不僅無法直觀展現(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 來源網(wǎng)絡
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)察機構(gòu)、科學直觀地判讀與分析大氣污染情況，
高效快速的檢測方式可為后續(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 來源網(wǎng)絡
結(jié)合高程的3D可視化數(shù)據(jù)分布/圖 來源網(wǎng)絡
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)人員迅速派出兩臺氣體監(jiān)測無人機對劃定區(qū)域進行氣體監(jiān)測，通過氣體監(jiān)測地面站顯示的數(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，最后在鎖定目標后安排執(zhí)法人員突擊檢查，在短時間內(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區(qū)域，VOCs的平均濃度為0.1580ppm，VOCs濃度最高值高達0.7961ppm，同時發(fā)現(xiàn)兩個波峰位置，鎖定污染源。）
氣體監(jiān)測無人機自動生成的報告/圖 /圖 來源網(wǎng)絡?
五、小結(jié)
雖然在環(huán)保應用上，無人機+傳感器的模式嶄露頭角，但是其仍存在不少突出的問題：
1、監(jiān)測標準
國家對環(huán)保監(jiān)測的方法和標準擁有嚴格的規(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)測技術(shù)規(guī)范》等），無人機乃新鮮事物，自身的標準仍未確定，遑論無人機氣體監(jiān)測標準。
沒有標準、規(guī)范，就沒有依據(jù)，因此無人機監(jiān)測所獲得的數(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
無人機飛行于工廠上空，所監(jiān)測到的氣體數(shù)據(jù)能夠說明即來自該工廠嗎？高空大氣環(huán)流復雜、同時還存在無人機氣流擾動等的影響，污染物擴散模型難以建立，要做到對污染物垂直柱濃度分布和區(qū)域污染物時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，實驗室指標已讓人滿意，但是其各方面性能仍然與監(jiān)測站有一定的差距，在實際應用場合的各種干擾中，數(shù)據(jù)的準確性還得打個問號。
因此，無人機監(jiān)測的數(shù)據(jù)不能簡單地進行使用，還需要與常規(guī)監(jiān)測站、大氣環(huán)境、在線監(jiān)控系統(tǒng)等多平臺數(shù)據(jù)比對、校準，并利用大數(shù)據(jù)平臺和相關(guān)模型的進行分析解析。同時應結(jié)合專家智庫，開展大氣顆粒物、痕量氣體的高精度、高分辨率立體分布反演方法研究，開展機載大氣顆粒物和污染氣體三維觀測技術(shù)研究，推動相關(guān)檢測方法的標準化。
無人機與行業(yè)應用相結(jié)合是當下趨勢，“無人機+氣體監(jiān)測”已實現(xiàn)實時監(jiān)控區(qū)域內(nèi)污染物動態(tài)變化，快速捕捉污染源的異常排放行，助力環(huán)監(jiān)人員實現(xiàn)差異化管理和靶向管理，在突破技術(shù)難題后，一定會有個更廣闊的前景。
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 《復雜地形區(qū)域大氣污染車載和機載走航觀測技術(shù)》
文章來源：宇辰網(wǎng)
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