無人機環保領域大放異彩 成技術利器

中國近二三十年建設了全球規模最大、花費最高的污染排放在線監測系統，耗資數百億元。但根據現實看，這套系統難防排放造假和偷排，而此漏洞恰是中國空氣和水環境惡化的最重要原因之一。

目前無人機在環保領域應用已較頻繁。環保部近幾年多次動用無人機，對鋼鐵、焦化、電力等重點企業排污、脫硫設施運行等情況進行直接檢查，發現多家企業存在污染治理設施不正常運行，廢水、煙氣排放超標等問題。

同時，地方的環保部門也順應潮流，例如武漢曾利用無人機追蹤黑煙囪，黑龍江利用無人機監察秸稈焚燒以及蘭州利用無人機為冬防保駕護航等。

無人機是指通過機載程序系統或者無線電遙控設備進行控制的不載人飛行器。其監察污染偷排的主要技術可以統稱為遙感技術，無人機遙感技術是繼航空、航天遙感技術之后的第三代遙感技術。

相比較載人飛機、衛星等技術在環保領域中的應用，無人機遙感系統運行成本相對較低。從實際運用中來看，無人機可突破時空的限制，以其機動性和快速性可提高環保巡查的效率以及快速響應應急狀況。代替工作人員進行高危或者不宜進入的地區進行作業，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，使其更有效，并在研究使無人機執法常態化。

但也有不少受訪專家提出中肯意見：道高一尺，魔高一丈，就像過去的監察神器在線系統一樣，或許在無人機監察常態化后，也會被排污企業攻破，讓環境監管再次成為“貓捉老鼠”游戲。

1.“千里眼”難防偷排

中國污染源在線監測系統的建設始于20世紀90年代。2004年，為建立國家層面的污染源污染物排放數據庫，中國開始在全國范圍內構建環境監控網絡。

污染源在線監測系統是一個綜合性的在線監測與預警系統，是對眾多的污染源安裝對應的煙氣在線監測系統、污水在線監測系統、水質在線監測系統等在線實時監控裝置。

目前，中國已建成國家、省、市、重點企業四級監測體系。

由中央和地方配套投入污染在線監測網絡的資金已逾數百億元，該系統能夠對全國上萬個污染源進行實時監控。

然而，現實殘酷。業內公認，該系統雖表面顯示上萬家企業絕大部分達標排放，但現實卻是不少企業污染超標排放、偷排現象嚴重。

僅舉幾例：2013年5月，國內15家因脫硫設施不正常運行、監測數據弄虛作假的企業被環保部掛牌督辦，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，河北省邢臺市環保局對建滔(河北)焦化有限公司進行檢查時發現，53天中，煙塵超標38天，超標率高達71.7%。

企業是如何在污染源在線監測系統中造假的呢?業內人士指出，自動監測設備有間歇式的采樣規律，比如1小時或者2小時采樣一次，而這間隔時間恰好成為部分企業偷排的“良機”。

愿意“多費點心”的企業，通過修改設備工作參數等軟件手段造假，讓不達標的數據變“達標”。還有企業通過對采樣系統進行破壞等硬件手段造假，比如在設備采樣管上私接稀釋裝置。甚至，有的企業直接拔掉采樣探頭、斷開采樣系統，停用設備，致使監測設備采集不到真實樣品。如此，永遠達標就成為“現實”了。

為規避在線監測系統的造假，山西省近年開始在廢水排放位上安裝一個視頻監控。效果如何，還未有答案。

有不少環境專家提出，面對企業的技術造假，環保部門應該同樣采用科技手段進行打假。作為近幾年來科技發展的新寵，無人機被認為或許是不錯的選擇。

2.無人機尖兵

2015年5月18日，環保部網站通報了2015年3月無人機執法檢查及處理處罰情況。

3月中旬，環保部利用無人機對河北省邯鄲市等地進行執法檢查，并采用航拍等技術空中巡查手段。最終，無人機發現邯鄲市一些重點企業大氣污染治理設施不正常運行、夜間治污設施停運、煙氣排放超標等問題線索。

其實，環保部利用無人機執法早已不是什么新鮮事。2014年，為貫徹落實《大氣污染防治行動計劃》，環保部環監局、監測司聯合衛星環境應用中心、華北督查中心在河北省、山西省、內蒙古自治區的重點地區進行了無人機執法檢查行動。打響了“整治違法排污企業保障群眾健康環保專項行動”的第一場戰役。

這是繼2013年11月至2014年2月在河北省唐山、邢臺、邯鄲市單點無人機執法檢查試驗飛行之后，在航管部門的批準和大力支持下，環保部進行的又一次較大規模無人機執法檢查行動。

在這次執法的任務中，共檢查企業254家，出動中型、小型無人機共11個架次，總飛行時間約20小時，總航程超過2000公里，覆蓋面積達1000多平方公里。發現了疑似存在環境問題的企業64家，主要問題有煙塵超標排放、煙粉塵無組織排放嚴重、脫硫設施及廢水處理設施不正常運行等。

據資料顯示，在2012年至2013年間，環保部衛星環境應用中心先后組織開展30多次無人機遙感應用，作業面積超過4000平方公里。

事實上，中國各地的環保部門也開始使用無人機。

據公開資料顯示，內蒙古包頭市環保局曾在2011年就購置了無人機，開展了環境保護的空中監管模式。遼寧省環保局2012年采用了無人機遙感系統，對遼河流域進行了遼河治理現狀航拍和遙感監測，以便及時掌握遼河治理重點區域的狀態變化情況。

“我們是從2011年開始用無人機進行環保工作的。此后無人機在環保領域的應用工作逐步展開。”參與無人機事項的遼寧省環境工程評估審核中心工作人員徐建超在接受財新記者采訪時說。2014年，武漢市環保監察支隊曾租用兩臺無人機，在空氣質量較差的區域上空陸續巡查三天，每天巡查范圍達二三十平方公里。然后從拍攝的照片和視頻尋找違法線索，進行定點執法。同年10月份，哈爾濱市環保局利用無人機搭載攝像頭對焚燒秸稈進行巡查。除此之外，揚州、濟南、天津等多地都進行了環保無人機應用或探索。

2014年11月，國務院辦公廳發布的《關于加強環境監管執法的通知》(國辦發[2014]56號)中提到，要強化自動監控、衛星遙感、無人機等技術監控手段運用。伴隨著此份通知的發布，中國或將掀起無人機在環保領域應用的一股小高潮。

3.無人機遙感

神秘的面紗下，無人機到底是如何對環境進行監察和監測的呢?

準確地來說，無人機用于環保執法是利用無人機遙感系統技術。遙感技術一般來說是不直接接觸物體本身，從遠處通過傳感器探測和接收來自目標物體的信息，經過信息的傳輸和處理分析，從而識別物體的屬性及其分布等特征。

無人機遙感技術，是借用無人機這個飛行的平臺，搭載一套遙感系統，利用無人駕駛飛行器技術、遙感遙測技術、通訊技術、遙感傳感器技術、定位技術以及遙感應用技術，從而完成遙感數據的獲取以及進行處理分析。

作為信息系統源頭的傳感器網絡，可直接獲取所需的物質或數據，是該系統的關鍵部分。傳感器通過無線傳輸系統可實時地傳回地面需要的監測數據;或者為了保障數據的安全性，也可保存于無人機平臺中，待無人機落地后再進行處理和分析。

能發現廢氣偷排亂放的最關鍵傳感器，是航拍圖像傳感器和機載大氣環境監測傳感器。

常見的就是在無人機上搭載高分辨率的數碼相機或者攝像機，進行航拍。可以實時傳輸回所航拍到的畫面，也可以將圖像信息存儲，無人機落地后再獲取圖像數據，并且還可以利用圖像拼接技術，形成對大區域環境的整體認知，從而觀察地面是否存在廢氣偷排亂放現象。

“因為通過航拍的手段，可以看到煙囪有沒有冒煙，冒的是不是黑煙。”中科宇圖資源環境科學研究院副院長、工程技術研究中心主任謝濤對財新記者介紹說，“這可以從航拍的影像上，快速地發現問題。”

機載大氣環境監測傳感器正是大氣監測領域的核心部分。

謝濤介紹說，這方面的設備從工作模式上，主要包括兩種，一種是基于二維面狀航拍作業模式的光譜類設備，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等;另一種是基于泵吸式點狀采樣監測模式的機載氣體監測設備，比如粒子探測儀、差分吸收光譜探測系統、電化學類氣體監測設備等。

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行試驗監測。

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用可見光輻射偏振儀和激光雷達。可見光輻射偏振儀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律。

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

在監察廢水方面，可以對廢水熱污染情況進行監管。利用普通CCD相機，可以通過水色變化對排污進行監管。

當然，無人機遙感系統也并不是單獨使用的，需要與現有的監測手段和監察工具進行配合使用。通過無人機遙感系統技術進行執法檢查，獲得企業違法線索信息后，環保部門還要進行地面核查，來鎖定違法違規證據，然后依照法律法規進行處罰。

4.常態化執法尚遠

當無人機執法步入常態化后，會帶來什么效果呢?

徐建超認為，無人機監測具備諸多優點。一是不受空間和地形制約。無人機優勢是高空監測，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。通過無人機帶回的高清圖像信息，執法者可以清楚地了解地面上的真實情況。二是無人機機動性、時效性好，可以迅速到達指定區域進行監測，獲得最及時的材料。三是無人機飛行速度快、監測范圍廣，可以在短時間內實現對大范圍區域的監測，提高監測效率，節約成本。

無人機遙感具備這些優點，可以為環境保護工作提供準確、及時、可靠的數據，成為環境保護工作的重要技術手段。

廣東空航航空科技有限公司無人機團隊技術負責人楊興星，談及無人機遙感技術執法的優勢時，他介紹說，有些工廠很大，動不動就幾千畝，環保人員徒步進入廠區查看是很困難的，第一人力資源有限，第二可能監管到的范圍很小。而無人機去做這些監管就不一樣，首先高空拍照，可以知道哪個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。每天在每個點固定地飛一次收集數據，可以相對方便、快捷和高效地幫助執法人員執法。

地面的監測方式只能監測到近地面大氣的狀態，很難形成區域、面狀的大氣質量信息以及大氣的立體空間狀態。

“無人機可以彌補地面監測的不足，通過地面站點監測，原來可能只知道地面污染分布的信息。通過無人機航空遙感監測能知道垂直分布的信息。”謝濤表示。“通過無人機，定期或者不定期地巡查，起到一個偵察的作用。提升了環境監察能力，改善執法的方式。”

自去年以來，無人機被頻頻用于執法。希望無人機常態化執法的聲音也不絕于耳。

不少環保部門曾表示要使用好無人機這一“利器”，不定期對重點區域開展空中巡查，實現無人機執法檢查常態化。不少業內專家也表示希望無人機能作為環保部門進行常規環境巡查的設備之一。

但從目前看，無人機尚不具備常規化執法的條件。技術發展的瓶頸、人才的缺乏、成本的限制、以及空域的管制等，是無人機成為常規空中“偵察兵”的阻力。

中科宇圖資源環境科學研究院院長劉銳在接受財新記者采訪時介紹說，無人機遙感系統在監測時，可以監測某一區域大氣存在污染，但這污染氣體具體來源于地面哪家工廠，哪家企業，卻不得而知。

另外，無人機飛行的面積依然是有局限的。“因為無人機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位置的局地小環境。采用泵吸式采樣監測設備進行氣體監測，往往由于氣體在近地面擴散，而無法偵測到。”謝濤表示。

眾多的技術難題也待突破。無人機遙感系統不是把不同的設備簡單地集成。例如，傳感器需要做機載化的改造，需要把原來的便攜式、小型化的空氣質量監測的設備，進行機載化的改造。

謝濤介紹說，無人機在飛行的過程中，氣流會對采樣造成干擾。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范。

在無人機遙感系統感知后獲得的數據，需要實時傳回地面，這將涉及到不同設備之間的接口問題。這也是需要一個機載化改造的過程。

好馬還得配好鞍。除了技術問題，新應用的發展離不開一個良好的環境和土壤。無人機遙感系統在環保領域中的應用，目前還沒有配套的機制體制的支撐，相關部門對無人機也沒有給出明確的適航技術標準、適航認證管理以及相關人員培訓的標準等。專業人才的缺乏也限制了無人機遙感系統在環保領域的常態化應用。

所以，看起來如此耀眼的硬件設備，而目前也只發揮最基本的功能，主要是通過航拍來配合環境監察。在這個無人機、遙感和環境監測等多種技術結合的交叉領域，無人機環境遙感目前還處于一個探索和嘗試的階段。距離真正地步入常態化，恐怕還有一段路程要走。

無人機雖好，但不少專家仍然發表了審慎和理性的看法。

國家環境保護城市空氣顆粒物污染防治重點實驗室主任馮銀廠接受財新記者采訪時指出，靠無人機等技術的進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上解決。“當前，企業守法意識薄弱，守法要花錢，違法可賺錢，這是問題。”

謝濤也指出，中國在污染監測方面僅靠技術進步是不夠的，真正的思路應該是考慮如何通過一些經濟杠桿，或者法制逐漸地建立起企業在環境保護方面的誠信機制，讓企業自發地去保護環境。