無人機(jī)在環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用的可行性報(bào)告

關(guān)于無人機(jī)在環(huán)保領(lǐng)域運(yùn)用的可行性報(bào)告為解決環(huán)保執(zhí)法力量不足、執(zhí)法手段不多、執(zhí)法覆蓋不廣等突出問題，2012年起國家環(huán)保部開展了無人機(jī)在環(huán)保執(zhí)法與環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的研究和運(yùn)用，并將無人機(jī)作為加強(qiáng)環(huán)保執(zhí)法能力建設(shè)的重要科技手段之一。同時(shí)，2014年底國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《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)），強(qiáng)調(diào)通過“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”，全面加強(qiáng)環(huán)保執(zhí)法能力建設(shè)，鼓勵(lì)運(yùn)用無人機(jī)遙感等先進(jìn)監(jiān)控手段開展環(huán)境執(zhí)法。經(jīng)調(diào)研，結(jié)合目前環(huán)保監(jiān)察執(zhí)法工作實(shí)際，現(xiàn)對(duì)無人機(jī)在環(huán)保領(lǐng)域運(yùn)用的可行性調(diào)查報(bào)告如下：一、無人機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)最早主要用于軍事用途，作為訓(xùn)練用的靶機(jī)出現(xiàn)，2002年美國將無人機(jī)作為偵察機(jī)投放入于阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)。隨著無人機(jī)制造成本的不斷降低，無人機(jī)越來越多被廣泛運(yùn)用于民用領(lǐng)域，如警用無人機(jī)、森林防火用無人機(jī)、城市規(guī)劃用無人機(jī)，以及用于監(jiān)測(cè)輸電線和輸油管線的無人機(jī)，等等。無人機(jī)遙感技術(shù)可快速獲取地理、資源、環(huán)境等空間遙感信息，完成遙感數(shù)據(jù)采集、處理和應(yīng)用分析。具有機(jī)動(dòng)、快速、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢(shì)，將無人機(jī)應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域已成為目前全球環(huán)保工作的一大趨勢(shì)。美國、迪拜等國家已采用無人機(jī)對(duì)海灘、營(yíng)地等場(chǎng)所實(shí)施監(jiān)控和違法取證。歐洲一些國家也采用無人機(jī)對(duì)重點(diǎn)水域、生態(tài)區(qū)進(jìn)行巡查、保護(hù)。二、無人機(jī)在環(huán)保領(lǐng)域運(yùn)用范圍（一）環(huán)境執(zhí)法方面工業(yè)企業(yè)污染物排放情況復(fù)雜、變化頻繁，環(huán)境監(jiān)察工作任務(wù)繁重，環(huán)境監(jiān)察人員力量也顯不足，監(jiān)管模式相對(duì)單一。無人機(jī)可以從宏觀上觀測(cè)污染源分布、排放狀況以及項(xiàng)目建設(shè)情況，為環(huán)境執(zhí)法提供決策依據(jù)。充分運(yùn)用無人機(jī)等技術(shù)監(jiān)控手段排查隱蔽性污染源，打擊非法排污行為，實(shí)施精準(zhǔn)定位取證，有效解決“捉迷藏”和取證難的問題，提升執(zhí)法效率。利用專業(yè)無人機(jī)作為常態(tài)環(huán)境監(jiān)察手段，進(jìn)行空中巡查航拍，發(fā)現(xiàn)疑似違法排污行為。對(duì)管轄地區(qū)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、對(duì)污染問題進(jìn)行航拍取證，重點(diǎn)用于監(jiān)察露天堆場(chǎng)、非法養(yǎng)殖、露天焚燒、廢水滲坑、工地?fù)P塵、工業(yè)鍋爐及其他“小散亂污”企業(yè)等環(huán)境違法行為。環(huán)境監(jiān)察人員可不受時(shí)間、空間與地形等條件制約，迅速鎖定污染問題發(fā)生地，有效獲取證據(jù)，實(shí)現(xiàn)“管理無死角、監(jiān)察無盲區(qū)、監(jiān)測(cè)無空白”的精準(zhǔn)監(jiān)控執(zhí)法。無人機(jī)環(huán)境執(zhí)法應(yīng)用有利于突破環(huán)境執(zhí)法和環(huán)境監(jiān)管的困境，有效解決環(huán)境執(zhí)法技術(shù)裝備和監(jiān)控手段落后、執(zhí)法人員嚴(yán)重不足，監(jiān)管范圍點(diǎn)多面廣、執(zhí)法任務(wù)繁重等問題。無人機(jī)環(huán)境執(zhí)法應(yīng)用能使點(diǎn)（單一工業(yè)污染源）、線（流域污染源）、面（區(qū)域污染源）環(huán)境監(jiān)察有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建環(huán)境立體執(zhí)法新局面。（二）生態(tài)監(jiān)察方面1、飲用水源保護(hù)區(qū)巡查及水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警傳統(tǒng)水資源調(diào)查、用地信息管理和水利巡查成圖中，多用人工的方式進(jìn)行調(diào)查，勘查人員攜帶相機(jī)從高處向河流拍照、乘船的方式對(duì)水資源面積調(diào)查。結(jié)合無人機(jī)的特點(diǎn)，利用無人機(jī)對(duì)所需監(jiān)測(cè)對(duì)象進(jìn)行航拍，巡視，通過大范圍飛行快速巡查，第一時(shí)間掌握水利資源調(diào)查信息。通過航拍測(cè)繪掌握地面水資源用地信息以及水資源調(diào)查成果，地面工作站根據(jù)實(shí)時(shí)航拍監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可以清晰分析水資源的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，后期制作電子版或相片成果圖，生成水資源巡查成圖，為生態(tài)監(jiān)察檢查提供充分的依據(jù)。另外，傳統(tǒng)監(jiān)管多采用人工調(diào)查、固定攝像頭拍攝、固定儀器檢測(cè)等方式。一方面設(shè)備的采購成本較高，不易維護(hù)；另一方面無法實(shí)現(xiàn)及時(shí)響應(yīng)和突擊檢查。采用無機(jī)人機(jī)借助系統(tǒng)搭載的多光譜成像儀生成多光譜圖像，直觀全面地監(jiān)測(cè)地表水環(huán)境質(zhì)量狀況，提供水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化、水華、水體透明度、懸浮物排污口污染狀況等信息的專題圖，從而達(dá)到對(duì)水質(zhì)特征污染物監(jiān)視性監(jiān)測(cè)的目的。2、重要生態(tài)功能區(qū)環(huán)境監(jiān)察重要生態(tài)功能區(qū)如自然保護(hù)區(qū)大多有著面積較大、位置偏遠(yuǎn)、交通不便的特點(diǎn)。傳統(tǒng)人工監(jiān)管或搭載直升機(jī)監(jiān)管都存在成本較高，實(shí)施困難等問題。其生態(tài)保護(hù)工作很難做到全面細(xì)致。環(huán)保部門在日常監(jiān)管過程中可采用無人機(jī)遙感系統(tǒng)獲取需要特殊保護(hù)區(qū)域的遙感影像，通過逐年影響的分析比對(duì)或植被覆蓋度的計(jì)算比對(duì)，可以清楚地了解到該區(qū)域內(nèi)植物生態(tài)環(huán)境的動(dòng)態(tài)演變情況。如果自然因素不變而區(qū)域內(nèi)或區(qū)域附近有強(qiáng)度較大的人為活動(dòng)，通過逐年遙感影像也可以為研究人為活動(dòng)對(duì)植被生態(tài)的影像提供依據(jù)。當(dāng)自然保護(hù)區(qū)和飲用水源保護(hù)區(qū)遭到非法侵占時(shí)，無人機(jī)遙感系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，遙感影像也可作為生態(tài)保護(hù)執(zhí)法的依據(jù)。（3）環(huán)境監(jiān)測(cè)方面?zhèn)鹘y(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)通常采用點(diǎn)監(jiān)測(cè)的方式來估算整個(gè)區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量情況，具有一定的局限性和片面性。無人機(jī)具有視域廣、及時(shí)連續(xù)的特點(diǎn)，可迅速查明環(huán)境現(xiàn)狀。1、水污染監(jiān)視性監(jiān)測(cè)借助系統(tǒng)搭載的多光譜成像儀生成多光譜圖像，可直觀辨別污染源、污染口、可見漂浮物等;生成的分布圖，可為環(huán)境評(píng)價(jià)、環(huán)境監(jiān)察提供依據(jù)，全面地監(jiān)測(cè)地表水環(huán)境質(zhì)量狀況，提供水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化、水華、水體透明度、懸浮物、排污口污染狀況等信息的專題圖，從而達(dá)到對(duì)水質(zhì)特征污染物監(jiān)視性監(jiān)測(cè)的目的。2、大氣污染實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)無人機(jī)通過搭載的大氣污染物檢測(cè)儀對(duì)現(xiàn)場(chǎng)空域、高空排污口等大氣污染物情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使執(zhí)法人員能夠?qū)崟r(shí)了解污染物排放濃度、排放強(qiáng)度和擴(kuò)散范圍。大氣污染物檢測(cè)儀可以固定在無人機(jī)上，檢測(cè)儀一般可以檢測(cè)二氧化硫、一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、硫化氫、VOCs等，并可以按照一定的時(shí)間間隔對(duì)排放區(qū)域上空進(jìn)行往返復(fù)測(cè)。目前對(duì)大氣污染的監(jiān)測(cè)主要集中在地面，高空污染監(jiān)測(cè)比較少，這種平面監(jiān)測(cè)讓我們很難清楚地掌握霧霾的生消和擴(kuò)散規(guī)律。利用無人機(jī)飛行系統(tǒng)搭載污染區(qū)域氣體采集設(shè)備對(duì)高空垂直斷面大氣污染情況進(jìn)行采集分析。通過長(zhǎng)期的對(duì)某區(qū)域進(jìn)行大氣污染跟蹤監(jiān)測(cè)，將可獲取PM2.5、PM10等大氣污染物濃度的三維分布數(shù)據(jù)，形成區(qū)域趨勢(shì)圖像，為大氣總量減排考核提供有力的數(shù)據(jù)支持。（四）環(huán)境應(yīng)急方面無人機(jī)在環(huán)境應(yīng)急突發(fā)事件中，可克服交通不利、情況危險(xiǎn)等不利因素，快速趕到污染事故所在空域，立體的查看事故現(xiàn)場(chǎng)、污染物排放情況和周圍環(huán)境敏感點(diǎn)分布情況，搭載的影像平臺(tái)可實(shí)時(shí)傳遞影像信息，監(jiān)控事故進(jìn)展，為環(huán)境保護(hù)決策提供準(zhǔn)確信息。當(dāng)發(fā)生環(huán)境突發(fā)事件時(shí)，特別是在某些不適于人員進(jìn)入的情況，如化工廠發(fā)生泄漏、爆炸等，無人機(jī)則可以飛行到事故現(xiàn)場(chǎng)的上空進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻的拍攝與傳輸，使應(yīng)急指揮人員不僅能夠在應(yīng)急指揮現(xiàn)場(chǎng)，也能在遠(yuǎn)程指揮中心實(shí)時(shí)了解事故現(xiàn)場(chǎng)情況。當(dāng)遇到有害氣體泄漏時(shí)，無人機(jī)通過搭載的有害氣體檢測(cè)儀對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)空域空氣質(zhì)量情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使應(yīng)急指揮人員能夠隨時(shí)了解有害氣體的擴(kuò)散范圍和強(qiáng)度。當(dāng)無人機(jī)飛臨應(yīng)急區(qū)域上空時(shí)，有害氣體檢測(cè)儀則可以按照一定的時(shí)間間隔對(duì)區(qū)域上空的空氣情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。無人機(jī)使環(huán)保部門對(duì)環(huán)境應(yīng)急突發(fā)事件的情況了解得更加全面、對(duì)事件的反應(yīng)更加迅速、相關(guān)人員之間的協(xié)調(diào)更加充分、決策更加有據(jù)。無人機(jī)的使用，還可以大大降低環(huán)境應(yīng)急工作人員的工作難度，同時(shí)工作人員的人身安全也可以得到有效的保障。三、無人機(jī)環(huán)保運(yùn)用的可行性分析（一）必要性1、加強(qiáng)環(huán)保執(zhí)法工作效率，緩解環(huán)保監(jiān)管壓力的需要。目前環(huán)保監(jiān)管企業(yè)眾多，而一線執(zhí)法人員人手不足，工作任務(wù)跟執(zhí)法人員數(shù)量嚴(yán)重倒掛，一線執(zhí)法人員除要按頻次要求完成日常監(jiān)理任務(wù)外，還要完成企業(yè)環(huán)境信訪、專項(xiàng)檢查、行政處罰等系列工作，污染源多執(zhí)法力量不足的矛盾日益凸顯。因此無人機(jī)的應(yīng)用不僅是環(huán)保執(zhí)法手段的有益補(bǔ)充，同時(shí)也是《國務(wù)院辦公廳關(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)）、《國務(wù)院辦公廳關(guān)于印發(fā)<生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案>的通知》（國辦發(fā)〔2015〕56號(hào)）中明確提出“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”，“加強(qiáng)應(yīng)用無人機(jī)+遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)重要生態(tài)功能區(qū)、自然保護(hù)區(qū)等大范圍、全天候監(jiān)測(cè)，提升生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)綜合能力，建立生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管平臺(tái)，對(duì)重要生態(tài)功能區(qū)人類干擾、生態(tài)破壞等活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、評(píng)估與預(yù)警”等要求。2、解決環(huán)保實(shí)際工作問題的需要。環(huán)保實(shí)際工作中存在眾多工作難點(diǎn)：一是環(huán)保應(yīng)急經(jīng)常出現(xiàn)某些不適合進(jìn)入或無法靠近事故現(xiàn)場(chǎng)的情況；二是環(huán)保執(zhí)法中有時(shí)出現(xiàn)被檢查單位有意阻礙拖延執(zhí)法人員進(jìn)入的情況；三是企業(yè)經(jīng)常利用夜間或節(jié)假日等執(zhí)法力量薄弱時(shí)段偷排廢水的情況等等。無人機(jī)的應(yīng)用可以有效解決以上工作困難：一是無人機(jī)不受人員安全限制，可及時(shí)出現(xiàn)在危險(xiǎn)事故現(xiàn)場(chǎng)拍攝或監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)情況；二是無人機(jī)不受空間限制，無須被檢查單位授權(quán)即可快速進(jìn)入企業(yè)了解污染治理情況或獲得企業(yè)違法證據(jù)；三是無人機(jī)不受時(shí)間限制，夜間、節(jié)假日均可巡航執(zhí)法，實(shí)現(xiàn)超常規(guī)執(zhí)法，有效震懾非法排污企業(yè)。3、促進(jìn)環(huán)保執(zhí)法立體發(fā)展的需要。目前環(huán)保系統(tǒng)逐步推行環(huán)保移動(dòng)執(zhí)法對(duì)企業(yè)進(jìn)行監(jiān)管，雖然在環(huán)保工作中的日常監(jiān)理、投訴信訪、專項(xiàng)檢查、文書送達(dá)等各種工作還沒有實(shí)現(xiàn)由系統(tǒng)產(chǎn)生工作任務(wù)分配并指派到個(gè)人，但也將逐步推進(jìn)各縣區(qū)環(huán)保移動(dòng)執(zhí)法系統(tǒng)使用及聯(lián)網(wǎng)，預(yù)計(jì)將初步實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)察工作從前端的監(jiān)察、取證到后端的立案處罰的數(shù)字化監(jiān)管。通過使用無人機(jī)、衛(wèi)星遙感等新技術(shù)監(jiān)控手段，將應(yīng)用所得圖像、錄像及環(huán)境數(shù)據(jù)分析結(jié)果等數(shù)據(jù)庫與移動(dòng)執(zhí)法、在線監(jiān)控等系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，相互共享，將構(gòu)筑立體化的環(huán)保監(jiān)管模式，促進(jìn)環(huán)保執(zhí)法的立體發(fā)展。（二）可行性為解決當(dāng)前環(huán)保執(zhí)法困境，按照傳統(tǒng)思路，需增加執(zhí)法人員配置和增加空氣檢測(cè)站建設(shè)等。污染源數(shù)量眾多，而執(zhí)法人員嚴(yán)重不足，按照合理的配置比例，全市應(yīng)該要增加大量的環(huán)保執(zhí)法人員，同時(shí)每年新增的財(cái)政支出數(shù)額較大；其次要實(shí)現(xiàn)對(duì)全市的空氣質(zhì)量區(qū)域性監(jiān)測(cè)，需大幅度增加自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的數(shù)量，自動(dòng)監(jiān)測(cè)站建設(shè)和運(yùn)維成本負(fù)擔(dān)較重。如采用無人機(jī)技術(shù)手段，目前可探索參照的如下三種模式：1、與環(huán)科所聯(lián)合開展無人機(jī)平臺(tái)+遙感技術(shù)在環(huán)保執(zhí)法與生態(tài)環(huán)境監(jiān)管的應(yīng)用項(xiàng)目，擬聯(lián)合企業(yè)組成研究團(tuán)隊(duì)，以的環(huán)境監(jiān)管需求為研究對(duì)象，共同開展相關(guān)研發(fā)工作。以科研項(xiàng)目開展為契機(jī)，整合“無人機(jī)飛駕技術(shù)+遙感傳感器+圖像處理技術(shù)+遙感圖像解譯技術(shù)”形成適用于環(huán)保的集成技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)半自動(dòng)化甚至自動(dòng)化、智能化、專業(yè)化快速獲取環(huán)境、地理、土地利用、生態(tài)等數(shù)據(jù)信息，并在畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)監(jiān)管、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境執(zhí)法、自然保護(hù)區(qū)巡查、飲用水源保護(hù)區(qū)巡查和環(huán)境治理等方面推廣應(yīng)用，節(jié)省大量人力財(cái)力，提高環(huán)保執(zhí)法和監(jiān)管的科學(xué)、高效、公正、權(quán)威性。在研究成果基礎(chǔ)上，再來選擇是否繼續(xù)進(jìn)一步合作購買無人機(jī)服務(wù)或者自購使用。2、參考他市采購無人機(jī)服務(wù)經(jīng)驗(yàn)，也可以采購由企業(yè)提供的無人機(jī)飛行與監(jiān)測(cè)服務(wù)。這一方面可以避免直接采購無人機(jī)及其搭載的各種傳感設(shè)備，不需要增加固定資產(chǎn)的投資，不需要額外增加專職人員進(jìn)行無人機(jī)的飛行操作與維護(hù)。同時(shí)參考他市無人機(jī)每次進(jìn)行拍照飛行服務(wù)的費(fèi)用，結(jié)合對(duì)無人機(jī)飛行與監(jiān)測(cè)服務(wù)的不同需要，如紅外拍攝、大氣污染物檢測(cè)、定時(shí)大區(qū)域監(jiān)拍等，一年所需要的經(jīng)費(fèi)估計(jì)在幾十萬元到幾百萬元不等，可有效改善解決當(dāng)前環(huán)保執(zhí)法困境。3、參考部分地市無人機(jī)應(yīng)用做法，自購無人機(jī)并配備專人進(jìn)行考試、培訓(xùn)，在取得飛行操作和維護(hù)合格證之后在開展無人機(jī)環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用。自購無人機(jī)使用基本能實(shí)現(xiàn)日常性的環(huán)境執(zhí)法、區(qū)域巡查、應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)拍監(jiān)控等工作任務(wù)，但因在無人機(jī)操作、儀器配套維護(hù)、污染物檢測(cè)及數(shù)據(jù)研究分析等方面限制較多，所以應(yīng)用范圍將受到限制。四、無人機(jī)在環(huán)保應(yīng)用預(yù)期目標(biāo)實(shí)現(xiàn)無人機(jī)輔助環(huán)保監(jiān)察工作：現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法工作擺脫人為阻礙執(zhí)法行為，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)污染源的快速監(jiān)察取證；定期組織無人機(jī)節(jié)假日巡航，拍攝巡航區(qū)域企業(yè)照片，分析企業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)及排污情況；定期組織無人機(jī)夜間區(qū)域巡航，甄別非法排污嫌疑，指明監(jiān)察工作重點(diǎn)；實(shí)現(xiàn)無人機(jī)技術(shù)與移動(dòng)執(zhí)法、在線監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)合，移動(dòng)執(zhí)法系統(tǒng)可直接調(diào)用無人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)獲取的視頻、圖片資料。實(shí)現(xiàn)無人機(jī)輔助環(huán)境應(yīng)急工作：應(yīng)急工作擺脫人員安全限制，實(shí)現(xiàn)對(duì)突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)圖片、視頻等信息的及時(shí)采集；通過負(fù)載有害氣體傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)突發(fā)事件周圍空域污染情況的有效監(jiān)測(cè)。實(shí)現(xiàn)無人機(jī)輔助環(huán)境區(qū)域排查工作：區(qū)域排查工作擺脫空間和人員安全限制，到達(dá)平時(shí)人員很難或無法進(jìn)入的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)全方位圖片、視頻等信息的采集。如淡水河流域排查或禁養(yǎng)區(qū)畜禽養(yǎng)殖污染排查等，無人機(jī)則可以飛行到排查區(qū)域的上空對(duì)整個(gè)區(qū)域進(jìn)行拍攝，經(jīng)后期加工拼接，形成全流域污染概況圖。4、實(shí)現(xiàn)區(qū)域性大氣監(jiān)控分析以及預(yù)警：