近年，我國的經(jīng)濟(jì)及科研能力快速發(fā)展，諸多技術(shù)水平均走在世界前列，但與此同時(shí)帶來的對環(huán)境的破壞也在與日俱增， 雖然國家努力出臺各種政策來緩解由此帶來的影響，但是有些問題因?yàn)閳?zhí)行層面的困難貫徹的并不徹底，收效也不明顯。在環(huán)境問題日益嚴(yán)峻的今天，國家也致力于提升環(huán)境保護(hù)工作的智能性、安全性及高效性，為了還給百姓們一個(gè)清水綠岸的家園，各種高科技手段在環(huán)保工作中正在被廣泛應(yīng)用。

1 秸稈焚燒的危害

我國現(xiàn)階段還是農(nóng)業(yè)大國，每逢夏秋之季，農(nóng)村出現(xiàn)大量的秸稈焚燒現(xiàn)象，對環(huán)境帶來嚴(yán)重威脅。一是焚燒秸稈時(shí)產(chǎn)生的各種有毒有害物質(zhì)污染空氣，可以使大氣中的二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物高于平時(shí)的三倍以上，危害人體健康。二是秸稈焚燒隨風(fēng)容易引燃周圍環(huán)境中的可燃物，導(dǎo)致火災(zāi)， 危及群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。三是焚燒秸稈形成大量煙霧及顆粒物，使空氣能見度下降，造成視野不清晰，極易引發(fā)交通事故等安全問題。

2 無人機(jī)在精準(zhǔn)快速巡查秸稈禁燒工作中的優(yōu)勢

雖然政府監(jiān)管部門在此方面投入了大量財(cái)力、物力、人力進(jìn)行管理及監(jiān)督，但受各種客觀因素的限制整體收效甚微。據(jù)以往資料及數(shù)據(jù)分析顯示，無人機(jī)在防治秸稈禁燒巡查工作中的應(yīng)用已經(jīng)超過 5 年以上，但之前的使用范圍及方法比較局限。監(jiān)管部門在接受任務(wù)后，設(shè)定無人機(jī)于某個(gè)指定區(qū)域內(nèi)巡查一個(gè)架次，每次僅能覆蓋幾十平方公里，這種隨機(jī)采樣的巡查方法是滄海一粟，很難起到真正的作用，達(dá)到想要的效果，經(jīng)常出現(xiàn)的情況就是：A 區(qū)巡查，B 區(qū)起煙。

為此，通過長期與政府監(jiān)管部門深度合作的經(jīng)驗(yàn)，與國內(nèi)一流大學(xué)相關(guān)方面專家合力研發(fā)，我們形成了一整套精準(zhǔn)快速切實(shí)可行的“秸稈禁燒巡查解決方案”，使無人機(jī)在秸稈禁燒管理監(jiān)督工作中的作用上了一大臺階，取得明顯的效果，具體分析如下：

2.1 硬件布設(shè)快速方便

如今衛(wèi)星圖片正因其覆蓋面廣，分辨率高（2m/0.5m）的特性被廣泛應(yīng)用于各個(gè)方面。假設(shè)以 0.5m 的湖北省全域正攝衛(wèi)星圖片為基礎(chǔ)，找出整個(gè)范圍內(nèi)耕種范圍廣、農(nóng)作物密集的區(qū)域，布設(shè)疏密不等的音頻、視頻監(jiān)控設(shè)備;通過紅外熱成像技術(shù)，智能圖像識別技術(shù)并融合通訊技術(shù)，再佐以“多旋翼無人機(jī)”聯(lián)動(dòng)飛行巡查，即可完成一整套秸稈禁燒監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的架設(shè)（圖 1），做到及時(shí)準(zhǔn)確，且此系統(tǒng)可拆卸，循環(huán)使用。

圖1 秸稈禁燒監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的架設(shè)

2.2 飛行路線高效準(zhǔn)確

“多旋翼無人機(jī)”小巧靈活，一架次可巡查 20 km2 內(nèi)的范圍，在無人機(jī)野外數(shù)據(jù)采集工作中，可安排一人一機(jī)在農(nóng)作物密集區(qū)域內(nèi)不間斷飛行，重點(diǎn)巡查;“垂直起降無人機(jī)”續(xù)航時(shí)間 90 min，一架次巡查面積可達(dá) 50 ～ 100 km2。

以湖北省為例，可在每個(gè)地級市架設(shè) 1 ～ 2 個(gè)“多旋翼無人機(jī)”機(jī)組固定飛行，同時(shí)在全省安排“垂直起降無人機(jī)”兩臺，三人一臺無人機(jī)組成一個(gè)機(jī)組，不定時(shí)不定點(diǎn)巡查，這種大小結(jié)合，有點(diǎn)有面的巡查即可做到無死角的全覆蓋（圖 2）。無人機(jī)無論大小型號，在設(shè)置飛行航線時(shí)均可以采用有效面積飛行的規(guī)劃方式，即自動(dòng)飛行農(nóng)作物等有效區(qū)域，繞開湖泊、森林、城市等無效區(qū)域，效率即可由原來的 40% 提高至現(xiàn)在的72%。

圖2 有點(diǎn)有面的巡查做到無死角的全覆蓋 圖3 有效面積飛行的規(guī)劃方式

2.3 數(shù)據(jù)處理精準(zhǔn)便捷

無人機(jī)飛行面積廣，圖片多，數(shù)據(jù)處理及成果提交上如果采用傳統(tǒng)的人工處理方式，則需要一張張查看有無火點(diǎn)或焚燒后留下的火灰斑點(diǎn)，這既不能達(dá)到秸稈禁燒監(jiān)督工作要求的時(shí)效性，也耗費(fèi)大量時(shí)間，浪費(fèi)人力、物力、財(cái)力。針對此項(xiàng)工作難點(diǎn)在結(jié)合具體應(yīng)用后，我們組織編寫了一套針對秸稈禁燒的自動(dòng)智能提取軟件（digitizing straw fire，DSFire）。軟件運(yùn)行中，可自動(dòng)從幾千張航拍圖片中通過特征點(diǎn)有效提取火點(diǎn)或火灰斑點(diǎn)圖片，準(zhǔn)確率在 82% 以上，再通過電腦參與對提取圖片進(jìn)行二次識別，準(zhǔn)確率高達(dá) 95% 以上。

DSFire 軟件分幾個(gè)部分：圖片導(dǎo)航器。導(dǎo)入圖片后，可對圖片進(jìn)行整張瀏覽或局部細(xì)微觀察，縮放自如（圖 4）。圖片地理位置自動(dòng)匹配。通過對圖片地理位置信息的自動(dòng)判斷，可匹配出圖片相應(yīng)的坐標(biāo)（圖 5）?；瘘c(diǎn)及火灰斑點(diǎn)圖片存檔?？蓪σ伤苹瘘c(diǎn)及火灰斑點(diǎn)圖片自動(dòng)標(biāo)注坐標(biāo)位置、火點(diǎn)燃燒面積，點(diǎn)位等信息，并自動(dòng)存檔。一般在航拍后 30 min 內(nèi)即可提交分析成果，真正做到及時(shí)、準(zhǔn)確、高效。

圖4 圖片導(dǎo)航器 圖5 圖片地理位置自動(dòng)匹配

3 結(jié)語

綜上所述，使用無人機(jī)及相應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，不僅范圍廣， 發(fā)現(xiàn)定位及時(shí)，且使用便捷，操作簡單，優(yōu)勢明顯。既可以減少在秸稈禁燒監(jiān)管工作中的人員數(shù)量，節(jié)省大量人力物力，又可以讓監(jiān)管部門責(zé)任到人，田畝到戶，提高監(jiān)管效率。這一技術(shù)除了解決工作中實(shí)際碰到的難題外，還編織了一張秸稈禁燒的天網(wǎng)，呵護(hù)一方土地，保衛(wèi)一片藍(lán)天。

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