5月17日,浙江省杭州市臨安區(qū)天目山鎮(zhèn),河道管護隊員在操作無人機巡河。胡劍歡攝(人民視覺)
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在生態(tài)環(huán)境保護領域,有一些技術成為人類的“千里眼”“順風耳”,大大增強了我們的環(huán)保執(zhí)法、災害監(jiān)測等能力。地震災區(qū)的恢復重建情況、違法企業(yè)的偷排行為、高寒缺氧地區(qū)的水文資料......有了科技的幫助,獲取這些以往看來難以掌握的數(shù)據(jù)成為可能。
汶川地震已經過去十年了,那片曾經飽受創(chuàng)傷的土地現(xiàn)在怎么樣了?那里的山川植被,如今恢復得如何?當年那些讓人為之揪心的堰塞湖,風險消除了嗎?
科學家用技術給出了答案:日前,中國科學院發(fā)布的汶川地震10年遙感動態(tài)監(jiān)測報告顯示,到今年,汶川震區(qū)生態(tài)恢復、災區(qū)城鎮(zhèn)重建成就顯著;監(jiān)測與評估表明,震區(qū)堰塞湖風險已基本消除。
近年來,在生態(tài)環(huán)境領域,遙感、自動化遠程控制水文遙測等科技手段,都發(fā)揮了不小的作用。針對汶川震區(qū)的結論,便是科研人員基于十年間的海量衛(wèi)星數(shù)據(jù)以及高空遙感飛機、無人機等獲取的航空觀測數(shù)據(jù)分析得出的。
衛(wèi)星遙感監(jiān)測,讓小堆垃圾、小水溝的污染都難逃“法眼”
以前,利用遙感技術可以看到大面積的垃圾堆放、大江大湖的水體污染等,現(xiàn)在連小堆垃圾、城市溝渠的水體污染,也難逃“法眼”,這得益于高空間分辨率遙感技術的發(fā)展——空間分辨率越高,能識別的目標就越小。
遙感,是在航天或航空平臺上對地球系統(tǒng)或其他天體進行特定電磁波譜段的成像觀測,進而獲取被觀測對象多方面特征信息的技術。在土地資源調查、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、海洋環(huán)境調查、天氣預報、空氣質量監(jiān)測等方面,遙感都發(fā)揮了重大作用。
中國科學院遙感與數(shù)字地球所副所長張兵介紹,現(xiàn)在,遙感科技已顯現(xiàn)出高空間分辨率、高時間分辨率、高光譜分辨率“三高”新特征,并開拓了更多的應用領域。高時間分辨率遙感能精確監(jiān)測作物種植、退耕還林、退牧還草、圍湖造田、植樹造林、森林砍伐等植被生長狀況或工程進展情況,實時監(jiān)測和預報臺風、寒潮等,還可以準確量測洪澇災害水淹區(qū)域、草原或森林火災過火區(qū)域等,以及大區(qū)域實時監(jiān)測農業(yè)旱災、近海與湖泊水華暴發(fā)、草原或森林蟲害等。高光譜分辨率遙感技術則可以實現(xiàn)對水中污染物成分、植被物理化學參數(shù)的分辨。
“應用需求是遙感技術不斷發(fā)展的驅動力”,張兵說,“未來遙感衛(wèi)星系統(tǒng)將圍繞精準化、便捷化、大眾化的要求,向智能化方向轉變;在傳統(tǒng)航空航天遙感技術持續(xù)進步的同時,無人機遙感以其靈活機動的數(shù)據(jù)獲取方式,將呈現(xiàn)井噴式的發(fā)展;隨著大數(shù)據(jù)技術的興起,遙感大數(shù)據(jù)分析已進入蓄勢待發(fā)的節(jié)奏。”
無人機執(zhí)法,讓違法企業(yè)的偷排行為無處遁形
在環(huán)保執(zhí)法領域,無人機已經成為監(jiān)管人員必不可少的“辦公用品”。
河北唐山市某鋼鐵廠屬于國家明令淘汰的小鋼鐵企業(yè),但由于靠近山區(qū)、位置偏遠,一直沒有被監(jiān)管部門發(fā)現(xiàn)。環(huán)保部門在一次執(zhí)法行動中,通過無人機航拍,發(fā)現(xiàn)了這家企業(yè)違規(guī)生產、污染環(huán)境的事實。如今,該企業(yè)已被取締。
據(jù)生態(tài)環(huán)境部相關工作人員介紹,以前,常規(guī)的環(huán)境監(jiān)察手段主要有明查、暗查兩種方式,“但是這兩種方式都有明顯的短板,明查的話,企業(yè)一般會提前有所準備;暗查,則只能看企業(yè)廠區(qū)外的排污情況。而大氣污染問題中,證據(jù)很難固定,這給環(huán)境監(jiān)察帶來了不小的困難”。
與傳統(tǒng)方式相比,無人機執(zhí)法獨立性更強,可以隨時隨地起飛,隨時掌握企業(yè)排污情況。據(jù)介紹,無人機可以搭載高分辨率攝像機、專業(yè)光學相機、熱紅外相機等,在100公里以外獲取的地面高分辨率視頻數(shù)據(jù)實時傳回指揮車。無人機航拍獲取的影像資料分辨率最高能達到0.04米,相當于在1000米的高空清晰地分辨出地面上火柴盒大小的物體。對鋼鐵、焦化、電力等企業(yè)實施監(jiān)控時,執(zhí)法人員可以從無人機傳回的影像直接觀察到企業(yè)排污、脫硫設施運行等情況。
由于作業(yè)高度一般在700至1000米,無人機一般很難被地面企業(yè)發(fā)現(xiàn)。
無人機搭載熱紅外相機對企業(yè)進行高空監(jiān)測時,可將物體發(fā)出的不可見電磁波轉變?yōu)榭梢姷臒釄D像,上面的不同顏色代表被測物體的不同溫度,可以清楚地反映夜晚環(huán)保設施的開啟情況及排放情況。據(jù)介紹,如果無人機搭載高光譜傳感器,還可以直接分析出污染物種類以及濃度。針對違法企業(yè)在節(jié)假日或夜間的偷排行為,監(jiān)管部門利用無人機可以實現(xiàn)全天候執(zhí)法。
當然,無人機執(zhí)法也會受到一些因素制約,比如氣象條件,大風、降雨等會影響飛行安全,空氣質量則會影響拍攝效果。
自動化遠程控制水文遙測站,幫人琢磨河流“脾氣”
懸掛于纜道上的機器人沿纜道行走并停留在設定位置,測量水面流速。測量完,機器人自動返回停泊點,太陽能板可以為其充電。所獲數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星通信,發(fā)送到省局中心站服務器,技術人員經過分析處理后生成水文報表。如果計算衛(wèi)星網絡中斷,在線測流系統(tǒng)也可自成體系,作為一套獨立設備完成流量測驗任務并存儲數(shù)據(jù)。
在青海首座自動化遠程控制水文遙測站——曲麻河水文站,這套自動監(jiān)測系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的流速儀法和浮標法,實現(xiàn)在線監(jiān)測。海拔4200多米的曲麻河監(jiān)測站,距西寧1000余公里,已經實現(xiàn)無人值守、自動測報。
曲麻河水文站主要的任務,是監(jiān)測水量的變化?!巴ㄟ^監(jiān)測數(shù)據(jù),計算枯水徑流占全年徑流的比例,比例的變化一定程度上反映著生態(tài)的變化?!鼻嗪J∷乃Y源勘測局副局長、總工程師李其江解釋,每年夏天,降雨增多,一部分滲入土壤,一部分形成地表徑流。而青海降水多是冰雪,源頭區(qū)一般到來年3月才會融化。所以,每年11月到次年3月,青海進入枯水期,“各流域的土壤蓄水開始補給河水,枯水徑流所占比例,實際上反映了水源的涵養(yǎng)能力。比例越高,說明當?shù)氐牟莸?、森林、灌木等水源涵養(yǎng)能力越高,植被越好。”
“通過分析監(jiān)測獲取的水位、流量、流速、水質等水文數(shù)據(jù),既可以琢磨監(jiān)測河段的‘脾氣’,更能為三江源國家公園建設、三江源生態(tài)保護與建設等項目工程提供水文服務,成為生態(tài)保護成效評估的一個重要依據(jù)?!崩钇浣f。
流量監(jiān)測用纜道雷達波在線測流系統(tǒng)?!盁o線遙控、配套定位,實現(xiàn)了遠程操作。”李其江說,這套系統(tǒng)由纜道、雷達傳感機器人、太陽能供電系統(tǒng)等組成。
如果光看顏值,曲麻河水文站這套聽著高大上的高科技監(jiān)測設備實在其貌不揚。就拿雷達傳感機器人來說,它給人的第一感覺,不就是掛了倆滑輪的灰白色鐵盒上加裝了攝像頭嗎?其實不然,灰白色鐵盒,學名叫自動行車,暗藏“黑科技”。它通過單電機鏈條驅動滑輪,行走于河面之上的纜道?!八梢宰詣油2春统潆?,可爬大于30度的坡,最高速率可達每分鐘60米?!崩钇浣榻B,技術人員能遠程控制,對監(jiān)測站各種參數(shù),如水位采集間隔時間、定時測流間隔時間等進行實時設置與修改,做到“私人訂制”。
而看起來像攝像頭的裝置,實際上是雷達波測流傳感器。它位于自動行車正下方,能在零下30攝氏度和零上80攝氏度正常工作。
“三江源地區(qū)氣候惡劣、自然條件嚴酷,大規(guī)模設立常規(guī)水文站獲取水文數(shù)據(jù),需要派駐工作人員,不僅耗費巨大的人力、財力、物力,而且在高寒缺氧地區(qū)難以實現(xiàn)水文駐測和巡測?!崩钇浣f, “曲麻河水文站的設立,徹底改變了青海水文傳統(tǒng)測驗方式,實現(xiàn)了水文信息采集從單一駐測向駐測、巡測和遙測相結合的監(jiān)測方式轉變?!保ㄓ浾?寇江澤 吳月輝 王錦濤)
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