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，但是有些問題因為執(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)于某個指定區(qū)域內(nèi)巡查一個架次，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，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，重點巡查;“垂直起降無人機(jī)”續(xù)航時間 90 min，一架次巡查面積可達(dá) 50 ～ 100 km2。

以湖北省為例，可在每個地級市架設(shè) 1 ～ 2 個“多旋翼無人機(jī)”機(jī)組固定飛行，同時在全省安排“垂直起降無人機(jī)”兩臺，三人一臺無人機(jī)組成一個機(jī)組，不定時不定點巡查，這種大小結(jié)合，有點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)置飛行航線時均可以采用有效面積飛行的規(guī)劃方式，即自動飛行農(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或焚燒后留下的火灰斑點，這既不能達(dá)到秸稈禁燒監(jiān)督工作要求的時效性，也耗費(fèi)大量時間，浪費(fèi)人力、物力、財力。針對此項工作難點在結(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智能提取軟件（digitizing straw fire，DSFire）。軟件運(yùn)行中，可自動從幾千張航拍圖片中通過特征點有效提取火點或火灰斑點圖片，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）。圖片地理位置自動匹配。通過對圖片地理位置信息的自動判斷，可匹配出圖片相應(yīng)的坐標(biāo)（圖 5）。火點及火灰斑點圖片存檔。可對疑似火點及火灰斑點圖片自動標(biāo)注坐標(biāo)位置、火點燃燒面積，點位等信息，并自動存檔。一般在航拍后 30 min 內(nèi)即可提交分析成果，真正做到及時、準(zhǔn)確、高效。

圖4 圖片導(dǎo)航器 圖5 圖片地理位置自動匹配

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，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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