當前，我國多地區面臨大氣環境質量改善巨大壓力。對此，業內人士表示，只有精確找到本地污染物排放來源，結合地理、氣象、環境衍生等眾多原因綜合分析，才能實現大氣污染治理精準決策和快速應對。
由于大氣污染具有涉及區域范圍較大、區域之間污染物傳輸量大、污染源種類多、污染因子相對復雜等特點，環境監管難度非常大。傳統的空氣自動監測站的站房用地面積大，加上其成本及后期運營費用較高，因此很難進行大面積、精密化布點，并且基本上“說不清污染來源“。即使花大價錢采取空氣監測站加密的方式進行監控，但以點位進行布置的監測數據始終很難判斷污染源遷移和擴散情況，更無從確定污染發生的直接源頭。
地方政府需要一套快速、高效監測系統進行實時監控，克服人工、視頻、監測站等監管存在的數據支撐不足等問題，實現精準監控，以滿足大氣污染治防治需求。
“大區域”“精準”“高效快速”，無人機技術仿佛就是面對這樣的關鍵詞而生的，然而環保無人機市場卻一直以來少有人問津，其原因何在？
這里究竟是一個藍海，還是一個難題？
無人機與大氣環境監測能否擦出火花，本文將從多個方面對此進行探討。
二、無人機環保解決方案
無人機在大氣環境監測方面的應用，目前主要有以下三個方向：
1、可見光相機
目前在環保方面應用最廣的，就是傳統的無人機+可見光云臺，某些企業甚至簡單的進行購買幾臺精靈，對人員稍加培訓，就形成“環保無人機監測隊伍”。
不可否認，單純的相機甚至變焦相機已經能夠給環境監測帶來新的思路，但是可見光相機對大氣污染物的觀測僅停留在拍照、視頻階段，缺乏精準監測數據作為支撐，并且受光照、雨霧、攝像頭低分辨率等因素的影響，只能對污染濃度較大的可見性污染源如黑煙囪、秸稈焚燒等進行監控。
常規可見光載荷在環保方面只能算是錦上添花，環監人員難以有效的進行使用，買回來，用不著，最后只會淪為展示道具。
無人機發現的某個正在排放的黑煙囪/圖 來源網絡
2、紅外成像
紅外成像儀在電力巡檢上已有非常廣泛的應用。在環保應用方面，搭載紅外成像儀的無人機，可以使無人機在夜間條件下進行監測，熱像儀的熱分布可視化、測溫等特性能夠較有效地發現夜間生產的企業，可作為遏制夜間偷排的一種手段。
某企業日間（可見光）和夜間（熱成像）風機影像
但是熱像儀同樣受到環境條件的影響過大，并且，不同種類的企業的熱分布形式不一、排放溫度與排放量沒有必然的關聯，相關模型復雜需要長久的比對和監測才能得出檢測結論，難以滿足環監的迫切需求。
3、氣體傳感器
“無人機+氣體傳感器”即通過無人機搭載多種因子（如VOCs、SO2、PM2.5）的高精度氣體監測傳感器或者氣體采集裝置，在測區進行大范圍的巡查，以尋找污染特征因子的監測方式。
以大疆M100搭載傳感器為例，配合航線規劃自動飛行，不到20分鐘就能夠覆蓋1平方公里的區域20-30家工廠，得出氣體濃度分布情況，其效率是傳統環監人員地面巡查的百倍，同時一并解決了數據、影像、定位等問題。
看似很美好，然而這樣的監測是否可行？
隨著技術的進步，便攜式傳感器精度已經達到可以接受的程度，尤其基于光離子化檢測器(PID)方法的傳感器，其檢出限、精度甚至可以達到ppb級別，已經足夠滿足測量大氣污染物濃度的要求。
高精度VOCs傳感器的檢測曲線/圖 來源網絡
在理論支撐方面，長江學者彭仲仁教授帶領的上海交通大學智能交通與無人機應用研究中心早在2011年已經對無人機在空氣監測方面的應用進行了研究，其《基于無人機（UAV）技術的城市空氣質量4-D監測研究》、《基于無人機觀測的PM2.5垂直分布規律研究》等多篇論文已經被多次引用。
PM2.5垂直分布規律/圖 來源：《基于無人機觀測的PM2.5垂直分布規律研究：以中國杭州為例》
在實際應用方面，如慧航無人機、幻飛智控等企業已先行嘗試在多個地市使用帶有氣體監測儀的無人機進行監測，協助環監執法，同時環監大隊根據無人機的發現進行查處了不少違法企業 。
無人機協助環監執法/圖 來源網絡
三、數據可視化
有數據，仍不夠，環監執法非常講究時效性，企業的違法偷排情況可能只會出現在某個時間段、甚至只是某一個瞬間，這也是環監取證難、執法難的原因之一。
無人機氣體傳感器在大氣污染調查工作中會得到大量的實測數據，傳統利用excel進行數據分析與管理的辦法不僅無法直觀展現污染物的空間分布形態，大量的數據需要多個工作日的處理和分析才能得出相關結論，難以為下一步的監測管理和治理工作提供決策支持。
傳統表格式數據/圖 來源網絡
而可視化處理能夠充分挖掘數據隱含的空間關聯，揭示氣體污染物的遷移轉化規律，有助于科研人員、監察機構、科學直觀地判讀與分析大氣污染情況，
高效快速的檢測方式可為后續的一系列的治理措施提供支撐依據，節約人力成本。
結合地圖信息的氣體格柵分布/圖 來源網絡
結合高程的3D可視化數據分布/圖 來源網絡
五、案例介紹
某日夜晚，環保局接到居民投訴有刺鼻異味，環監人員迅速派出兩臺氣體監測無人機對劃定區域進行氣體監測，通過氣體監測地面站顯示的數據直觀地查看區域的氣體濃度分布圖，尋找排放氣體的污染源，最后在鎖定目標后安排執法人員突擊檢查，在短時間內快速處置了環境突發事件。
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（區域1的VOCs濃度均高于其它三個區域，VOCs的平均濃度為0.1580ppm，VOCs濃度最高值高達0.7961ppm，同時發現兩個波峰位置，鎖定污染源。）
氣體監測無人機自動生成的報告/圖 /圖 來源網絡?
五、小結
雖然在環保應用上，無人機+傳感器的模式嶄露頭角，但是其仍存在不少突出的問題：
1、監測標準
國家對環保監測的方法和標準擁有嚴格的規定，與氣相關的技術規范已經上百部（如《HJ/T 75—2007 固定污染源煙氣排放連續監測技術規范》等），無人機乃新鮮事物，自身的標準仍未確定，遑論無人機氣體監測標準。
沒有標準、規范，就沒有依據，因此無人機監測所獲得的數據，只能夠作為參考佐證或科研數據，并不能直接用于執法。
2、數據可靠性
無人機飛行于工廠上空，所監測到的氣體數據能夠說明即來自該工廠嗎？高空大氣環流復雜、同時還存在無人機氣流擾動等的影響，污染物擴散模型難以建立，要做到對污染物垂直柱濃度分布和區域污染物時空分布快速反演并非易事。
盡管便攜式傳感器精度已有很大提高，實驗室指標已讓人滿意，但是其各方面性能仍然與監測站有一定的差距，在實際應用場合的各種干擾中，數據的準確性還得打個問號。
因此，無人機監測的數據不能簡單地進行使用，還需要與常規監測站、大氣環境、在線監控系統等多平臺數據比對、校準，并利用大數據平臺和相關模型的進行分析解析。同時應結合專家智庫，開展大氣顆粒物、痕量氣體的高精度、高分辨率立體分布反演方法研究，開展機載大氣顆粒物和污染氣體三維觀測技術研究，推動相關檢測方法的標準化。
無人機與行業應用相結合是當下趨勢，“無人機+氣體監測”已實現實時監控區域內污染物動態變化，快速捕捉污染源的異常排放行，助力環監人員實現差異化管理和靶向管理，在突破技術難題后，一定會有個更廣闊的前景。
參考資料：
1.Peng, Z. R., Wang, D., Wang, Z., Gao, Y., & Lu, S. (2015). A study of vertical distribution patterns of pm 2.5, concentrations based on ambient monitoring with unmanned aerial vehicles: a case in hangzhou, china. Atmospheric Environment, 123, 357-369.
2.李白、李超 《復雜地形區域大氣污染車載和機載走航觀測技術》
文章來源：宇辰網
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