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    近几年,环保得到越来越多人的重视,连带相关产业也得到迅速发展,而在环保监测领域,无人机监测将会成为中国监测环境污染的下一个技术利器,目前,中国各方正在努力推进无人机环保执法的常态化。

    无人机是指通过机载计算机程序系统或者无线电遥控设备进行控制的不载人飞行器。其监察污染偷排的主要技术可以统称为遥感技术,无人机遥感技术是继航空、航天遥感技术之后的第三代遥感技术。相比较载人飞机、卫星等技术在环保领域中的应用,无人机遥感系统运行成本相对较低。从实际运用中来看,无人机可突破时空的限制,以其机动性和快速性可提高环保巡查的效率以及快速响应应急状况。代替工作人员进行高危或者不宜进入的地区进行作业,还能保障工作人员的人身安全。

“千里眼”难防偷排

    中国污染源在线监测系统的建设始于20世纪90年代。2004年,为建立国家层面的污染源污染物排放数据库,中国开始在全国范围内构建环境监控网络。

    污染源在线监测系统是一个综合性的在线监测与预警系统,是对众多的污染源安装对应的烟气在线监测系统、污水在线监测系统、水质在线监测系统等在线实时监控装置。

    目前,中国已建成国家、省、市、重点企业四级监测体系。由中央和地方配套投入污染在线监测网络的资金已逾数百亿元,该系统能够对全国上万个污染源进行实时监控。然而,现实残酷。业内公认,该系统虽表面显示上万家企业绝大部分达标排放,但现实却是不少企业污染超标排放、偷排现象严重。如2013年5月,国内15家因脱硫设施不正常运行、监测数据弄虚作假的企业被环保部挂牌督办,更意外的是,华电、中石化、中石油等国企子公司赫然在列。2014年,河北省邢台市环保局对建滔(河北)焦化北京赛车进行检查时发现,53天中,烟尘超标38天,超标率高达71。7%。

无人机尖兵

    2015年5月18日,环保部网站通报了2015年3月无人机执法检查及处理处罚情况。

    3月中旬,环保部利用无人机对河北省邯郸市等地进行执法检查,并采用航拍等技术空中巡查手段。最终,无人机发现邯郸市一些重点企业大气污染治理设施不正常运行、夜间治污设施停运、烟气排放超标等问题线索。

    其实,环保部利用无人机执法早已不是什么新鲜事。2014年,为贯彻落实《大气污染防治行动计划》,环保部环监局、监测司联合卫星环境应用中心、华北督查中心在河北省、山西省、内蒙古自治区的重点地区进行了无人机执法检查行动。打响了“整治违法排污企业保障群众健康环保专项行动”的第一场战役。

    在这次执法的任务中,共检查企业254家,出动中型、小型无人机共11个架次,总飞行时间约20小时,总航程超过2000公里,覆盖面积达1000多平方公里。发现了疑似存在环境问题的企业64家,主要问题有烟尘超标排放、烟粉尘无组织排放严重、脱硫设施及废水处理设施不正常运行等。

    2014年11月,国务院办公厅发布的《关于加强环境监管执法的通知》(国办发[2014]56号)中提到,要强化自动监控、卫星遥感、无人机等技术监控手段运用。伴随着此份通知的发布,中国或将掀起无人机在环保领域应用的一股小高潮。

无人机遥感

    神秘的面纱下,无人机到底是如何对环境进行监察和监测的呢?

    准确地来说,无人机用于环保执法是利用无人机遥感系统技术。遥感技术一般来说是不直接接触物体本身,从远处通过传感器探测和接收来自目标物体的信息,经过信息的传输和处理分析,从而识别物体的属性及其分布等特征。

    无人机遥感技术,是借用无人机这个飞行的平台,搭载一套遥感系统,利用无人驾驶飞行器技术、遥感遥测技术、通讯技术、遥感传感器技术、定位技术以及遥感应用技术,从而完成遥感数据的获取以及进行处理分析。

    作为信息系统源头的传感器网络,可直接获取所需的物质或数据,是该系统的关键部分。传感器通过无线传输系统可实时地传回地面需要的监测数据;或者为了保障数据的安全性,也可保存于无人机平台中,待无人机落地后再进行处理和分析。

    能发现废气偷排乱放的最关键传感器,是航拍图像传感器和机载大气环境监测传感器。

    常见的就是在无人机上搭载高分辨率的数码相机或者摄像机,进行航拍。可以实时传输回所航拍到的画面,也可以将图像信息存储,无人机落地后再获取图像数据,并且还可以利用图像拼接技术,形成对大区域环境的整体认知,从而观察地面是否存在废气偷排乱放现象。

    无人机监测设备从工作模式上,主要包括两种,一种是基于二维面状航拍作业模式的光谱类设备,比如气体滤光分析器、红外干涉仪、傅里叶变换干涉仪、可见光辐射偏振仪和激光雷达等;另一种是基于泵吸式点状采样监测模式的机载气体监测设备,比如粒子探测仪、差分吸收光谱探测系统、电化学类气体监测设备等。

    气体滤光分析器是用选择性滤光器使样品池里的气体能吸收一定波长的光波,用来研究大气中污染物对光谱吸收作用,以分辨气体的光谱。这种仪器适用于2微米至20微米光谱段。在飞机上装置的气体滤光分析器,可测得一氧化碳的浓度。对二氧化硫、二氧化氮、氨、甲醛、甲烷和二氧化碳也能用气体滤光分析器进行试验监测。

    红外干涉仪可以分辨一氧化碳、一氧化二氮、二氧化氮、氨和碳酸等污染物组分,适用于1微米至5微米的光谱段。变换干涉仪使用范围也是1微米至5微米的光谱段,可用于测定二氧化硫、二氧化氮、一氧化二氮和氨等。测量大气中的悬浮颗粒物一般应用可见光辐射偏振仪和激光雷达。可见光辐射偏振仪可从太阳辐射能的偏振反射中测出颗粒物的物理特性,如颗粒大小、形状和组成以及垂直分层分布和空间浓度变化。激光探测大气污染是向大气中发射一定波长的光束,从接收的回波中获知大气物理量的分布规律。

    而基于泵吸式点状采样监测模式的机载气体监测设备,以颗粒物采样为例,无人机飞到哪儿,泵吸式采样测到哪儿。一边飞的时候,一边进行颗粒物的采样。里面颗粒物监测的仪器就可以对其进行感知。或者是把颗粒物截留在滤纸膜上,待无人机落地后,把样本拿下来化验。这样就可以知道相关的具体信息了。

    当然,无人机遥感系统也并不是单独使用的,需要与现有的监测手段和监察工具进行配合使用。通过无人机遥感系统技术进行执法检查,获得企业违法线索信息后,环保部门还要进行地面核查,来锁定违法违规证据,然后依照法律法规进行处罚。

    无人机虽好,但不少专家仍然发表了审慎和理性的看法。

    国家环境保护城市空气颗粒物污染防治重点实验室主任冯银厂表示,靠无人机等技术的进步来查污染偷排固然让人欣喜,但中国的污染问题需从制度建设上解决。“当前,企业守法意识薄弱,守法要花钱,违法可赚钱,这是问题。”

   中国在污染监测方面仅靠技术进步是不够的,真正的思路应该是考虑如何通过一些经济杠杆,或者法制逐渐地建立起企业在环境保护方面的诚信机制,让企业自发地去保护环境。

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