图7执法
3 数据可视化
环境监测执法注重时效性，企业的违法偷排情况可 能只会出现在某个时间段，甚至只是某一个瞬间，这也 是环境监测取证难、执法难的原因之一。
在大气污染调查工作中，无人机配备的气体传感器 会获取大量的实测数据（见图6），传统利用excel进行 数据分析及管理的办法不仅无法直观展现污染物的空间 分布形态，大量数据还需多个工作日的处理和分析才能 得出相关结论，难以为下一步的监测管理和治理工作提 供决策支持。
图4 PM2.5垂直分布规律
CHINA ENVIRONMENTAL PROTECTION INDUSTRY 2018.2
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Focus on Air Pollution Prevention and Control
聚焦大气污染防治
在实际应用方面，一些无人机生产企业已先行在东 莞市等多个地市使用带有气体监测仪的无人机进行监 测，协助环境监测执法（见图5），同时环境监测大队 依据无人机的监测数据，发现并查处了不少违法企业。
2 无人机在大气环境监测中的应用
2.1 可见光相机 目前在环保方面应用最广的，就是传统的无人机+可
见光云台。某些企业甚至简单地购买几台“精灵”（无 人机），对人员稍加培训，就形成“环保无人机监测队 伍”。
不可否认，单纯的相机甚至变焦相机已能够给环境 监测带来新的思路，但可见光相机对大气污染物的观测 仅停留在拍照、视频阶段（详情见图1），缺乏精准监 测数据作为支撑，并受光照、雨雾、摄像头低分辨率等 因素的影响，只能对污染浓度较大的可见性污染源（如 黑烟囱、秸秆焚烧等）进行监控。
聚焦大气污染防治
件下进行监测，热像仪的热分布可视化、测温等特性能 够较有效地发现夜间生产的排污企业（见图2），可作 为遏制夜间偷排的一种手段。
征因子的监测方式。 以大疆M100搭载传感器为例，配合航线规划自动
飞行，不到20分钟就能覆盖1平方公里区域的20～30家 工厂，得出气体浓度分布情况，其效率是传统环境监测 人员地面巡查的百倍，同时一并解决了数据、影像、定 位等问题。
由于大气污染具有涉及区域范围较广、区域之间污 染物传输量大、污染源种类多、污染因子相对复杂等特 点，环境监管难度非常大。传统的空气自动监测站的站 房用地面积大，加上其成本及后期运营费用较高，因此 很难进行大面积、精密化布点，并且基本上“说不清污 染来源”。即使花大价钱采取空气监测站加密的方式进 行监控，但以点位进行布置的监测数据始终很难判断污 染源迁移和扩散的情况，更无从确定污染发生的直接源 头。
常规可见光载荷在环保方面只能算是锦上添花，环 境监测人员难以有效地使用，买回来用不着，最后只会 沦为展示道具。 2.2 红外成像
红外成像仪在电力巡检上已广泛应用。在环保应用 方面，搭载红外成像仪的无人机，可使无人机在夜间条
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随着技术的进步，便携式传感器的精度（如图3）尤 其是基于光离子化检测器（PID）方法的传感器，其检出 限、精度甚至可达到ppb级别，已完全可满足测量大气污 染物浓度的要求。
图1 无人机发现的某个正在排放的黑烟囱
线性误差（ppm）
异丁烯（ppm）
图3 高精度VOCs传感器的检测曲线
在理论支撑方面，彭仲仁[1]教授带领的上海交通大 学智能交通与无人机应用研究中心早在2011年就已对无 人机在空气监测方面的应用进行了研究，其《基于无人 机（UAV）技术的城市空气质量4-D监测研究》《基于 无人机观测的PM2.5垂直分布规律研究》（见图4）等多 篇论文已被多次引用。
图2 某企业日间（可见光）和夜间（热成像）风机影像
但热像仪受环境条件的影响过大，且不同种类企业 的热分布形式不同，排放温度与排放量没有必然的关 联，相关模型复杂需较长时间比对和监测才能得出检测 结论，难以满足环境监测的迫切需求。 2.3 气体传感器
“无人机+气体传感器”即通过无人机搭载多种因 子（如VOCs、SO2、PM2.5）的高精度气体监测传感器或 气体采集装置，在测区进行大范围巡查，以寻找污染特
而可视化处理能够充分挖掘数据隐含的空间关联， 揭示气体污染物的迁移转化规律（见图7、图8），有助 于科研人员、监测机构科学直观地判读并分析大气污染 情况，高效快速地检测方式可为后续一系列的治理措施 提供支撑依据，节约人力成本。
图8 结合高程的3D可视化数据分布
4 案例
某日夜晚，环保局接到居民投诉有刺鼻异味，环境 监测人员迅速派出两台气体监测无人机对划定区域进行 气体监测，通过气体监测地面站显示的数据直观地查看 区域的气体浓度分布（见图9）。区域1的VOCs浓度均高 于其他3个区域，VOCs的平均浓度为0.1580ppm，VOCs浓 度最高值高达0.7961ppm，同时发现2个波峰位置，从而 锁定污染源（见图10）。寻找到排放气体的污染源并锁 定目标后，安排执法人员进行突击检查，在短时间内快 速处置了环境突发事件。
关键词：无人机；大气环境；数据；可视化；监控 中图分类号：X831 文献标志码：A 文章编号：1006-5377（2018）02-0054-04
1 引言
当前，我国多地区面临大气环境质量改善的巨大压 力。对此，业内人士表示，只有精确找到本地污染物排 放的来源，结合地理、气象、环境衍生等众多原因综合 分析，才能实现大气污染治理精准决策和快速应对。
Focus on Air Pollution Prevention and Control
聚焦大气污染防治
无人机在大气环境监测中的应用
李琪
（广东慧航无人机科技有限公司，广东 东莞 523123）
摘 要：无人机基于可见光相机、红外成像相机、气体传感器三方面搭载设备，可以快速、高效地进行 实时监控，克服人工、视频、监测站等监管存在的数据支撑不足等问题，克服地理阻碍，实现精准监控， 满足环保部门开展大气污染防治的需求。结合可视化处理能够充分挖掘数据隐含的空间关联，揭示气体污 染物的迁移转化规律，有助于直观判读、分析大气污染情况，为后续的治理措施提供支撑依据。
地方政府需要一套快速、高效的监测系统进行实 时监控，克服人工、视频、监测站等监管存在的数据 支撑不足等问题，实现精准监控，以满足大气污染防 治的需求。
“大区域”“精准”“高效快速”，无人机技术仿 佛就是面对这样的关键词产生的，但环保无人机市场却
一直以来少有人问津。无人机与大气环境监测能否擦出 火花，本文将从多个方面对此进行探讨。