楊驥

文/羊城晚報全媒體記者 李鋼

圖/主辦方提供

如何使用衛(wèi)星、無人機等先進裝備來對生態(tài)環(huán)境進行監(jiān)測？近日，由廣州市科學(xué)技術(shù)局主辦，廣東科學(xué)中心、羊城晚報社聯(lián)合承辦的珠江科學(xué)大講堂第123講特意邀請了廣東省科學(xué)院廣州地理研究所副所長楊驥，為大講堂的粉絲們帶來了“天空之眼守護生態(tài)環(huán)境”的科普講座。

衛(wèi)星遙感：瞬時完成大范圍實時監(jiān)測

楊驥說，監(jiān)測環(huán)境的“天空之眼”涉及的學(xué)科是遙感科學(xué)與技術(shù)。

“什么是遙感呢？”他解釋道，“遙感”從字面上理解是指遙遠(yuǎn)的感知，是以非接觸式遠(yuǎn)距離的探測技術(shù)對地球表面進行觀測。例如，利用遙感衛(wèi)星上搭載的傳感器瞬時就可以對多個城市的區(qū)域做一個大范圍的實時監(jiān)測。

遙感技術(shù)分成兩類，一種是利用位于外太空的、300公里以上的高空中的遙感衛(wèi)星對地球進行監(jiān)測；另一種則是無人機遙感，通過無人機上搭載各種傳感器對地表進行監(jiān)測。

楊驥介紹，在還沒有人造衛(wèi)星的年代，人類最早是通過熱氣球來進行高空拍攝，后來衍生出了其他手段，包括在風(fēng)箏、信鴿上掛載相機對地球表面進行監(jiān)測。20世紀(jì)50年代，蘇聯(lián)發(fā)射了全球第一顆人造衛(wèi)星。緊接著，美國將“探險者”一號衛(wèi)星送入太空。而我國則在1970年發(fā)射了第一顆衛(wèi)星，于1975年發(fā)射了第一顆返回式衛(wèi)星。

目前在地球上空已經(jīng)有超過4000顆衛(wèi)星，其中用于遙感的衛(wèi)星有1000多顆。中國的衛(wèi)星遙感技術(shù)在近幾年快速發(fā)展，對地的觀測衛(wèi)星已經(jīng)形成了氣象衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星、陸地資源衛(wèi)星和環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星等一系列的衛(wèi)星，可以對氣象、海洋等方面進行觀測。

幾十年間，衛(wèi)星遙感技術(shù)也在快速發(fā)展。楊驥說，在20世紀(jì)70年代，當(dāng)時衛(wèi)星拍攝的照片只能看到一個城市，如今已經(jīng)可以細(xì)致觀察到地面上有多少棵樹、多少棟房子。并且，遙感衛(wèi)星上搭載的傳感器也越來越多樣化。除了可見光相機外，還有多光譜、高光譜雷達(dá)以及紅外影像等設(shè)備，通過這些裝備，可以看到人眼看不到的要素。譬如說觀察一杯水，我們用肉眼無法分辨它是熱的還是冷的，但是通過熱紅外影像就可以做出清晰的判斷。

從技術(shù)來看，光學(xué)遙感是遙感技術(shù)的主要分支之一。它的原理是太陽光照射在地面后，形成反射，反射的電磁波或地物本身發(fā)射的電磁波被衛(wèi)星的傳感器接收到，通過電磁波的發(fā)射率去判斷地面被觀測物究竟是什么物體。但是，由于光學(xué)遙感依靠的是太陽光，因此在天氣不好的時候，其作用會受到很大的局限。

于是，就出現(xiàn)了另外一種遙感技術(shù)——微波遙感。這是一種主動型的遙感技術(shù)，通過衛(wèi)星上的微波傳感器向地表主動發(fā)射微波，接收反射信號，對地球表面做探測，其作用原理類似于蝙蝠發(fā)射超聲波。這種技術(shù)形成的影像雖然不如光學(xué)遙感圖像那么漂亮，但是可以反映出地表的地形變化信息，比如在地質(zhì)塌陷的高風(fēng)險區(qū)，可以借助這一技術(shù)判斷出哪些地方可能會發(fā)生山體滑坡。

無人機遙感：可以自己起飛自己返航

除了衛(wèi)星遙感技術(shù)外，還有一大方向就是無人機遙感。在無人機上搭載各種傳感器，對地表的人類活動、生態(tài)環(huán)境、工程建設(shè)做監(jiān)測和分析。

無人機也分好幾種，其中包括旋翼無人機和固定翼飛機。旋翼無人機的特點是可以停在空中，對某一地區(qū)進行長時間觀測，但缺點是飛行時間比較短；固定翼飛機的飛行速度快、覆蓋范圍廣，缺點則是無法在某一固定點懸停拍攝。所以，這兩種無人機要在不同場景下去開展生態(tài)環(huán)境監(jiān)測工作。

現(xiàn)在的無人機實現(xiàn)了智能化的作業(yè)，不需要像以前那樣進行人工控制。通過無人機基站，無人機可以自動出發(fā)執(zhí)行任務(wù)，完成任務(wù)后可以自動返航并完成充電。

楊驥舉例說，在珠海東部海域的三角島，本來是個荒島，經(jīng)過生態(tài)修復(fù)后，如今全島的復(fù)綠面積達(dá)到了20萬平方米，并且在去年“五一”期間對外開放。在這個海島上，同樣部署了無人機。因此，只需要一分鐘左右的時間，就可以完成對全島的監(jiān)測。

“廣東的海島眾多，如果僅僅依靠人力去進行監(jiān)測和管理，成本會非常高。因此，無人機遙感技術(shù)就可以派上大用場。”楊驥表示。

遙感監(jiān)測：通過各種傳感器進行多方面監(jiān)測

遙感技術(shù)如何監(jiān)測生態(tài)環(huán)境呢？楊驥說，通過各種傳感器實現(xiàn)的遙感技術(shù)，可以監(jiān)測包括海洋環(huán)境、空氣環(huán)境、地表水環(huán)境、生態(tài)質(zhì)量環(huán)境等方面的情況。

不同水質(zhì)的水體在衛(wèi)星的傳感器上接收的信號是不同的。針對一些水庫的監(jiān)測可以發(fā)現(xiàn)，不同時期水庫的水質(zhì)也會有變化，某些時期水質(zhì)可能會整體傾向于變差，而有些時期水質(zhì)會比較好。

此外，可以通過無人機遙感采集河流相關(guān)的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)污染比較嚴(yán)重的區(qū)域，并且?guī)椭藗兣袛嗖⒄页銎湮廴驹?，比如說是垃圾場的排污，還是污水處理廠的污水排放等等。

楊驥還提到，廣州在全國打造了首個濕地公園低空遙感網(wǎng)，部署了4臺無人機基站，對濕地的生態(tài)和環(huán)境做常態(tài)化監(jiān)測，可以開展日常巡護、工程巡查、環(huán)境監(jiān)測和空氣質(zhì)量監(jiān)測、應(yīng)急救援等任務(wù)。通過無人機搭載多光譜的傳感器，可以看到樹木有沒有遭受一些病蟲害，或是對一些旅游景區(qū)開展遙感的監(jiān)測，對景區(qū)的客流量進行分析，分析出一天下來在哪一個景點停留的人數(shù)最多、時間最長等信息。

楊驥提到，通過衛(wèi)星遙感影像技術(shù)，他們團隊完成了自1979年起至今整個粵港澳大灣區(qū)海岸線的分析。他們發(fā)現(xiàn)，在改革開放之前，廣東的海岸線以自然態(tài)的岸線為主，但是如今則發(fā)展為以人工岸線為主。從分析結(jié)果可以看出，自1979年起，廣東經(jīng)歷了快速的工業(yè)化、城市化的進程，生態(tài)環(huán)境也在這一過程中經(jīng)歷了從快速退化到逐漸恢復(fù)甚至比以往更好的階段。