在生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，有一些技術(shù)成為人類的“千里眼”“順風(fēng)耳”，大大增強(qiáng)了我們的環(huán)保執(zhí)法、災(zāi)害監(jiān)測等能力。地震災(zāi)區(qū)的恢復(fù)重建情況、違法企業(yè)的偷排行為、高寒缺氧地區(qū)的水文資料……有了科技的幫助，獲取這些以往看來難以掌握的數(shù)據(jù)成為可能。

汶川地震已經(jīng)過去十年了，那片曾經(jīng)飽受創(chuàng)傷的土地現(xiàn)在怎么樣了?那里的山川植被，如今恢復(fù)得如何?當(dāng)年那些讓人為之揪心的堰塞湖，風(fēng)險消除了嗎?

科學(xué)家用技術(shù)給出了答案：日前，中國科學(xué)院發(fā)布的汶川地震10年遙感動態(tài)監(jiān)測報告顯示，到今年，汶川震區(qū)生態(tài)恢復(fù)、災(zāi)區(qū)城鎮(zhèn)重建成就顯著;監(jiān)測與評估表明，震區(qū)堰塞湖風(fēng)險已基本消除。

近年來，在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域，遙感、自動化遠(yuǎn)程控制水文遙測等科技手段，都發(fā)揮了不小的作用。針對汶川震區(qū)的結(jié)論，便是科研人員基于十年間的海量衛(wèi)星數(shù)據(jù)以及高空遙感飛機(jī)、無人機(jī)等獲取的航空觀測數(shù)據(jù)分析得出的。

衛(wèi)星遙感監(jiān)測，讓小堆垃圾、小水溝的污染都難逃“法眼”

以前，利用遙感技術(shù)可以看到大面積的垃圾堆放、大江大湖的水體污染等，現(xiàn)在連小堆垃圾、城市溝渠的水體污染，也難逃“法眼”，這得益于高空間分辨率遙感技術(shù)的發(fā)展——空間分辨率越高，能識別的目標(biāo)就越小。

遙感，是在航天或航空平臺上對地球系統(tǒng)或其他天體進(jìn)行特定電磁波譜段的成像觀測，進(jìn)而獲取被觀測對象多方面特征信息的技術(shù)。在土地資源調(diào)查、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、海洋環(huán)境調(diào)查、天氣預(yù)報、空氣質(zhì)量監(jiān)測等方面，遙感都發(fā)揮了重大作用。

中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球所副所長張兵介紹，現(xiàn)在，遙感科技已顯現(xiàn)出高空間分辨率、高時間分辨率、高光譜分辨率“三高”新特征，并開拓了更多的應(yīng)用領(lǐng)域。高時間分辨率遙感能精確監(jiān)測作物種植、退耕還林、退牧還草、圍湖造田、植樹造林、森林砍伐等植被生長狀況或工程進(jìn)展情況，實(shí)時監(jiān)測和預(yù)報臺風(fēng)、寒潮等，還可以準(zhǔn)確量測洪澇災(zāi)害水淹區(qū)域、草原或森林火災(zāi)過火區(qū)域等，以及大區(qū)域?qū)崟r監(jiān)測農(nóng)業(yè)旱災(zāi)、近海與湖泊水華暴發(fā)、草原或森林蟲害等。高光譜分辨率遙感技術(shù)則可以實(shí)現(xiàn)對水中污染物成分、植被物理化學(xué)參數(shù)的分辨。

“應(yīng)用需求是遙感技術(shù)不斷發(fā)展的驅(qū)動力”，張兵說，“未來遙感衛(wèi)星系統(tǒng)將圍繞精準(zhǔn)化、便捷化、大眾化的要求，向智能化方向轉(zhuǎn)變;在傳統(tǒng)航空航天遙感技術(shù)持續(xù)進(jìn)步的同時，無人機(jī)遙感以其靈活機(jī)動的數(shù)據(jù)獲取方式，將呈現(xiàn)井噴式的發(fā)展;隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的興起，遙感大數(shù)據(jù)分析已進(jìn)入蓄勢待發(fā)的節(jié)奏。”

無人機(jī)執(zhí)法，讓違法企業(yè)的偷排行為無處遁形

在環(huán)保執(zhí)法領(lǐng)域，無人機(jī)已經(jīng)成為監(jiān)管人員必不可少的“辦公用品”。

河北唐山市某鋼鐵廠屬于國家明令淘汰的小鋼鐵企業(yè)，但由于靠近山區(qū)、位置偏遠(yuǎn)，一直沒有被監(jiān)管部門發(fā)現(xiàn)。環(huán)保部門在一次執(zhí)法行動中，通過無人機(jī)航拍，發(fā)現(xiàn)了這家企業(yè)違規(guī)生產(chǎn)、污染環(huán)境的事實(shí)。如今，該企業(yè)已被取締。

據(jù)生態(tài)環(huán)境部相關(guān)工作人員介紹，以前，常規(guī)的環(huán)境監(jiān)察手段主要有明查、暗查兩種方式，“但是這兩種方式都有明顯的短板，明查的話，企業(yè)一般會提前有所準(zhǔn)備;暗查，則只能看企業(yè)廠區(qū)外的排污情況。而大氣污染問題中，證據(jù)很難固定，這給環(huán)境監(jiān)察帶來了不小的困難”。

與傳統(tǒng)方式相比，無人機(jī)執(zhí)法獨(dú)立性更強(qiáng)，可以隨時隨地起飛，隨時掌握企業(yè)排污情況。據(jù)介紹，無人機(jī)可以搭載高分辨率攝像機(jī)、專業(yè)光學(xué)相機(jī)、熱紅外相機(jī)等，在100公里以外獲取的地面高分辨率視頻數(shù)據(jù)實(shí)時傳回指揮車。無人機(jī)航拍獲取的影像資料分辨率最高能達(dá)到0.04米，相當(dāng)于在1000米的高空清晰地分辨出地面上火柴盒大小的物體。對鋼鐵、焦化、電力等企業(yè)實(shí)施監(jiān)控時，執(zhí)法人員可以從無人機(jī)傳回的影像直接觀察到企業(yè)排污、脫硫設(shè)施運(yùn)行等情況。

由于作業(yè)高度一般在700至1000米，無人機(jī)一般很難被地面企業(yè)發(fā)現(xiàn)。無人機(jī)搭載熱紅外相機(jī)對企業(yè)進(jìn)行高空監(jiān)測時，可將物體發(fā)出的不可見電磁波轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像，上面的不同顏色代表被測物體的不同溫度，可以清楚地反映夜晚環(huán)保設(shè)施的開啟情況及排放情況。據(jù)介紹，如果無人機(jī)搭載高光譜傳感器，還可以直接分析出污染物種類以及濃度。針對違法企業(yè)在節(jié)假日或夜間的偷排行為，監(jiān)管部門利用無人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)全天候執(zhí)法。

當(dāng)然，無人機(jī)執(zhí)法也會受到一些因素制約，比如氣象條件，大風(fēng)、降雨等會影響飛行安全，空氣質(zhì)量則會影響拍攝效果。

自動化遠(yuǎn)程控制水文遙測站，幫人琢磨河流“脾氣”

懸掛于纜道上的機(jī)器人沿纜道行走并停留在設(shè)定位置，測量水面流速。測量完，機(jī)器人自動返回停泊點(diǎn)，太陽能板可以為其充電。所獲數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星通信，發(fā)送到省局中心站服務(wù)器，技術(shù)人員經(jīng)過分析處理后生成水文報表。如果計算衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中斷，在線測流系統(tǒng)也可自成體系，作為一套獨(dú)立設(shè)備完成流量測驗(yàn)任務(wù)并存儲數(shù)據(jù)。

在青海首座自動化遠(yuǎn)程控制水文遙測站——曲麻河水文站，這套自動監(jiān)測系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的流速儀法和浮標(biāo)法，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測。海拔4200多米的曲麻河監(jiān)測站，距西寧1000余公里，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)無人值守、自動測報。

曲麻河水文站主要的任務(wù)，是監(jiān)測水量的變化。“通過監(jiān)測數(shù)據(jù)，計算枯水徑流占全年徑流的比例，比例的變化一定程度上反映著生態(tài)的變化。”青海省水文水資源勘測局副局長、總工程師李其江解釋，每年夏天，降雨增多，一部分滲入土壤，一部分形成地表徑流。而青海降水多是冰雪，源頭區(qū)一般到來年3月才會融化。所以，每年11月到次年3月，青海進(jìn)入枯水期，“各流域的土壤蓄水開始補(bǔ)給河水，枯水徑流所占比例，實(shí)際上反映了水源的涵養(yǎng)能力。比例越高，說明當(dāng)?shù)氐牟莸亍⑸帧⒐嗄镜人春B(yǎng)能力越高，植被越好。”

“通過分析監(jiān)測獲取的水位、流量、流速、水質(zhì)等水文數(shù)據(jù)，既可以琢磨監(jiān)測河段的‘脾氣’，更能為三江源國家公園建設(shè)、三江源生態(tài)保護(hù)與建設(shè)等項(xiàng)目工程提供水文服務(wù)，成為生態(tài)保護(hù)成效評估的一個重要依據(jù)。”李其江說。

流量監(jiān)測用纜道雷達(dá)波在線測流系統(tǒng)。“無線遙控、配套定位，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程操作。”李其江說，這套系統(tǒng)由纜道、雷達(dá)傳感機(jī)器人、太陽能供電系統(tǒng)等組成。

如果光看顏值，曲麻河水文站這套聽著高大上的高科技監(jiān)測設(shè)備實(shí)在其貌不揚(yáng)。就拿雷達(dá)傳感機(jī)器人來說，它給人的第一感覺，不就是掛了倆滑輪的灰白色鐵盒上加裝了攝像頭嗎?其實(shí)不然，灰白色鐵盒，學(xué)名叫自動行車，暗藏“黑科技”。它通過單電機(jī)鏈條驅(qū)動滑輪，行走于河面之上的纜道。“它可以自動停泊和充電，可爬大于30度的坡，最高速率可達(dá)每分鐘60米。”李其江介紹，技術(shù)人員能遠(yuǎn)程控制，對監(jiān)測站各種參數(shù)，如水位采集間隔時間、定時測流間隔時間等進(jìn)行實(shí)時設(shè)置與修改，做到“私人訂制”。

而看起來像攝像頭的裝置，實(shí)際上是雷達(dá)波測流傳感器。它位于自動行車正下方，能在零下30攝氏度和零上80攝氏度正常工作。

“三江源地區(qū)氣候惡劣、自然條件嚴(yán)酷，大規(guī)模設(shè)立常規(guī)水文站獲取水文數(shù)據(jù)，需要派駐工作人員，不僅耗費(fèi)巨大的人力、財力、物力，而且在高寒缺氧地區(qū)難以實(shí)現(xiàn)水文駐測和巡測。”李其江說， “曲麻河水文站的設(shè)立，徹底改變了青海水文傳統(tǒng)測驗(yàn)方式，實(shí)現(xiàn)了水文信息采集從單一駐測向駐測、巡測和遙測相結(jié)合的監(jiān)測方式轉(zhuǎn)變。”