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浅析无人机秸秆禁烧中的作用

时间:2019-11-12 17:03:36编辑:小吴来源:互联网栏目:农田巡检点击数(0)已有0人评论 加入收藏

  近年,我国的经济及科研能力快速发展,诸多技术水平均走在世界前列,但与此同时带来的对环境的破坏也在与日俱增, 虽然国家努力出台各种政策来缓解由此带来的影响,但是有些问题因为执行层面的困难贯彻的并不彻底,收效也不明显。在环境问题日益严峻的今天,国家也致力于提升环境保护工作的智能性、安全性及高效性,为了还给百姓们一个清水绿岸的家园,各种高科技手段在环保工作中正在被广泛应用。

  1 秸秆焚烧的危害

  我国现阶段还是农业大国,每逢夏秋之季,农村出现大量的秸秆焚烧现象,对环境带来严重威胁。一是焚烧秸秆时产生的各种有毒有害物质污染空气,可以使大气中的二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物高于平时的三倍以上,危害人体健康。二是秸秆焚烧随风容易引燃周围环境中的可燃物,导致火灾, 危及群众的生命财产安全。三是焚烧秸秆形成大量烟雾及颗粒物,使空气能见度下降,造成视野不清晰,极易引发交通事故等安全问题。

  2 无人机在精准快速巡查秸秆禁烧工作中的优势

  虽然政府监管部门在此方面投入了大量财力、物力、人力进行管理及监督,但受各种客观因素的限制整体收效甚微。据以往资料及数据分析显示,无人机在防治秸秆禁烧巡查工作中的应用已经超过 5 年以上,但之前的使用范围及方法比较局限。监管部门在接受任务后,设定无人机于某个指定区域内巡查一个架次,每次仅能覆盖几十平方公里,这种随机采样的巡查方法是沧海一粟,很难起到真正的作用,达到想要的效果,经常出现的情况就是:A 区巡查,B 区起烟。

  为此,通过长期与政府监管部门深度合作的经验,与国内一流大学相关方面专家合力研发,我们形成了一整套精准快速切实可行的“秸秆禁烧巡查解决方案”,使无人机在秸秆禁烧管理监督工作中的作用上了一大台阶,取得明显的效果,具体分析如下:

  2.1 硬件布设快速方便

  如今卫星图片正因其覆盖面广,分辨率高(2m/0.5m)的特性被广泛应用于各个方面。假设以 0.5m 的湖北省全域正摄卫星图片为基础,找出整个范围内耕种范围广、农作物密集的区域,布设疏密不等的音频、视频监控设备;通过红外热成像技术,智能图像识别技术并融合通讯技术,再佐以“多旋翼无人机”联动飞行巡查,即可完成一整套秸秆禁烧监控预警系统的架设(图 1),做到及时准确,且此系统可拆卸,循环使用。

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图1 秸秆禁烧监控预警系统的架设

  2.2 飞行路线高效准确

  “多旋翼无人机”小巧灵活,一架次可巡查 20 km2 内的范围,在无人机野外数据采集工作中,可安排一人一机在农作物密集区域内不间断飞行,重点巡查;“垂直起降无人机”续航时间 90 min,一架次巡查面积可达 50 ~ 100 km2。

  以湖北省为例,可在每个地级市架设 1 ~ 2 个“多旋翼无人机”机组固定飞行,同时在全省安排“垂直起降无人机”两台,三人一台无人机组成一个机组,不定时不定点巡查,这种大小结合,有点有面的巡查即可做到无死角的全覆盖(图 2)。无人机无论大小型号,在设置飞行航线时均可以采用有效面积飞行的规划方式,即自动飞行农作物等有效区域,绕开湖泊、森林、城市等无效区域,效率即可由原来的 40% 提高至现在的72%。

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              图2 有点有面的巡查做到无死角的全覆盖                                                     图3 有效面积飞行的规划方式

  2.3 数据处理精准便捷

  无人机飞行面积广,图片多,数据处理及成果提交上如果采用传统的人工处理方式,则需要一张张查看有无火点或焚烧后留下的火灰斑点,这既不能达到秸秆禁烧监督工作要求的时效性,也耗费大量时间,浪费人力、物力、财力。针对此项工作难点在结合具体应用后,我们组织编写了一套针对秸秆禁烧的自动智能提取软件(digitizing straw fire,DSFire)。软件运行中,可自动从几千张航拍图片中通过特征点有效提取火点或火灰斑点图片,准确率在 82% 以上,再通过电脑参与对提取图片进行二次识别,准确率高达 95% 以上。

  DSFire 软件分几个部分:图片导航器。导入图片后,可对图片进行整张浏览或局部细微观察,缩放自如(图 4)。图片地理位置自动匹配。通过对图片地理位置信息的自动判断,可匹配出图片相应的坐标(图 5)。火点及火灰斑点图片存档。可对疑似火点及火灰斑点图片自动标注坐标位置、火点燃烧面积,点位等信息,并自动存档。一般在航拍后 30 min 内即可提交分析成果,真正做到及时、准确、高效。

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                          图4 图片导航器                                                                            图5 图片地理位置自动匹配

  3 结语

  综上所述,使用无人机及相应系统进行监控,不仅范围广, 发现定位及时,且使用便捷,操作简单,优势明显。既可以减少在秸秆禁烧监管工作中的人员数量,节省大量人力物力,又可以让监管部门责任到人,田亩到户,提高监管效率。这一技术除了解决工作中实际碰到的难题外,还编织了一张秸秆禁烧的天网,呵护一方土地,保卫一片蓝天。

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关键字:无人机 秸秆禁烧
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