智能机器人在环境监察执法中应用（8页）
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[3] ，深受
China Environmental Supervision
September . 2016
智能机器人在环境监察执法中的应用
文 | 金小天
陈吉宁部长指出 ：技术创新是应对生态环境挑战的利器。推进技术创新，实施现代化科技信息手段在环境执法领域中的应用和普及，是推动环境监察执法工作规范化、精细化、效能化和智能化最有
效的技术保障。实践结果表明， 以无人机为代表的 “空中机器人”、以无人船为代表的“水面机器人”等设
备应用于环境监察执法，极大地提升了执法取证能力和工作效率，增强了环境监察综合分析研判能力，可精准有效地打击环境违法行为，切合了环境监察的新需求和发展趋势。广东省相关环保部门在该领域进行了大量的有益探索和尝试，并在实践过程中取得了较好的效果和反馈。
环境监察智能机器人现状与性能
智能机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统，环境监察智能机器人相比较安防领域的执法机器人，技术要求更高，远远超出一般的安防视频监控用途，要求同时具备遥感信息采集和专业性的监测感知功能，配套的传感器和信号传输设备在精确性、可靠性和可解读判译性方面，提出了非常专业的技术
要求。
（一）环境监察无人机现状
环保部在 2011 年就组织了环境监管无人机遥感技术与应用专项研究，无人机特别是旋翼无人机作
为新兴产业代表， 因其具有的灵活、 便携、功能多样、成本低廉、操作便利的特性 [1] ，能够代替执法人员到达难以企及的区域实施现场监控和执法，越来越多
地应用于环境监察执法。利用无人机遥感技术实施环境监察执法，具有分辨率高、机动灵活、成本低、监控范围大、反应迅速和应用简便的特点，是卫星
遥感和载人航空遥感技术的有力补充 [2] ，借助搭载的高分辨率可变焦相机、倾斜摄影相机、红外成像仪、气体检测仪、合成孔径雷达等传感器，可大范围实施区域性的环境执法监控和生态环境动态监测，可以很简便地利用空中和地面控制系统实现影像的自动拍摄获取、快速自动拼接和三维实景建模，准确定位环境监察执法对象。广东省是无人机制造大省，各类无人机飞行器、载荷系统已经完全实现国产化并投入实战使用，自动避障、自动巡航驾驶等功能更强的无人机系统不断推出，目前投入使用的既有功能强大的配置专用载荷的专业级无人机系统，也有轻便灵活的单兵消费级无人机，从广东省各级环保部门实际使用的效果来看，都能够取得很好的执法效果。基于无人机系统的优势和环境监察执法理念的进步，随着无人机技术的不断完善和成熟，各地环境监察部门配备无人机
系统的意愿比较强烈，是执法装备的生力军一线环境监察执法人员欢迎。
（二）环境监察无人船现状
环境监察无人船是一种新型的水上监察监测执法平台，融合了船舶、通信、自动化、机器人控制、远程监控、网络化系统等技术，能够实现自主导航、无线遥控、信息采集、数据实时传输功能，可搭载多种监控和监测传感器，以手动遥控或自主导航的工作方式，完成环境监察执法和环境监测工作任务。国内第一家民用无人船研发生产厂商和世界第一家环保无人船研发生产厂商位于广东省，无人船除了具备可搭载集成式的常规水质监测五参数（温度、 pH、浊度、含氧量、电导率）设备外，还可以搭载声呐、水下摄像机、测深仪、水下暗管探测仪用于环境监察执法，可定时、定点、定量开展标准化水质采样，实施移动在线水质监测，绘制水质空间污染分布图，帮助执法
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人员快速锁定污染源位置的智能化水面机器人。无
急等方面发挥应有的作用。
人船的出现改变了传统水面环境监察执法和监测的
（一）在常态化环保巡查中的应用
工作模式，可应用于污染源追踪、应急采样、水下
无人机的高机动、大尺度和直观全面搜索的特
地形侦测、水质和流量监测等，实现了实时、精准、
点，恰恰适合大范围的日常环保巡查。随着定点自动
动态监察执法，大幅提高了传统监察执法和监测取
巡航驾驶技术的成熟，无人机实施常态化的巡查监管
样模式，比人力工作更具优势，成为环境监察执法
成为现实，只需将飞行航线、高度、速度等参数输入
的新利器。
无人机地面基站指挥系统，即可实现工业园区、偏远
（三）无人机、无人船协同执法现状
山区和重点水域等地域的自动巡查监管，输入目标地
无人机是空中之王，最突出的优势在于高机动
点的坐标位置即可迅速抵达现场进行勘察，企业的废
突击性和快速高空遥感影像的获取，可提供高分辨
水、废气排放情况是否正常、危险废物堆场是否符合
率影像地图供后期制作处理成污染正射地图和三维
要求、污染治理设施是否正常运行一览无遗，大幅提
实景地图，获取第一手污染数据、环境影响情况和
高环境监察执法效率。搭载专用的气体检测仪载荷，
环保执行情况，在执法现场不受时空、地域限制可
还可对相关区域进行定期和不定期的监测飞行，实现
快速出击，准确定位追踪污染源，执法监控对象，
对特殊区域的强化监管，掌握大气污染物随地域的分
能够大尺度视角全面、直观、实时地反映企业生产
布特征。近两年，广东省环保部门在实施连续的日常
和环保工作情况、区域和流域性的环保问题。无人
环保巡查搜索过程中，就利用无人机定点巡航发现的
船相对无人机具有互补优势，无人船是水面之王，
线索，现场查处了企业涉嫌偷排废水、超标排放废气
具有续航时间长、在线监控能力强、可探测水面下
的行为（图 1）。从长远看，在固定区域、定期时间
排污情况的特点，具备智能化的分析处理数据能力，
完全可以利用无人机完成日常巡查任务，省时省力，
可自动生成采集报告和污染物浓度分布图，水面污
提升效率节约成本，直观、全面地反映企业的环保守
染源回溯定位能力精准，执法精确度高，操作者、
法情况，对污染物的影响程度和范围进行监测和预警。
数据采集时间、 采集地点、气候条件等数据自动保存，
（二）在环境信访定点搜索取证的应用
数据生成之后无法修改，便于标准化管理，做到“取
人民群众环境维权意识越来越强，但环保专业
证无声、执法留痕” ，但在水面之外的陆域就无法企
知识相对匮乏，信访反映的环境问题、位置和特征
及，针对陆地和空中就是无人机能够展现特长的空
描述等不一定准确，往往需要经过大范围的现场搜
间了。因此，环境监察执法的智能化监管采用无人
索和调查方能确定位置、确认存在的环保问题。近
机和无人船相互协同配合是今后应用的必然趋势，
两年广东省在处置群众环境信访反映的问题时，多
广东省相关环保部门在流域性的污染源调查中将无
次出动无人机实施大范围搜寻取证和污染源溯源，
人机、无人船的协同执法监控投入了实践应用。
利用无人机滞空时间长、高空侦查效果好的特点，
在空中实施实时监控和侦查，搜寻线索，调度指挥
智能机器人在环境监察执法中的应用
地面人员实施突击检查，勘查出第一时间可快速抵
无人机、无人船等智能机器人在环境监察执法
达涉嫌环境违法行为现场的路径（图
2），取得了良
过程中可充分发挥机动性好、 突击能力强、 时效性快、
好的效果，大幅提高现场执行效率和查处率。在处
巡查范围广的特点，发挥了不可替代的作用。从广
理涉大气污染类别信访问题时，挂载气体检测仪专
东省各级环保部门的实践应用情况看，空中、水面
用载荷，根据实时反馈的污染物浓度空间变化曲线，
智能机器人能够在日常环保巡查、夜间突击检查、
迅速锁定污染源，空中和地面执法人员协同高效开
信访处理取证、污染源定位调查和突发环境事件应
展执法工作。
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确定无人机巡查路线 发现河涌水质异常
准确溯源搜索废水排放口 废气超标排放
图 1 油气回收装置停用，两阀门都处于关闭状态
（三）在夜间专项突击检查中的应用
（四）在污染源调查开展“挂图”作战中的应用
无人机、无人船挂载的红外成像仪是夜间突击检
无人机飞行高度低，获取的遥感影像具有图像分
查的利器，特别是针对具有产生热污染特征的废水、
辨率高的优势，具备全自动完成正射影像采集、倾斜
废气排放企业。如印染废水，未经处理的印染废水温
摄影采集、 360°全景采集影像功能，一个架次飞行
度高，在热成像仪显示出高亮度特征，处理后的印染
即可获得飞行区域内的多角度数据信息，能够快速完
废水温度大幅度下降，热效应明显降低。若涉及印染
成大区域范围内的企业排污口分布情况、水体纳污情
废水直接对外排放，汇入自然界的水体后，废水会与
况和环境敏感区域分布情况搜索，遥感影像数据具有
自然界的废水呈现完全不同成像特征。无人机、无人
全纹理、真环境、可视化、可浏览、可定位的特点，
船完全自主模式巡航，夜间用于执行特别危险以及不
并可制作成为三维实景的“污染地图” ，成为污染源
适于人员、车辆出动执行的任务，无人船在夜间同样
调查的新手段， 为开展区域性的环境治理“挂图作战”
可以通过搭载水质采样设备、水质在线监测设备、声
提供技术依据。
无人船可在水面开展水域的地形测绘、
学多普勒流速剖面仪、测量声呐等仪器设备，实时将
排污口污染物排放对水体影响在线分析、水面下排污
自动监测数据、图像等信息回传，可在现场快速完成
口探测和水质在线监测功能，可“零距离”在水域接
信息比较、分析、汇总和判断工作， 不受时间条件制约。
近排污口，污染源调查数据可作为无人机遥感影像地
广东省环保部门在印染企业集中区域多次利用机载热
图的有效补充。
广东省环保厅组织实施的 2016年 9-11
成像仪开展环境监察执法，精准打击取得了较好的效
月全省环境执法大练兵活动中，将创新融合应用新技
果（图 3 和图 4）。
术的能力作为练兵重要内容，提升对无人机、无人船
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等新技术的融合应用水平，并且启动对重点流域无人
船的监测、监察应用，对广佛跨界河流、 茅洲河、练江、
小东江等重点跨市流域沿河排污口分布和排污情况进
行摸查，对干流和主要支流绘制沿河排污口分布图，
实现“挂图作战” 、精准治污。在 2016 年 8 月广东省
政府主要领导调研练江流域环境综合整治期间，广东
省环保厅就组织使用无人机、无人船，采用机船协同
调查的方式，快速准确地提供了练江流域综合整治进
展、存在问题等第一手资料（图 5 和图 6）。
智能机器人环境监察执法应用发展前景
科技在创新中不断进步，智能机器人的控制、导
航、通信、信息化和任务能力都在不断提升，其应用
范围将更加广泛，实现多功能、有效载荷多样化。各
类智能机器人发挥各自优势，协同使用，可以预见，
在环境监察执法领域将具有更好的发展前景 [3] 。无论是无人机还是无人船，未来的发展方向都是进一步提
高应用的多样性、集成化、精细化和对恶劣条件的适应性。
（一）集成化应用方面应有所创新
环境监察执法用途的智能机器人都集成了控制、
导航、通讯和专业技术载荷，要求具备特殊的专业探
测和检测功能，在环境监察执法一线，执法取证战机
稍纵即逝，延误的几秒钟都有可能贻误执法取证战机，
讲求机动强、出动快、侦查准、取证全、信号稳、传
输远、解译易，要实现这些目标需要将智能机器人系
统进一步的高度集成化，将最先进的低空遥感航测技
术、4G/5G 移动通信传输技术、卫星通讯技术、无人
机编队调度指挥技术融合进来， 实现远程的控制指挥。
在应用过程中，既要降低使用成本，也要提高使用效能。从技术角度看，无人机低空遥感技术是卫星遥感和载人航空遥感的有力补充，具有独特的低空优势，可作为“智慧环保”结构中最前端“感知层”的最有效探测技术使用，成为环境监察执法信息化的有效途径。广东省环境保护职业技术学校在应用领域做了很
多探索性工作， 在实践中总结经验， 努力将移动通信、卫星通讯、地理信息系统与无人机、无人船系统高度
集成，力争实现制式的无人机远程遥感航测系统在环境监察执法和低空遥感监测领域投入应用，并培养专业的应用型技术人才，将多架次的无人机、无人船联
合使用，形成体系，分别承担侦查、 监控、取证、追踪、采样等任务 [3] ，这都是在应用领域的研究方向。
（二）规范管理方面应统一
智能机器人最早都是在军警领域投入使用，目前智能机器人使用管理的文件和规定不多。无人机系统
管理的规章制度尚不健全，根据国家《民用航空法》 ，环境监察执法用无人机是纳入民用航空器管理，中国民用航空局飞行标准司印发了《民用无人机驾驶员管
理规定》。根据空军《无人机飞行航空管制规定 （暂行）》的要求，无人机飞行仍需严格把关，按照划设临时空
域、隔离运行的方式进行保障 [3] 。环保部印发的 《2016
年全国环境监察工作要点》中提出要强化无人机技术
监控手段运用，但目前仍然缺乏对环境监察无人机的
采购审批、定型鉴定、日常管理、队伍建设、人才培养、飞行实施、维修保养 [3] 、航线管理等工作规范，也仅
有警用直升机的执法经验可以借鉴。执法无人机的管
图 2 无人机调度指挥地面执法人员迅速抵达现场
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图 3 红外成像仪上呈现的未经处理印染废水和露天垃圾焚烧
图 4 无人机系统地面指挥基站红外成像仪显示效果
理难度实际上很大，特别是当出现多机编队协同执法
事故层出不穷，究其原因仍然是操作人员没有经过严
时编队管理难度更大，国家空管委正在组织“重大活
格的训练，技能水平欠缺。专业的环境监察无人机系
动期间低空飞行应急管控体系研制”课题研究，提出
统机体和重量都比较大，操控难度更高，操控人员应
“以法律法规为基础的顶层设计、以无人机系统为基
经过专业化的理论基础培训和机型操控培训，经考试
础的自主飞行安全保障、以综合监视和取证为基础的
合格后方可上岗操控，以保障飞行安全。军用的无人
地面低空飞行管控为一体”的管控体系，比如投入使
机系统都已经形成了一套行之有效的技术标准体系，
用芯片识别、反向侦测定位、电子安全护栏等技术
[3] ，
但在通用领域仍缺乏有效的技术标准[3] 。就设备本身
这些都为今后的环境监察无人机系统生产、飞行和管
而言，环境监察执法用的无人机、无人船以及配套搭
控指明了方向，也为今后制定环境监察无人机系统管
载的专用载荷目前都没有技术标准可循，如无人机和
理规定提供了技术思路。
无人船机载设备规范、计量认证要求、监测技术规定
（三）人才培养和设备性能应要求专业化
等尚处于空白状态。如何规范这些技术标准，使其正
专业的无人机飞行机组人员应包括指挥员、飞行
规、有序、可持续发展 [3] ，是值得去进一步开展规范
员、任务员、观察员和链路监控员
[3] 。目前国家并未
性技术约束的研究领域，这就包括通用性技术标准、
出台相应的无人机驾驶人员强制性的技能要求，目前
行业性技术标准、专业性技术标准等。
社会上培训无人机驾驶人员的机构很多，但培训的技
物联网时代的“智慧环保”建设势在必行，智能
能侧重点都不一样。消费级无人机在航拍领域，坠机
机器人应用于环境监察执法是智慧环保系统中感知环
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境状况最前沿的有力抓手。 目前环境监管执法任务重，
但执法人员紧缺是普遍现象，只有在环境执法中创新
融合现代科技，提高综合执法效能，才能满足日益严
峻的环境形势。以无人机、无人船为代表的智能机器
人实现“快速执法、全面监控、准确检测、实时回传、
有效解译”是发展目标，从而革命性地推动环境监察
执法工作理念和手段的历史性转变，对于提高环境与
发展的综合决策能力，提升环境监管的现代化水平，
构建环境友好型社会 [4] ，实现生态文明的战略目标具
有十分重要的意义。 HJ
（作者单位 ：广东省环境保护职业技术学校）
参考文献
凌建寿 . 基于无人机警务飞行的任务载荷［ J］. 无人机警务应用， 2015,11:11.
王桥，等 . 环境监管无人机遥感技术与应用［ M ］. 北京 ：科学出版社， 2014.
胡建亭 . 中国警用无人机的应用与发展［ J］. 无人机警务应用， 2015,11:5-6.
徐敏 . 从“数字环保”到“智慧环保” ［J］. 环境监测管
理与技术， 2011,23（4）:6. 图 6 单兵无人机与无人船协同快速制作三维实景“污染地图”
图 5 长航时专业级无人机系统与无人船协同大范围调查流域环境综合整治情况
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