“最初是怎么想到把无人机引入环保工作的？”

“被逼的！”刘丹脱口而出蹦出三个字。

“我们天天在河边巡河，风吹日晒、严寒酷暑，还有落水的风险，志愿者的积极性都快磨光了，每次巡河的人都越来越少。”

有一次刘丹看到新闻，美国的志愿者开着飞机巡河，突然想到买不起飞机，但是咱们国家有无人机啊。”

于是一群来自阿卡丽省的青年人开始尝试用无人机巡河排查河流问题，经过三年的努力，他们不断升级无人机巡河技术且拥有多项自主知识产权，并且未来要尝试“放卫星”。

这不是哪家科技公司的公益项目，也不是什么天方夜谭，而是来自一家民间环保组织的技术公益实践。

给巡河的眼睛插上翅膀

冬季气温降到零下，夏季最高气温直冲45℃，南昌作为“夏炎冬寒”的典型城市，对于常年需要户外巡河的环保工作者来说并不友好。“最初我们和其他公益组织一样，也是组织大量志愿者去巡河，但南昌冬夏的极端气候大大消磨了志愿者的兴趣和效率。”找到一种省时省力又安全的方法巡河，是南昌青赣环境交流中心创始人刘丹和他的团队最开始想解决的问题。

传统的河流排查识别水体污染的工作，通常要经过“望、闻、问、切”四个步骤，也就是观察水的颜色、状态、排污口等，闻一闻水体的味道，走访河流周边与访谈，再到取水检测。整个过程中“望”是第一步，通过人眼看可以直接的得到一个初步判断，但由于有些流域的河流岸线长、路难走，传统人巡工作量大，存在安全隐患。

随着城市化进程的加快，河流两岸建设了绿化带、隔离带、护坡，志愿者很难靠近河流导致观察角度受限，也是一大问题。即使志愿者来到河边拍了照片，也会因为手机型号、美颜功能等原因，造成颜色不准确，无法标准化的描述河流状态。

河流巡查时间紧任务重，我国河流数量众多，流域面积超 50 平方公里的河流共 45203 条，总长度达 150.85 万公里。随着经济社会快速发展，河流水污染防治的重要性日益凸显，2022年国务院办公厅印发《关于加强入河入海排污口监督管理工作的实施意见》，明确2023年将完成七大流域干流及重要支流的排口排查的目标任务。

为了解决“看得快、看得稳、看得清、看得准”的四个问题，刘丹萌生了从空中观察河流的想法，“我们最早是想用卫星遥感技术的，我是土地资源管理专业毕业的学习过遥感技术知识，国土资源部每年会用卫星来拍土地变化，那么我就想是不是也可以用遥感技术来拍河流，分析水色的变化，整体的底层技术思路是一样的，要是我们有一颗自己的遥感卫星就好了。”刘丹想“放卫星”的想法是浪漫的，但现实是残酷的，跑了很多家公司后他发现，“别说卫星，就连卫星影像我们也买不起，一年就要几十万上百万，还不算数据处理费用，也没有一个公益基金会能支持这种不知道成功性的探索。”天文的数据费用一度让这个贫穷又异想天开的公益组织打起了退堂鼓。

但是刘丹并没有放弃，于是他又跑去咨询专家，寻求理事会的建议。既然都是从空中看，有没有其他便宜的在天上飞的平台，彼时正好国内以大疆为代表的无人机产业蓬勃发展起来，降维使用“无人机”这条线索浮现出来。于是我们在相关专家的建议下将目光转向了无人机，相对于卫星遥感，无人机遥感的门槛是贫穷的公益组织能够到的。

四次技术迭代为巡河无人机配上“照妖镜”

2019年无人机市场趋向成熟，中国航空运输协会通航分会发布的《2019中国民用无人机发展报告》显示，航拍无人机市场的年复合增长率接近80%，无人机在航空摄影、农业植保、行业巡检、警用安防、遥感测绘、物流快递、应急救援、个人娱乐、无人机驾驶员培训等领域稳步发展。

买不起几十万的卫星影像，几千块的无人机民间环保组织还是买得起的，在需求清晰、技术普适的背景下，青赣环境交流中心的一代产品鹰眼巡河1.0诞生了，它采用了消费级无人机+可见光影像巡查技术，给人的眼镜插上了翅膀，从人眼变鹰眼，几公里的河段，传递巡河方式需要几个小时盯着烈日寒风才能巡查完，现在运用鹰眼巡河1.0技术，志愿者只需要在树荫下几分钟就可以巡查完，巡查视角一下从二维平面到三维立体多角度，巡查效率、范围、安全性得到极大提升，同时新技术的运用也增加了新世代志愿者参与河流保护兴趣。

用无人机给巡河的眼睛插上翅膀，代替人徒步巡河只是刘丹团队迈出的第一步，他们很快在工作中发现了新的问题，无人机飞一遍回来只能提供影像，正射影像只能展示平面俯视视角，给人提供最初步的信息，具体的复杂的水质问题，单纯靠颜色很难辨别出来。“在理事会的建议下，我们关注到了多光谱遥感技术，当时这项技术已经在农业、林业有了成熟的应用，在农林领域，多光谱遥感技术以通过采集可见光和不可见光图像数据，提供的标定数据可用来优化监测农作物健康状况和长势。”新技术又为青赣环境交流中心带来了新的可选项，升级发展出鹰眼巡河2.0。

鹰眼巡河2.0采用了“无人机平台+可见光+多光谱水质遥感”技术，当太阳光穿透水体与水中杂质发生吸收、散射作用后，再穿出水体被传感器接收到，当水质不同时，水体对太阳光的吸收散射作用机制不同，会导致水体颜色差异及水体光谱的差异，这些都可以通过无人机搭载的多光谱相机收集起来，通过分析水体反射光谱的特征就可以反演出水体的状态。

“多光谱水质遥感技术的加入，就好像给河流拍了CT一样，解决1.0版本中影像无法准确分析河流水质的问题，用数据为河流把脉。”刘丹解释道。相对于传统的水质检测方式，我们可以展现整个河面的水质数据变化状态，河流水质数据容量从一维点位数据到二维平面数据维度的提升，通过分析水质数据的变化还可以发现水下暗管等污染问题。从此我们不只知道河流“病了”，我们还知道河流病的程度是什么样，为环保公益组织真正参与河流全链治理打下技术基础。

“当时有一种找到钥匙的感觉。”刘丹形容道，他们把工作内容从数据采集拓展到数据演算，“我们在这代产品上又发现了人工解析数据时间长，时效性差的问题，河流是每时每刻都在流动变化的，等数据出来了可能污染已经产生了变化。”为了解决这个难题，他们又在鹰眼巡河2.0产品的基础上，自主开发了“无人机多光谱水质反演软件V1.0”，利用无人机多光谱数据具有波段数量多、光谱分辨率高等优势，采用实测采样点水体水质参数、浊度参数与同步水体光谱数据，建立最优水质参数反演模型，软件支持NDWI、EWI、TSUWI三种水体指数，支持阈值的输入，自由选择指定波段。支持小碎斑的去除，支持转成矢量，运行完后自动显示结果，可实现对小中型水域水质参数的快速监测，建立水体水质参数和浊度的空间分布图，实现水质参数可视化，为小型地表水污染防治提供技术支撑，公众可以更加直观及时的看到整条河流的水质变化情况。

一线环保组织的反应速度决定了行动效率，能不能确保每次巡河获取数据的时效性，并且每飞一次能获取更多的水质信息，这项需求也打开了鹰眼巡河的第三次迭代，青赣环境交流中心的技术团队又瞄准了红外热成像技术，搭载“无人机平台+可见光+多光谱水质遥感+红外热成像技术”的鹰眼巡河3.0应运而生。

借助红外热成像技术即时成像的特点，可快速准确高效地识别多种河道污染问题，经过青赣团队的不断探索，发现红外热成像技术针对夜间偷排、利用雨水管偷排污水、河道污水管网破损外溢污水问题有热刀切黄油的感觉。

随着监管部门对排污口的监管日益完善，利用雨水排口排污的行为日益增多。有些排污口隐藏在雨水排口中，污水与雨水混杂在一起，排查人员即便到了现场也未必能发现。传统作业方式中，只能通过水质检测方法去识别，存在取样难、危险大、速度慢等问题。借助无人机的红外热成像相机能高效识别隐蔽暗排口。正常雨水排放与河道自然水体温差较小，而污水常温度较高，在热红外影像上，污水排口位置、污水扩散范围都十分明显，是雨水还是污水一目了然。

“我们曾经依靠热成像查到过一家温泉酒店利用雨水管道排放温泉废水，这个单纯靠肉眼是很难辨别的，但由于温泉水的温度较高，热成像一下就能看出问题，洗澡水中用的沐浴露、洗发水以及人体排出的尿液，会造成水质总磷、氨氮等指标超标，形成河道的富营养化问题。”热红外也从另一个角度验证了无人机的图像拍摄，青赣运用这项技术多次帮助一线生态执法部门人员快速判断排口问题，溯源取证，极大提升巡河的效率和问题判断准确性。

温泉废水排口成像对比

随着技术的成熟度和专业度的提升，如何引导公众从传统公益走向技术公益是刘丹正在思考的问题。特斯拉的电动汽车自动驾驶使用的图像识别技术启发了刘丹，“现在回过头再思考我们的一代产品，是不是可以加上新的技术，让更多志愿者也能用起来。”这很像互联网产品里的TO B、TO C思维，所以鹰眼巡河4.0不但开发了“无人机平台+可见光影像+红外热成像影像+多光谱水质遥感数据+人工智能图形识别”的专业版，也开发了“无人机平台+可见光影像+人工智能图形识别”的廉价赋能版本，AI智能图像识别技术的加入让公众和公益伙伴利用普通的廉价消费级无人机拍摄的河流影像，通过青赣自主开发的河道环境风险源人工智能图形识别技术自动分析实时河流环境风险源，例如河道垃圾，污染排口，河岸种菜等，标准化，智能化，公众只要会飞无人机，志愿者不需要懂专业的问题，只需要上传图像资料就可以得到一份专业的河道环境问题分析报告，为更广泛的公众参与河流保护进行技术赋能，用互联网思维解决前三个版本技术要求和设备要求太高，导致的无法让公众和其他公益伙伴复制推广的问题。

四次产品迭代让“鹰眼巡河”系列产品日趋完善，目前，青赣环境交流中心已成为全国第一个自主掌握基于无人机平台多光谱水质遥感反演技术的民间环保公益组织，可以提供从硬件到软件，从数据采集到数据处理，从发现问题到解决问题的整套解决方案，先后获得多个政府部门采购服务，日常监督南昌市21条河流，2个湖泊，103.52公里河段，累计协助河长办下发24个河长令，推动265个河流环境问题整改。 

用技术支持公益   用公益拓展技术

“我们团队有一个共同的口号是：用知识改变环境。这也是我们选择技术公益这条道路的重要原因。”刘丹介绍他的团队都是从象牙塔里走出来的年轻人，迫切希望将所学的专业知识和技术投入到环保事业中。目前青赣环境交流中心专职员工有7人，顾问6人，技术兼职3人，“我们就像一个初创互联网公司，小步快跑，快速迭代产品，我的同事都比较内向，平时不善表达，不过和他们聊起技术来的话他们跟你可以聊上一整天。”

虽然是几人的小团队，但青赣却对未来有着清晰的产品规划，这在公益圈里并不常见。“我们团队采取成熟一代应用一代，开发一代预研一代的技术开发思路，目前我们正在预研鹰眼巡河5.0版本，也依然没有放弃我们最初的卫星梦，经过多年积累及免费公开卫星遥感数据分辨率越来越高，我们计划采用卫星影像高光谱技术+水色分析+X技术，来解决无人机平台历史数据无法追溯和大范围探查效率低的问题，实现大江大河水体富营养化问题，长江大保护沿岸化工厂监察，尾矿库风险排查问题等功能。”其中的“X”他们还在探索中，让巡河的眼睛飞的更高一点，从多光谱到高光谱，从天空到太空，刘丹离一开始想要放卫星的“初心”又接近了些。

“有了卫星数据，那么对于大江大河就可以做到历史数据的追溯，进行演变对比，参考维度的大幅提升可以帮助我们环保工作进行大范围的判查，我们就不光知道河流现在是什么样的，我们还能知道十年前、二十前河流是什么状态，前后一对比就可以看出很多问题，这是无人机平台无法做到的。”刘丹解释说。

高光谱综合观测卫星构造图（来源：环境遥感 ）

与此同时，党的二十大提出“中国式现代化是人与自然和谐共生的现代化”，去年生态环境部印发了《生态环境卫星中长期发展规划（2021—2035年）》，提到要进一步推进生态环境卫星遥感监测高质量发展，更好支撑深入打好污染防治攻坚战，助力美丽中国建设。政策的支持更加坚定了刘丹和团队前行的信心。

除了无人机巡河，刘丹在《Tech4Good》的对话中还详细介绍了他们的其它技术进展，青赣技术团队还开发了智能无人船产品，利用无人船载体实现智慧巡护，在巡河、救援、动物保护、清淤等方面发挥作用；比如提升算力，让多光谱水质反演软件服务器上云，去帮助更多公益伙伴；比如将成果数据可视化，把河流水质情况更直观的传达给公众；比如实现造血后，把技术开源给全国各地的环保公益伙伴，让他们不用再顶着烈日、吹着寒风去巡河，同时让社会公众、政府部门了解到环保公益组织不只是可以做环保宣传工作，我们也可以成为环境社会治理参与的重要力量。

每每谈到技术，刘丹总是很兴奋，在他身上我们看到了公益人的执着，也看到了技术人的敏锐。“我们也碰过很多壁，很多时候看到科技大厂的技术，也会眼馋，拿着需求去问人家要支持时常碰壁，被拒绝是常事，作为一家地方性民间环保组织我们实在是太小了……但我们拿着对方的产品给出河道排口排查的图片效果时，他们也是震惊的，原来环保组织还可以这么专业。”刘丹流露出他的无奈。

我们可以看到，技术发展在一定程度上改变了公益慈善活动的运作逻辑、组织方式，降低了公益参与门槛，推动了公益慈善的大众化和社会创新。同时公益领域丰富的场景和个性化的需求，也拓展了技术的边界，带来了更广阔的延展空间。

“我们都是受过高等教育的年轻人，如果我们整体做一些高中生、初中生都能做的事情，那我们的意义何在？”掌握了技术这把钥匙，刘丹和他的团队期待用它去链接更多的资源在公益领域探寻更广阔的天地。