污染羽流是一类最为典型的环境污染表征形式:气浮颗粒(烟团、PM2.5等)放射泄漏污染、化学气体扩散、水体污染(油体泄漏、赤潮等),表现为空间上的区域性和污染区域内的不同浓度/强度分布,同时在自身扩散和环境(风、水流、地理环境、温度、湿度变化等)的作用下区域边界形体随时间变化,呈现一种不确定的类似羽毛边界的污染羽流的变化形态。对该类区域边界(或等浓度区域边界)的快速自主辨识、估计与预测是环境与应急监测中的关键环节,是预警、监测控制与快速响应的重要依据。为了减少事故造成的损害,本论文提出利用单架次直升机对环境进行监测,若出现环境污染,将对污染区域边界进行检测和跟踪。本文主要研究了四个方面内容:首先,构建一个环境模型来模拟真实环境中的油污扩散情形,对模型进行了详细的说明并作了仿真分析;其次,由于采用单架次无人直升机来获取的环境信息量非常少,使得为了得到局部的完整信息必须求助于空间插值技术,因此本文利用Kriging空间插值算法构建周围的环境,为边界检测做准备,并从多角度研究了无人机飞行轨线对Kriging预测的影响,通过仿真分析提出了比较合理的采样轨线;再次,运用模型预测控制(MPC)算法控制小型无人机循迹飞行,优化算法能够使无人机快速收敛到边界区域,使得路径最短,消耗资源最少,预测控制算法能够处理约束,同时对模型要求比较宽泛,因此较适合直升机的循迹控制,最后通过仿真分析验证了算法的可靠性;最后,借助地理信息系统(GIS)进一步对环境进行评估分析。GIS是地理统计方面比较专业的软件,能够将数据转化为可视化的3D图像,使结果更加直观清楚。