無(wú)人機(jī)應(yīng)用于空氣質(zhì)量環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

一、背景

隨著城市與農(nóng)村的拆遷改造，建筑工地施工等日漸增多，加上春季風(fēng)大、氣候干燥，空氣里灰塵含量較大，不但影響市容市貌，更讓我們出行備受粉塵污染之苦。

粉塵不會(huì)直接傷人，但對(duì)呼吸道和眼睛等器官會(huì)造成很大危害。粒徑大于10微米的粉塵在空氣中停留時(shí)間較短，在呼吸作用中可被有效地阻留在呼吸道上，不進(jìn)入肺泡，但由于木粉塵中含有木焦油，這種物質(zhì)由各種酚類和烴類組成，并含有致癌性較強(qiáng)的物質(zhì)，長(zhǎng)此以往，工人會(huì)部分的患有支氣管炎、哮喘和肺氣腫等，甚至致癌。粒徑小于10微米以下的木粉，會(huì)直接進(jìn)入人的肺部組織，沉淀于肺泡中，有可能引起肺組織的慢性纖維化，甚至導(dǎo)致肺心病、心血管病等一系列病變。而且這些可吸入物質(zhì)還會(huì)將多種污染物或病菌帶入肺部，對(duì)人體危害很大。粉塵如果彈入或飛入人的眼睛，會(huì)造成傷害，影響正常操作。另外木塵還是最危險(xiǎn)的易燃物品之一，易引起火災(zāi)。北京未來(lái)智能科技有限公司無(wú)人機(jī)機(jī)載大氣成分氣體檢測(cè)儀（SKA-2.0）專為無(wú)人機(jī)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)而設(shè)計(jì)的一款產(chǎn)品，通過(guò)配置高精度多種智能型氣體傳感器，可同時(shí)監(jiān)測(cè)大氣溫度、濕度、PM10、PM2.5、SO？、NO？、CO、O等多種特征污染參數(shù)，配合地面端《未來(lái)智能無(wú)人機(jī)氣體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)V2.0》實(shí)時(shí)查看無(wú)人機(jī)所在處環(huán)境的氣體數(shù)據(jù)。

現(xiàn)如今無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)作為繼航空、航天遙感后的第3代遙感技術(shù)：具有立體監(jiān)測(cè)、響應(yīng)速度快、監(jiān)測(cè)范圍廣、地形干擾小等優(yōu)點(diǎn)， 是今后進(jìn)行大氣突發(fā)事件污染源識(shí)別和濃度監(jiān)測(cè)的重要發(fā)展方向之一。

二、無(wú)人機(jī)氣體檢測(cè)荷載特點(diǎn)

●軟件可以支持多家無(wú)人機(jī)制造商包括大疆所有系列。

●上千種氣體傳感器可以隨時(shí)更換，系統(tǒng)帶有自動(dòng)識(shí)別功能。

●外殼防水、防風(fēng)、防塵、防撞擊設(shè)計(jì)

●實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并生成對(duì)應(yīng)的趨勢(shì)曲線。

●可查看歷史實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并同時(shí)生成曲線分析圖，列表和圖表樣式顯

示歷史數(shù)據(jù)，方便對(duì)比查看。

●同時(shí)顯示經(jīng)緯度、高度、飛機(jī)狀態(tài)、溫度、濕度、PM1、PM2.5、PM10、

上千種氣體實(shí)時(shí)濃度值。

●檢測(cè)精度可達(dá)到 ppb 級(jí)。

●實(shí)時(shí)無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)到地面端，也可以通過(guò) GPRS 實(shí)時(shí)傳輸?shù)椒?wù)器。

三、無(wú)人機(jī)氣體檢測(cè)荷載參數(shù)

●適用：多旋翼無(wú)人機(jī)、固定翼

●檢測(cè)氣體：PM2.5、PM10、NO2、SO2、CO、O3、VOC 等

●電化學(xué)、激光

●重量：1000 克（7 參數(shù)）

●尺寸：220×145×60mm

●供電：12-24V

●數(shù)據(jù)傳輸方式：GPRS /數(shù)傳

●工作環(huán)境溫度：（-30~+60）℃

●工作環(huán)境濕度：（15 ~ 95）% RH 無(wú)凝露

●設(shè)備壽命：氣體器件壽命 2 年

四、無(wú)人氣體檢測(cè)荷載尺寸圖

五、無(wú)人機(jī)氣體軟件界面及數(shù)據(jù)分析

地面接收系統(tǒng)的軟件Green Ear是專門設(shè)計(jì)的可用于上述監(jiān)測(cè)檢測(cè)數(shù)據(jù)接收、解碼、顯示、處理、報(bào)告并向云端上傳的專用軟件，它與通用飛控軟件Mission Planner相結(jié)合，在獲取飛行路徑規(guī)劃及飛行器飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上加我司的氣體檢測(cè)設(shè)備的實(shí)時(shí)濃度值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析融合，并支持多探測(cè)器同步數(shù)據(jù)回傳和處理功能。

數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，主要功能應(yīng)包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示、歷史數(shù)據(jù)查詢、區(qū)域的GPS經(jīng)緯度、時(shí)間等信息同步傳回地面接收系統(tǒng)。

（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示

平臺(tái)可對(duì)各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)展示。將空氣質(zhì)量氣體傳感器數(shù)據(jù)、有毒氣體應(yīng)急監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯入到統(tǒng)一平臺(tái)，統(tǒng)一管理，綜合展示。氣體傳感器數(shù)據(jù)以不同顏色代表不同污染級(jí)別。

以下為近1小時(shí)內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

（2）歷史數(shù)據(jù)查詢

將各點(diǎn)位的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)分析，例如日變化分析、時(shí)間序列分析等，幫助采購(gòu)方節(jié)約手動(dòng)分析時(shí)間成本，同時(shí)還能夠幫助采購(gòu)方了解基本污染狀況。

（3）區(qū)域污染概率分析

通過(guò)計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)，各區(qū)域污染超標(biāo)的累積概率，能夠得到經(jīng)常發(fā)生污染的區(qū)域，即為超標(biāo)重點(diǎn)區(qū)域，也可能為潛在污染源，管理者可根據(jù)分析結(jié)果對(duì)此類區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)管。

（4）污染排名統(tǒng)計(jì)

實(shí)時(shí)排名分析讓采購(gòu)方掌握新的污染動(dòng)態(tài)，歷史排名分析可以幫助采購(gòu)方查找重點(diǎn)污染區(qū)域。

六、無(wú)人機(jī)氣體檢測(cè)系統(tǒng)

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

這套系統(tǒng)主要包括無(wú)人飛行器、NE sensor 氣體檢測(cè)、數(shù)傳/GPRS、地面站/服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理軟件等構(gòu)成。主要的作用于檢測(cè)大氣空氣質(zhì)量 AQI 與應(yīng)急檢測(cè)有毒有害氣體，其精度可以達(dá)到 1PPB。改變了傳統(tǒng)固定點(diǎn)的檢測(cè)使得氣體檢測(cè)變得靈活、快速、準(zhǔn)確、方便。

2 氣體濃度數(shù)據(jù)采集的軟件實(shí)現(xiàn)

氣體檢測(cè)這塊有著成千上萬(wàn)種氣體種類、量程、精度等。我司為了簡(jiǎn)化用戶的操作與成本。我司特設(shè)計(jì)一套 7NE 系列的傳感器。有著一整套完整的軟件信息系統(tǒng)，把所有可以檢測(cè)到的氣體種類我們有效的劃分開(kāi)實(shí)現(xiàn)全部智能化的識(shí)別系統(tǒng)。客戶可以根據(jù)不同的檢測(cè)場(chǎng)景搭配不同的傳感器;使得無(wú)人機(jī)氣體檢測(cè)非常靈活不受荷載的影響。數(shù)據(jù)采集主要如下圖所示。

3 傳輸協(xié)議

根據(jù) 7NE 系列氣體傳感器的通訊方式可以采用模擬電壓、模擬電流、TTL、RS485，我司的采用的是 RS485、TTL 兩組通訊方式。串口波特率 9600，校驗(yàn)位無(wú)，8 個(gè)數(shù)據(jù)位，1 個(gè)停止位;數(shù)值為 Hex

七、數(shù)據(jù)對(duì)比

國(guó)控點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比 100 小時(shí)同期對(duì)比

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