無人機建模-無人機空氣質量環境監測解決方案

一、背景

隨著城市與農村的拆遷改造，建筑工地施工等日漸增多，加上春季風大、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。

粉塵不會直接傷人，但對呼吸道和眼睛等器官會造成很大危害。粒徑大于10微米的粉塵在空氣中停留時間較短，在呼吸作用中可被有效地阻留在呼吸道上，不進入肺泡，但由于木粉塵中含有木焦油，這種物質由各種酚類和烴類組成，并含有致癌性較強的物質，長此以往，工人會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，會直接進入人的肺部組織，沉淀于肺泡中，有可能引起肺組織的慢性纖維化，甚至導致肺心病、心血管病等一系列病變。而且這些可吸入物質還會將多種污染物或病菌帶入肺部，對人體危害很大。粉塵如果彈入或飛入人的眼睛，會造成傷害，影響正常操作。另外木塵還是最危險的易燃物品之一，易引起火災。北京未來智能科技有限公司無人機機載大氣成分氣體檢測儀（SKA-2.0）專為無人機大氣環境監測而設計的一款產品，通過配置高精度多種智能型氣體傳感器，可同時監測大氣溫度、濕度、PM10、PM2.5、SO?、NO?、CO、O等多種特征污染參數，配合地面端“無人機氣體實時監測系統”實時查看無人機所在處環境的氣體數據。

現如今無人機遙感技術作為繼航空、航天遙感后的第3代遙感技術：具有立體監測、響應速度快、監測范圍廣、地形干擾小等優點,是今后進行大氣突發事件污染源識別和濃度監測的重要發展方向之一。

二、無人機氣體檢測荷載特點

●軟件可以支持多家無人機制造商包括大疆所有系列。

●上千種氣體傳感器可以隨時更換，系統帶有自動識別功能。

●外殼防水、防風、防塵、防撞擊設計。

●實時顯示監測數據，并生成對應的趨勢曲線。

●可查看歷史實時數據，并同時生成曲線分析圖，列表和圖表樣式顯示歷史數據，方便對比查看。

●同時顯示經緯度、高度、飛機狀態、溫度、濕度、PM1、PM2.5、PM10、上千種氣體實時濃度值。

●檢測精度可達到 ppb 級。

●實時無線傳輸數據到地面端，也可以通過 GPRS 實時傳輸到服務器。

三、無人機氣體檢測荷載參數

●適用：多旋翼無人機、固定翼
●檢測氣體：PM2.5、PM10、NO2、SO2、CO、O3、VOC 等
●電化學、激光
●重量：1000 克（7 參數）
●尺寸：220×145×60mm
●供電：12-24V
●數據傳輸方式：GPRS /數傳
●工作環境溫度：(-30~+60)℃
●工作環境濕度：(15 ~ 95)% RH 無凝露
●設備壽命：氣體器件壽命 2 年

四、無人氣體檢測荷載尺寸圖

五、無人機氣體軟件界面及數據分析

地面接收系統的軟件Green Ear是專門設計的可用于上述監測檢測數據接收、解碼、顯示、處理、報告并向云端上傳的專用軟件，它與通用飛控軟件Mission Planner相結合，在獲取飛行路徑規劃及飛行器飛行姿態數據的基礎上加我司的氣體檢測設備的實時濃度值進行數據分析融合，并支持多探測器同步數據回傳和處理功能。

數據分析平臺，主要功能應包括實時數據展示、歷史數據查詢、區域的GPS經緯度、時間等信息同步傳回地面接收系統。

(1)實時數據展示

平臺可對各類監測數據進行實時展示。將空氣質量氣體傳感器數據、有毒氣體應急監測數據匯入到統一平臺，統一管理，綜合展示。氣體傳感器數據以不同顏色代表不同污染級別。

以下為近1小時內的實時數據。

(2)歷史數據查詢

將各點位的歷史監測數據進行簡單的統計分析，例如日變化分析、時間序列分析等，幫助采購方節約手動分析時間成本，同時還能夠幫助采購方了解基本污染狀況。

(3)區域污染概率分析

通過計算一段時間內，各區域污染超標的累積概率，能夠得到經常發生污染的區域，即為超標重點區域，也可能為潛在污染源，管理者可根據分析結果對此類區域進行重點監管。

(4)污染排名統計

實時排名分析讓采購方掌握新的污染動態，歷史排名分析可以幫助采購方查找重點污染區域。

六、無人機氣體檢測系統

1 系統結構及工作原理

這套系統主要包括無人飛行器、NE sensor 氣體檢測、數傳/GPRS、地面站/服務器、數據處理軟件等構成。主要的作用于檢測大氣空氣質量 AQI 與應急檢測有毒有害氣體，其精度可以達到 1PPB。改變了傳統固定點的檢測使得氣體檢測變得靈活、快速、準確、方便。

2 氣體濃度數據采集的軟件實現

氣體檢測這塊有著成千上萬種氣體種類、量程、精度等。我司為了簡化用戶的操作與成本。我司特設計一套 7NE 系列的傳感器。有著一整套完整的軟件信息系統，把所有可以檢測到的氣體種類我們有效的劃分開實現全部智能化的識別系統?？蛻艨梢愿鶕煌臋z測場景搭配不同的傳感器；使得無人機氣體檢測非常靈活不受荷載的影響。數據采集主要如下圖所示。

3 傳輸協議

根據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，校驗位無，8 個數據位，1 個停止位；數值為 Hex

七、數據對比

國控點數據對比 100 小時同期對比