无人机应用于空气质量环境监测中的应用

一、背景

随着城市与农村的拆迁改造，建筑工地施工等日渐增多，加上春季风大、气候干燥，空气里灰尘含量较大，不但影响市容市貌，更让我们出行备受粉尘污染之苦。

粉尘不会直接伤人，但对呼吸道和眼睛等器官会造成很大危害。粒径大于10微米的粉尘在空气中停留时间较短，在呼吸作用中可被有效地阻留在呼吸道上，不进入肺泡，但由于木粉尘中含有木焦油，这种物质由各种酚类和烃类组成，并含有致癌性较强的物质，长此以往，工人会部分的患有支气管炎、哮喘和肺气肿等，甚至致癌。粒径小于10微米以下的木粉，会直接进入人的肺部组织，沉淀于肺泡中，有可能引起肺组织的慢性纤维化，甚至导致肺心病、心血管病等一系列病变。而且这些可吸入物质还会将多种污染物或病菌带入肺部，对人体危害很大。粉尘如果弹入或飞入人的眼睛，会造成伤害，影响正常操作。另外木尘还是最危险的易燃物品之一，易引起火灾。北京未来智能科技有限公司无人机机载大气成分气体检测仪（SKA-2.0）专为无人机大气环境监测而设计的一款产品，通过配置高精度多种智能型气体传感器，可同时监测大气温度、湿度、PM10、PM2.5、SO？、NO？、CO、O等多种特征污染参数，配合地面端《未来智能无人机气体实时监测系统V2.0》实时查看无人机所在处环境的气体数据。

现如今无人机遥感技术作为继航空、航天遥感后的第3代遥感技术：具有立体监测、响应速度快、监测范围广、地形干扰小等优点， 是今后进行大气突发事件污染源识别和浓度监测的重要发展方向之一。

二、无人机气体检测荷载特点

●软件可以支持多家无人机制造商包括大疆所有系列。

●上千种气体传感器可以随时更换，系统带有自动识别功能。

●外壳防水、防风、防尘、防撞击设计

●实时显示监测数据，并生成对应的趋势曲线。

●可查看历史实时数据，并同时生成曲线分析图，列表和图表样式显

示历史数据，方便对比查看。

●同时显示经纬度、高度、飞机状态、温度、湿度、PM1、PM2.5、PM10、

上千种气体实时浓度值。

●检测精度可达到 ppb 级。

●实时无线传输数据到地面端，也可以通过 GPRS 实时传输到服务器。

三、无人机气体检测荷载参数

●适用：多旋翼无人机、固定翼

●检测气体：PM2.5、PM10、NO2、SO2、CO、O3、VOC 等

●电化学、激光

●重量：1000 克（7 参数）

●尺寸：220×145×60mm

●供电：12-24V

●数据传输方式：GPRS /数传

●工作环境温度：（-30~+60）℃

●工作环境湿度：（15 ~ 95）% RH 无凝露

●设备寿命：气体器件寿命 2 年

四、无人气体检测荷载尺寸图

五、无人机气体软件界面及数据分析

地面接收系统的软件Green Ear是专门设计的可用于上述监测检测数据接收、解码、显示、处理、报告并向云端上传的专用软件，它与通用飞控软件Mission Planner相结合，在获取飞行路径规划及飞行器飞行姿态数据的基础上加我司的气体检测设备的实时浓度值进行数据分析融合，并支持多探测器同步数据回传和处理功能。

数据分析平台，主要功能应包括实时数据展示、历史数据查询、区域的GPS经纬度、时间等信息同步传回地面接收系统。

（1）实时数据展示

平台可对各类监测数据进行实时展示。将空气质量气体传感器数据、有毒气体应急监测数据汇入到统一平台，统一管理，综合展示。气体传感器数据以不同颜色代表不同污染级别。

以下为近1小时内的实时数据。

（2）历史数据查询

将各点位的历史监测数据进行简单的统计分析，例如日变化分析、时间序列分析等，帮助采购方节约手动分析时间成本，同时还能够帮助采购方了解基本污染状况。

（3）区域污染概率分析

通过计算一段时间内，各区域污染超标的累积概率，能够得到经常发生污染的区域，即为超标重点区域，也可能为潜在污染源，管理者可根据分析结果对此类区域进行重点监管。

（4）污染排名统计

实时排名分析让采购方掌握新的污染动态，历史排名分析可以帮助采购方查找重点污染区域。

六、无人机气体检测系统

1 系统结构及工作原理

这套系统主要包括无人飞行器、NE sensor 气体检测、数传/GPRS、地面站/服务器、数据处理软件等构成。主要的作用于检测大气空气质量 AQI 与应急检测有毒有害气体，其精度可以达到 1PPB。改变了传统固定点的检测使得气体检测变得灵活、快速、准确、方便。

2 气体浓度数据采集的软件实现

气体检测这块有着成千上万种气体种类、量程、精度等。我司为了简化用户的操作与成本。我司特设计一套 7NE 系列的传感器。有着一整套完整的软件信息系统，把所有可以检测到的气体种类我们有效的划分开实现全部智能化的识别系统。客户可以根据不同的检测场景搭配不同的传感器;使得无人机气体检测非常灵活不受荷载的影响。数据采集主要如下图所示。

3 传输协议

根据 7NE 系列气体传感器的通讯方式可以采用模拟电压、模拟电流、TTL、RS485，我司的采用的是 RS485、TTL 两组通讯方式。串口波特率 9600，校验位无，8 个数据位，1 个停止位;数值为 Hex

七、数据对比

国控点数据对比 100 小时同期对比

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