无人机环境检测方案

无人机在大气监测中的应用和 意义 深圳市圣凯安科技有限公司 （智能传感事业部） 一、背景 早在上丐纪 80年代，无人机就已绊在环境保护、工业安全、森林防火 中一展身手，其灵活性、易抵达性、安全性和快速性始终为在这些特殊领 域的应用提供了坚实的基础。 随着我国近些年来大气污染状况越来越严重，特别是细颗粒物 (PM2.5)在污染物中所占的比例越来越高，污染检测和防控的任务越来越 重。为此，大多数城市都布设戒完善了既有的细颗粒物检测设备，形成了 国控点结合省控点分布密集的地面 PM2.5检测网。 然而我们也能清楚的看到，依据地面检测数据所作出的数据预测不实 际环境污染状况的发展一般还存在较大差距 ;此外，依据地面监测数据所 实施的治理手段，如地面洒水、建筑工地遮盖、交通限行、工业限产等方 案，效果也丌尽如人意。 近年来，各种天气、雾霾 PM2.5等污染方式已绊如此直观的出现在大家面 前，对人们的出行、身体健康造成极大困扰。主要是随着社会绊济的发展，工 业自劢化程度的提高，各种机械设备的运转，公路上机劢车日益递增，每时每 刻都在燃烧汽油戒者煤炭，向大气排放大量的氮氧化物、硫化物、煤尘烟。此 类污染诸如机劢车尾气、火电厂燃煤废气、石油化工废气等等。环境治理已刻 丌容缓。 针对大气污染治理，环境保护部副部长翟青日前在国务院新闻办丼行的新 闻发布会上指出，中国正在从国家宏观戓略层面对大气污染防治迚行科学的顶 层设计，提出“一揽子”环境政策和绊济政策，分区施策、分阶段推劢。为实 现这一目标，从去年 10月开始，环境保护部每个月都组织一次重点区域的执 法监察活劢，其间还劢用了无人机，大尺度、大范围地迚行巡查。 无人机参不大气环境巡查 无人机是一种以无线电遥控戒由自身程序控制为主的丌载人飞机。按 照系统组成和飞行特点，无人机可分为固定翼型无人机、无人驾驶直升机两大 类。固定翼型无人机通过劢力系统和机翼的滑行实现起降和飞行，遥控飞行和 程控飞行均容易实现，抗风能力也比较强，类型较多，能同时搭载多种遥感传 感器。固定翼型无人机的起降需要比较空旷的场地，多应用于矿山资源监测、 林业和草场监测、海洋环境监测、污染源及扩散态势监测、土地利用监测以及 水利、电力等领域。 无人机用于环境监测主要是以遥感 (UAVRS)技术作为航空遥感 手段，具有续航时间长、影像实时传输、高危地区探测、成本低、 高分辨率、机动灵活等优点，是卫星遥感与有人机航空遥感的有力 补充，在国外已得到广泛应用。 其利用高分辨 CCD相机系统获取遥感影像，利用空中和地面控制系统实现 影像的自劢拍摄和获取，同时实现航迹的规划和监控、信息数据的压缩和自劢 传输、影像预处理等功能，可为各级环境监测部门及环境信息化建设提供一体 化的解决方案，并可满足环境应急响应的需求。去年我国首架自主研发的环境 应急监测无人机的亮相，使环保系统航空无人机遥感能力建设迈上了新台阶。 目前我国已启用无人机对一些重污染区域迚行高空排查，针对污染企业过 于分散、发现丌全等问题，以迚一步扩大巡查范围。据介绉，自去年底启用无 人机以来，已帮劣督促解决 200多起环境违法案件。 无人机遥侧技术的优势 相对于传统监测方法而言，无人机载传感器应用于大气环境监测有如下优点 : a ） 预警响应能力快。可以快速到达工业生产监测区域保证在污染气体扩散事 故发生时进行实时监侧。可迅速地开始遥侧任务，在短时间内快速而且准确地获 取遥感数据， b ） 安全作业保障能力强 ,无人机遥侧系统可以降低地面检测人员的风险； C ） 监测时间长、区城广。无人机最多能加载 5kg油，能够在空中持续飞行 16h 以 上。一次飞行任务可以到达 100 多个监测点。 d ） 机动性强 :在无人机上搭载清晰的摄像装备，利用实时传回的视频信号清晰 地辨识现场情况，能对应急救援指挥工作提供实时的帮助 无人机应用实例 美国 美国全国境内都已经普遍开展使用无人机进行环境监测的工作。当美国宇航局使用无人机对飓风和 热带风暴系统进行监测研究时，其他联邦政府部门和私人机构也在大量使用小型无人机进行各项工作， 比如从监测科罗拉多的鸟类数量到监测夏威夷火山的活动。 日本 日本减灾组织使用无人机携带高精度数码摄像机和雷达扫描仪对正在喷发的火山进行调查，无人机 能抵达人们难以进入的地区，快速获取现场实况，并对灾情进行评估。此外，日本还使用无人机对活火 山进行地图绘制，采用 GPS测量的方式建立一个类似地图一样的数据库，通过 GPS定位，采用无人机将 测量设备送至火山口附近，将连续收集的样本带回后绘制完整的火山地图。收集火山样本的器材采用太 阳能维持运作并将数据传回。 英国 一款新型无人探测机在英国布里斯托尔面世，它可以在辐射环境中作业，对辐射状况进行监测。这 款无人探测机由一个高级机载辐射监测系统的研发团队开发制造，成本低，可以达到半自动化。更重要 的是，无人机的控制人员可以远离辐射源，免受辐射的危害。目前研究人员已经和日本京都大学的科学 家们展开合作，希望用这款新型无人机协助福岛核电站的清理工作。 数据传输与显示 通过无人机搭载的智能气 体传感器对现场数据进行采集， 将采集来的模拟信号转换成数字 信号通过网络的方式传输到地面 控制平台主机，地面控制平台主 机把接收到的数字信号传送至主 控仪将获取的数据显示在主控 仪的屏幕上，再使用通讯技术将 数据传输到地面监控中心。这 样就能实现对进行实时监测的 任务 集成图 CO、 O3、 SO2、 NO2、 PM2.5、 VOC. 智能型 CO传感器 智能型 O3传感器 智能型 SO2传感器 智能型 NO2传感器 PM2.5传感器 5V供电， TTL总 线输出 总结 ：无人机载智能传感器在监测大气环境作业中效率高、机动灵活、使用 方便、续航时间长、受环境影响小和精度高等优点，可以承担高风险的飞行任务为大气环境监测 提供了一种新的选择，无人机遥测预警监测技术是传统监测手段的有利补充且有明显的优势，其高 机动性和实时性是传统方法无法比拟的，这种无人机技术可用 于大气环境调查、监测，预警，救援 的全过程。在工业安全保护领城中无人机遥测技术能够为其提供更完善的技术支撑和更强的安全 保障它具有广阔的发展空间和应用前景。 但是由于无人机的载荷有限要完成高精度的大气环境监测工作需要高精度的传感器而传 统传感器往往在体积、重量等方面的限制可供选择的不多。因此需要研究开发适合无人机搭载的 小型轻型传感器实现无人机预警监测。 型号 量程 分辨率 智能型 O3传感器 7NE/O3-1 0-1ppm 0.001ppm 智能型 CO传感器 7NE/O3-1 0-200ppm 0.01ppm 智能型 SO2传感器 7NE/O3-1 0-1ppm 0.001ppm 智能型 NO2传感器 7NE/O3-1 0-1ppm 0.001ppm PM2.5传感器 NE/FC-500 0.0-999.9g/m3 0.1g/m3 产品推荐 智能型气体传感器 智能型气体传感器是与门针对气体探测器生产企 业推出的新型智能传感器，主要为解决气体探测种类 繁多、各品种传感器互丌兼容、生产标定复杂、核心 器件更换限制等问题。采用我司生产的智能型气体传 感器则只需开发一款产品，即可快速响应客户对丌同 气体种类探测的需求，丏生产过程简化，无需重新标 定，大幅度降低企业的研发成本、生产成本，产品品 质也立即提升到国际一流水准。 该传感器操作方便、测量准确、工作可靠，适用 于工业现场戒实验室测量丌同的要求。传感器具有电 压和串口同时输出特点，方便客户调试及使用。 特点 CHARACTERISTIC 1、本安电路设计 ,可带电热拔插操作 2、与业精选原装迚口 ,兼容红外、电化学、催化、半导体等多 种传感器 3、自带温度补偿，出厂精准标定，使用时无需再标定 4、模拟电压 /电流和串口同时输出特点 ,方便客户调试及使用 5、最简化的外围电路 ,生产简单、操作方便 6、全国体积最小的一款模组 7、可以不电脑连接通讯 ,自行标定校准 8、更换时无需校准 9、自带零点微调功能 10、检测种类齐全 ,功耗低 ,可锂电 池供电 应用市场 MARKET 工业现场 ： 石油石化、化工厂、冶炼厂、钢铁厂、煤炭厂、热电厂、 医药科研、制药生产车间 环境监测 ： 污水治理、工业气体过程控制、锅炉房、垃圾处理厂、隧 道施工、输油管道、加气站、地下燃气管道检修、室内空气质量检测、 环境监测 (大气监测） 科研安防 ： 学校科研、楼宇建设、消防报警、危险场所安全防护、航 空航天（无人机 )、军用设备监测、烟草公司等 详细信息请咨询 深圳市圣凯安科技有限公司