一、項目背景

隨著(zhù)我國近幾年來(lái)大氣污染狀況越來(lái)越嚴重，特別霧霾（顆粒物PM2.5、PM10等）在污染物中所占的比例越來(lái)越重，因此我國的大氣污染檢測與治理的任務(wù)也越來(lái)越重。國家對此也在大多數城市布設或者完善了顆粒物、氣體檢測設備，形成了國控點(diǎn)結合省控點(diǎn)分布密集的地面污染源檢測網(wǎng)。

然而我們也能清楚的看到，依據國控點(diǎn)地面檢測數據所作出的預測與實(shí)際環(huán)境污染狀況的發(fā)展還是存在較大差距，此外，依據地面監測數據所實(shí)施的治理手段，如地面灑水、建筑工地遮蓋、交通限行、工業(yè)限產(chǎn)、鍋爐改造、脫硫脫硝處理等方案，效果也不盡如人意。

作為繼航空、航天遙感后的第3代遙感技術(shù)的無(wú)人機遙感技術(shù)，具有立體監測、響應速度快、監測范圍廣、地形干擾小等優(yōu)點(diǎn), 是今后進(jìn)行大氣突發(fā)事件污染源識別和濃度監測的重要發(fā)展方向之一。

由于大眾對環(huán)境保護認知度的提升，我國在環(huán)保工作上的投入力度逐步增大，作為環(huán)境保護先頭兵的環(huán)境監測領(lǐng)域也是一路高歌，突飛猛進(jìn)。眾多的技術(shù)與突破，使得我國的環(huán)境監測愈驅成熟，其中最不可忽視的新興技術(shù)就要數無(wú)人遙感技術(shù)了。近年來(lái)，無(wú)人監測設備的運用已經(jīng)成為主流趨勢之一，無(wú)人機遙感監測更是在環(huán)保監測領(lǐng)域掀起一股熱浪。

二、無(wú)人機氣體監測系統

1 無(wú)人機環(huán)境監測儀系統結構及工作原理

智易時(shí)代無(wú)人機環(huán)境監測系統主要包括無(wú)人飛行器、智易時(shí)代sensor氣體檢測、數傳/GPRS、地面站/服務(wù)器、數據處理軟件等構成。主要的作用于檢測大氣空氣質(zhì)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(diǎn)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(shí)現

氣體檢測這塊有著(zhù)成千上萬(wàn)種氣體種類(lèi)、量程、精度等。為了簡(jiǎn)化用戶(hù)的操作與成本，我司特設計一套系列的傳感器。有著(zhù)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(lèi)我們有效的劃分開(kāi)實(shí)現全部智能化的識別系統?？蛻?hù)可以根據不同的檢測場(chǎng)景搭配不同的傳感器；使得無(wú)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。

根據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通訊方式。

串口波特率9600，校驗位無(wú)，8個(gè)數據位，1個(gè)停止位；數值為Hex

三、無(wú)人機環(huán)境監測軟件界面及數據分析

地面接收系統的軟件是我司專(zhuān)門(mén)設計的可用于上述監測數據接收、解碼、顯示、處理、報告并向云端上傳的軟件，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(tài)數據的基礎上加我司的氣體檢測設備的實(shí)時(shí)濃度值進(jìn)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(shí)時(shí)數據展示、歷史數據查詢(xún)、區域的GPS經(jīng)緯度、時(shí)間等信息同步傳回地面接收系統。

(1)實(shí)時(shí)數據展示

平臺可對各類(lèi)監測數據進(jìn)行實(shí)時(shí)展示。將空氣質(zhì)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(shí)內的實(shí)時(shí)數據顯示：

(2)歷史數據查詢(xún)

將各點(diǎn)位的歷史監測數據進(jìn)行簡(jiǎn)單的統計分析，例如日變化分析、時(shí)間序列分析等，幫助采購方節約手動(dòng)分析時(shí)間成本，同時(shí)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(guò)計算一段時(shí)間內，各區域污染超標的累積概率，能夠得到經(jīng)常發(fā)生污染的區域，即為超標重點(diǎn)區域，也可能為潛在污染源，管理者可根據分析結果對此類(lèi)區域進(jìn)行重點(diǎn)監管。

(4)污染排名統計

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

(5)移動(dòng)GIS開(kāi)發(fā)平臺

1.數據編輯：空間地物點(diǎn)選、框選、任意多邊形的拾??；空間地物的增、刪、查、改功能；地物節點(diǎn)的增、刪、查、改及捕捉功能；回退與撤銷(xiāo)1.功能；快速草圖編輯、繪制功能。

2.數據管理：項目式數據采集管理模式；方便的數據查詢(xún)和坐標數據現場(chǎng)自動(dòng)更新功能；可定制文檔報表輸出，包括位置、屬性、照片及統計內容。

3.數據交互：平臺端+移動(dòng)端可建立起基于通訊網(wǎng)絡(luò )模式的數據交換，可實(shí)現平臺端；查看移動(dòng)端作業(yè)模式，軌跡上傳、下載、內部OA流通訊，任務(wù)工單；下達、上傳，遠程數據調取，并完成基于LBS的相關(guān)位置數據交互服務(wù)。

4.數據采集：GPS手動(dòng)/自動(dòng)/平滑、手繪、偏距等采集方式；公共點(diǎn)、公共邊、多線(xiàn)段及含面地物的空間拓撲采集；由點(diǎn)成線(xiàn)/面、由線(xiàn)成點(diǎn)/面、由面成點(diǎn)/線(xiàn)的多種幾何轉換功能；現場(chǎng)照片、聲音、視頻信息的采集并與坐標自動(dòng)匹配；可通過(guò)藍牙無(wú)線(xiàn)協(xié)同測距儀、探測儀、專(zhuān)業(yè)數碼相機等外設進(jìn)行作業(yè)。

5.地圖應用：海量柵格與矢量數據的秒級瀏覽；*的行業(yè)數字地圖及GU歌地圖應用；豐富的柵格、矢量數據疊加渲染風(fēng)格；快速的矢量圖元疊加分析功能、專(zhuān)題化分析結果展示。

6.基于A(yíng)RC GIS類(lèi)似軟件開(kāi)發(fā)。

(6)無(wú)人機航線(xiàn)規劃平臺

1、智能手持終端中使用“全自動(dòng)作業(yè)”APP可選定監測區域并智能規劃。規劃區塊后，只需填寫(xiě)速度及高度要求，即可自動(dòng)生成航線(xiàn)、劃分架次等功能，實(shí)現精準飛行?！?/p>

2、實(shí)現云端、本地雙重備份。

3、搭載RTK模塊精確繪制顆粒物實(shí)時(shí)云圖。

(8)數據庫服務(wù)器

CPU配置：8核并支持超高主頻實(shí)例；

內存配置：內存從32G到768G 自由擴展。為了能更好發(fā)揮計算性能，CPU和內存的配比比例是1:4或者1:8；

存儲配置：支持從虛擬機鏡像及云盤(pán)啟動(dòng)，讓分鐘交付成為可能。支持掛載多塊云盤(pán)，讓存儲彈性盡情展現；

網(wǎng)絡(luò )配置：支持虛擬專(zhuān)有云（VPC）網(wǎng)絡(luò )，保持和普通ECS實(shí)例以及其它云產(chǎn)品的互聯(lián)互通。同時(shí)，也提供和物理機網(wǎng)絡(luò )相媲美的性能和穩定性。

(9)巡檢無(wú)人機系統

巡檢無(wú)人機參數：

1、載荷：不低于1500g★

2、機身材質(zhì)：碳纖維+鋁合金

3、飛行速度：≤15m/s

4、續航時(shí)間：標準負載（攜帶顆粒物檢測模塊）不低于40min

5、飛行相對高度：≤400m

6、起降方式：垂直起降

7、抗風(fēng)能力：≤6級

8、定位精度：垂直0.1m ，水平0.1m

9、工作溫度：-10°C至40°C

10、搭載RTK高精度定位定向模塊★

智能電池參數：

1、標稱(chēng)電量：不低于16000mAh（360Wh）

2、循環(huán)次數：不低于300次

(10)移動(dòng)采集終端

1.操作系統:Android 5.1以上★

2.處理器:不低于1.7GHz主頻,8核處理器

3.內存:不小于2GB RAM內存

4.閃存:不小于32GB大容量閃存

5.顯示:分辨率不小于1280×1080,5點(diǎn)觸控，支持電容手套操作

6.定位技術(shù):GPS+北斗+GIONASS+SBAS+AGPS

7.shou次定位時(shí)間：不大于25秒

8.SBAS定位精度：1-2米

9.cors定位精度：0.8米★

10.數據更新頻率不低于1HZ

11．通訊制式：4G全網(wǎng)通（移動(dòng)，聯(lián)通，電信）★

12.WIFI：IEEE 802.11b/g/n,AP wapi

13.藍牙：BlueTooth 4.0，支持BLE

14.擴展卡：T-Flash存儲卡；支持不小于128GB Micro-SD擴展存儲

15.USB：TypeC，具有OTG功能

16.容量：鋰電池容量不低于5000mAh，支持在線(xiàn)充電★

17.工作時(shí)間：?jiǎn)螇K電池可連續工作不低于10-12小時(shí)

18.攝像頭：不低于1300萬(wàn)像素，自動(dòng)對焦，高亮LED閃光燈

19.麥克風(fēng)、揚聲器：支持

20.耳機：3.5mm音頻插孔，支持耳機通話(huà)，外置耳機可當FM天線(xiàn)

21.感應器類(lèi)型：重力傳感器、電子羅盤(pán)、氣壓計

22.RFID讀寫(xiě)/NFC：支持

23.重量：不大于350g★

24.工作溫度：不低于-40℃～+85℃

25.存儲溫度：不低于-50℃～+85℃

26.防塵防水：不低于IP65

27.防震：全強固式設計，抗1.5米自由跌落

四、環(huán)境監測設備

我司專(zhuān)門(mén)針對大氣中氣體的監測研發(fā)出一款智能型“四氣兩塵”傳感器組件。該組件的傳感器采用高靈敏的進(jìn)口電化學(xué)傳感器，采取擴散式氣體檢測方法；該組件操作方便、測量準確、工作可靠、體積輕??；利用我們設計的支架可以方便安裝至無(wú)人機上，利用無(wú)人機的*優(yōu)勢可以實(shí)現空中軌跡的氣體監測。同時(shí)利用我們的軟件平臺，集成顯示經(jīng)緯度、高度、飛機狀態(tài)、溫度、濕度、PM2.5、PM10、CO、O3、SO2、NO2、VOC等參數的實(shí)時(shí)監測和三維可視化展示。為三維立體空間的空氣質(zhì)量分析提供一個(gè)有效的監測手段。

五、無(wú)人機環(huán)境監測儀主要技術(shù)指標

●適用：多旋翼無(wú)人機、固定翼

1.揚塵在線(xiàn)監測設備技術(shù)指標

1）顆粒物傳感器：

技術(shù)原理：激光散射式

測量精度：≧±20%

顆粒物讀數范圍：PM2.5、PM10（0-999ug/m3）

分辨率：1ug/m3

★NO2：測量范圍/分辨率：0-1/0.001ppm

★CO：測量范圍/分辨率：0-10/0.01ppm

★SO2：測量范圍/分辨率：0-1/0.001ppm

★O3：測量范圍/分辨率：0-1/0.001ppm

★PM2.5、PM10：檢測范圍：0～1000ug/m3；分辨率：0.1ug/m3；

2）電源系統

太陽(yáng)能板功率：不低于6W*2

高密度鋰電池：不低于4000mAh/7.4V＊2

電源管理系統：自動(dòng)讀取實(shí)時(shí)電壓，智能充放電。

供電時(shí)間：在陰雨天氣下，持續工作 7天

3）通訊系統：

數據傳輸：3G/4G

支持運營(yíng)商：支持聯(lián)通、移動(dòng)、電信4G數據SIM卡

4）設備參數：

輸入電壓：7.4V

防護等級：IP65；防風(fēng)等級：十級

響應時(shí)間：4s；傳輸間隔：5min

5）內置系統：

更新方式：支持OTA（空中升級）

處理器：ARM

2.相對誤差：≤±15%

3.重復誤差：≤±15%

4.采樣時(shí)間：無(wú)限制

5.總功耗：約為2.4W

6.電源電壓：DC12V

7.供電方式：采用12V蓄電池（鋰電池）供電

8.供電時(shí)長(cháng)：1小時(shí)

9.數據：可采用本地存儲或上傳數據

10.尺寸：長(cháng)×寬×高（2600mm×110mm×90mm）

11.工作環(huán)境、濕度：-20-70℃；10～95%RH(非凝結）

2.氣體檢測模塊

●勻速抽取螺旋槳上方氣體進(jìn)行檢測

●內部有氣室設計、保障氣體全面接觸

●采用進(jìn)口高精度氣體傳感器

3.環(huán)保應用

六、無(wú)人機氣體監測荷載特點(diǎn)

無(wú)人機整體效果圖

●軟件可以支持多家無(wú)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(shí)更換，系統帶有自動(dòng)識別功能。
●外殼防水、防風(fēng)、防塵、防撞擊設計
●實(shí)時(shí)顯示監測數據，并生成對應的趨勢曲線(xiàn)。
●可查看歷史實(shí)時(shí)數據，并同時(shí)生成曲線(xiàn)分析圖，列表和圖表樣式顯示歷史數據，方便對比查看。
●同時(shí)顯示經(jīng)緯度、高度、飛機狀態(tài)、溫度、濕度、PM1、PM2.5、PM10、上千種氣體實(shí)時(shí)濃度值。
●檢測精度可達到ppb級。
●實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)傳輸數據到地面端，也可以通過(guò)GPRS實(shí)時(shí)傳輸到服務(wù)器。

無(wú)人機氣體監測荷載尺寸圖：