一、項目背景
隨著我(wo)國(guo)近幾年來(lai)大氣污染(ran)狀況(kuang)越來(lai)越嚴重，特別霧霾（顆(ke)粒物PM2.5、PM10等(deng)）在(zai)(zai)污染(ran)物中所占的比例越來(lai)越重，因此我(wo)國(guo)的大氣污染(ran)檢測與治理(li)的任務也越來(lai)越重。國(guo)家對此也在(zai)(zai)大多數城市布(bu)設或(huo)者完善了(le)顆(ke)粒物、氣體(ti)檢測設備，形成了(le)國(guo)控(kong)點結合(he)省(sheng)控(kong)點分布(bu)密(mi)集的地面污染(ran)源檢測網(wang)。
然而我們也(ye)能清楚的看(kan)到，依據(ju)(ju)國控點地面檢測數(shu)據(ju)(ju)所作出的預測與實際環(huan)境污染狀況的發展還是(shi)存在較大(da)差(cha)距，此外，依據(ju)(ju)地面監測數(shu)據(ju)(ju)所實施(shi)的治理(li)手段，如地面灑水、建(jian)筑工地遮蓋、交通限(xian)(xian)行(xing)、工業限(xian)(xian)產、鍋(guo)爐改造、脫硫脫硝處理(li)等(deng)方案，效果也(ye)不(bu)盡如人意(yi)。
作為(wei)繼航空、航天遙(yao)(yao)感后的(de)第3代遙(yao)(yao)感技術(shu)的(de)無(wu)人機遙(yao)(yao)感技術(shu)，具有立體(ti)監(jian)測(ce)(ce)、響(xiang)應速度(du)快、監(jian)測(ce)(ce)范(fan)圍(wei)廣、地形干擾(rao)小等(deng)優點, 是今后進(jin)行大氣(qi)突發(fa)事件污染源(yuan)識別和濃度(du)監(jian)測(ce)(ce)的(de)重要發(fa)展方向之一。
由于(yu)大(da)眾對環境保護認知度的(de)提(ti)升，我國在(zai)環保工(gong)作上的(de)投入力度逐步增(zeng)大(da)，作為環境保護先頭兵的(de)環境監(jian)(jian)測領域也是一(yi)路(lu)高歌，突飛(fei)猛(meng)進(jin)。眾多的(de)技(ji)(ji)術(shu)(shu)與突破，使得(de)我國的(de)環境監(jian)(jian)測愈驅成熟(shu)，其(qi)中最不可忽視的(de)新興(xing)技(ji)(ji)術(shu)(shu)就要數(shu)無(wu)人(ren)遙感技(ji)(ji)術(shu)(shu)了。近年來，無(wu)人(ren)監(jian)(jian)測設備(bei)的(de)運用已經成為主流趨勢之一(yi)，無(wu)人(ren)機遙感監(jian)(jian)測更是在(zai)環保監(jian)(jian)測領域掀起一(yi)股熱浪(lang)。
二、無人機氣體監測系統
1 無人機環境監測儀系統結構及工作原理
智(zhi)易(yi)時代無(wu)(wu)人(ren)機環境(jing)監測(ce)(ce)(ce)系統(tong)主(zhu)要包括無(wu)(wu)人(ren)飛(fei)行器(qi)、智(zhi)易(yi)時代sensor氣體(ti)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)、數傳/GPRS、地面(mian)站/服務器(qi)、數據處理(li)軟件等構成。主(zhu)要的作(zuo)用于檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)大(da)氣空氣質(zhi)量AQI與(yu)應急(ji)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)有毒有害氣體(ti)，其精(jing)度可以(yi)達到1PPB。改變了傳統(tong)固定點的檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)使得(de)(de)氣體(ti)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)變得(de)(de)靈活、快速、準確、方便。
2 氣體濃度數據采集的(de)軟件(jian)實現
氣(qi)(qi)體(ti)檢(jian)測這塊有著(zhu)成千(qian)上萬種氣(qi)(qi)體(ti)種類(lei)、量(liang)程、精度等。為了(le)簡(jian)化用戶的(de)(de)操作與成本，我司特設(she)計一套系列的(de)(de)傳感(gan)器(qi)。有著(zhu)一整套完整的(de)(de)軟件信(xin)息系統，把所(suo)有可(ke)以檢(jian)測到的(de)(de)氣(qi)(qi)體(ti)種類(lei)我們有效的(de)(de)劃分開實現全部智能化的(de)(de)識(shi)別系統。客(ke)戶可(ke)以根據(ju)不同的(de)(de)檢(jian)測場景(jing)搭配不同的(de)(de)傳感(gan)器(qi)；使(shi)得無(wu)人機氣(qi)(qi)體(ti)檢(jian)測非常靈(ling)活不受荷載的(de)(de)影(ying)響。數據(ju)采集(ji)主要如下圖所(suo)示。
根據氣(qi)體傳感(gan)器的(de)通訊方(fang)式可以采用模擬(ni)電壓、模擬(ni)電流、TTL、RS485，我(wo)司的(de)采用的(de)是(shi)RS485通訊方(fang)式。
串(chuan)口波特率(lv)9600，校驗位無(wu)，8個(ge)數據位，1個(ge)停止(zhi)位；數值(zhi)為Hex
三、無人機環境監測軟件界面及數據分析
地(di)面接收系統的(de)(de)(de)軟(ruan)件是我司專門設計的(de)(de)(de)可用(yong)于上(shang)述監(jian)測數(shu)據(ju)接收、解(jie)碼、顯示、處理、報告并(bing)向云端上(shang)傳的(de)(de)(de)軟(ruan)件，它與通用(yong)飛控軟(ruan)件Mission Planner相結合，在獲(huo)取飛行(xing)(xing)(xing)路徑規劃及(ji)飛行(xing)(xing)(xing)器飛行(xing)(xing)(xing)姿態數(shu)據(ju)的(de)(de)(de)基礎上(shang)加我司的(de)(de)(de)氣體檢測設備(bei)的(de)(de)(de)實(shi)時濃度值進行(xing)(xing)(xing)數(shu)據(ju)分析融(rong)合，并(bing)支持多探測器同步數(shu)據(ju)回(hui)傳和處理功能。
數(shu)(shu)(shu)據(ju)分析(xi)平臺，主要功能應包括實時數(shu)(shu)(shu)據(ju)展(zhan)示、歷史數(shu)(shu)(shu)據(ju)查詢、區域的GPS經(jing)緯度、時間(jian)等信(xin)息同步傳回地面接收(shou)系統。
(1)實時數據展示
平(ping)臺可對各類監(jian)測數(shu)據進(jin)行實(shi)時展(zhan)示。將(jiang)空(kong)氣(qi)質(zhi)量氣(qi)體傳(chuan)(chuan)感器(qi)數(shu)據、有毒氣(qi)體應急監(jian)測數(shu)據匯入到統一(yi)平(ping)臺，統一(yi)管(guan)理(li)，綜合展(zhan)示。氣(qi)體傳(chuan)(chuan)感器(qi)數(shu)據以不同顏色代表不同污染級別。
以下為近1小時內的實時數據顯示：
(2)歷史數據查詢
將各點位的(de)歷(li)史監測數據進行簡單的(de)統計分(fen)析(xi)(xi)(xi)，例(li)如(ru)日(ri)變化分(fen)析(xi)(xi)(xi)、時間序列(lie)分(fen)析(xi)(xi)(xi)等(deng)，幫(bang)助采(cai)購(gou)方節約(yue)手動分(fen)析(xi)(xi)(xi)時間成(cheng)本，同(tong)時還能(neng)夠幫(bang)助采(cai)購(gou)方了(le)解基本污染狀況。
(3)區(qu)域污(wu)染概率分(fen)析
通過計(ji)算(suan)一段時間內，各區域污染(ran)超(chao)標的累積概(gai)率，能(neng)夠得(de)到經常發(fa)生(sheng)污染(ran)的區域，即為超(chao)標重點區域，也可能(neng)為潛(qian)在污染(ran)源，管理(li)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(shi)排(pai)名(ming)分析讓采(cai)購(gou)方掌握新(xin)的(de)污染(ran)動態，歷史排(pai)名(ming)分析可以幫助采(cai)購(gou)方查找重點污染(ran)區(qu)域。
(5)移動GIS開發平臺
1.數據(ju)編輯：空間地物點選、框(kuang)選、任意多邊形(xing)的(de)拾取；空間地物的(de)增(zeng)、刪、查、改(gai)功能；地物節點的(de)增(zeng)、刪、查、改(gai)及(ji)捕捉功能；回(hui)退與撤銷(xiao)1.功能；快速草圖編輯、繪制功能。
2.數(shu)據(ju)(ju)管理(li)：項(xiang)目式(shi)數(shu)據(ju)(ju)采集管理(li)模式(shi)；方便的(de)數(shu)據(ju)(ju)查詢和坐(zuo)標數(shu)據(ju)(ju)現場自動(dong)更新功能；可定制(zhi)文檔報表輸出，包括位置、屬性、照片(pian)及統(tong)計(ji)內(nei)容。
3.數(shu)據交互：平臺(tai)端(duan)+移動端(duan)可建立起基于(yu)通訊網(wang)絡模式的數(shu)據交換，可實現(xian)平臺(tai)端(duan)；查看移動端(duan)作業模式，軌跡(ji)上(shang)傳、下載、內部OA流通訊，任務(wu)工單；下達(da)、上(shang)傳，遠程(cheng)數(shu)據調(diao)取，并(bing)完成基于(yu)LBS的相關位置數(shu)據交互服務(wu)。
4.數據采集：GPS手(shou)動/自動/平滑、手(shou)繪、偏距(ju)等采集方式；公共(gong)點(dian)、公共(gong)邊、多線段及(ji)含(han)面地(di)物的(de)空間拓撲采集；由(you)點(dian)成線/面、由(you)線成點(dian)/面、由(you)面成點(dian)/線的(de)多種幾(ji)何轉換功(gong)能；現場照(zhao)片、聲音(yin)、視(shi)頻信息(xi)的(de)采集并(bing)與坐標自動匹(pi)配；可(ke)通過(guo)藍牙無(wu)線協同測(ce)距(ju)儀(yi)、探測(ce)儀(yi)、專業(ye)數碼相機等外設進行作業(ye)。
5.地(di)圖應(ying)(ying)用(yong)：海量(liang)柵(zha)格與矢(shi)量(liang)數(shu)(shu)據的(de)(de)(de)秒(miao)級(ji)瀏覽；*的(de)(de)(de)行業數(shu)(shu)字地(di)圖及GU歌地(di)圖應(ying)(ying)用(yong)；豐富(fu)的(de)(de)(de)柵(zha)格、矢(shi)量(liang)數(shu)(shu)據疊(die)加(jia)(jia)渲染風格；快速(su)的(de)(de)(de)矢(shi)量(liang)圖元疊(die)加(jia)(jia)分析(xi)功能、專題化分析(xi)結(jie)果展示。
6.基于ARC GIS類似軟件(jian)開發。
(6)無人機(ji)航線規劃平臺(tai)
1、智(zhi)能手持終端中(zhong)使用(yong)“全自(zi)動作業”APP可選定監測區域(yu)并(bing)智(zhi)能規劃。規劃區塊后，只需(xu)填寫(xie)速(su)度(du)及高度(du)要(yao)求，即可自(zi)動生(sheng)成航線、劃分架次等(deng)功(gong)能，實現精準飛(fei)行。★
2、實現(xian)云端、本地(di)雙重(zhong)備份(fen)。
3、搭(da)載RTK模塊精確繪(hui)制顆粒(li)物(wu)實時云圖(tu)。
(8)數據庫服務器
CPU配置：8核并(bing)支持(chi)超高主頻實例；
內存配置：內存從32G到(dao)768G 自由擴(kuo)展(zhan)。為了能更好(hao)發揮(hui)計算性能，CPU和內存的配比比例是1:4或(huo)者(zhe)1:8；
存(cun)儲配置：支持從虛擬機鏡像及云盤啟動，讓分鐘交付成為(wei)可能。支持掛(gua)載(zai)多塊云盤，讓存(cun)儲彈性盡(jin)情展現；
網絡配置(zhi)：支(zhi)持(chi)虛擬專有云（VPC）網絡，保(bao)持(chi)和普通(tong)ECS實例(li)以及其它云產品的(de)互(hu)聯互(hu)通(tong)。同時，也提供和物理機網絡相媲美的(de)性能和穩定性。
(9)巡檢無(wu)人機系統
巡檢無人機參數：
1、載荷(he)：不低于(yu)1500g★
2、機(ji)身材(cai)質：碳纖維(wei)+鋁合金(jin)
3、飛行速度：≤15m/s
4、續航時間：標準(zhun)負載（攜帶顆(ke)粒物(wu)檢測模(mo)塊）不低于40min
5、飛行(xing)相(xiang)對高(gao)度：≤400m
6、起(qi)降方式：垂直起(qi)降
7、抗風能力：≤6級
8、定位精度：垂直0.1m ，水平(ping)0.1m
9、工作溫(wen)度：-10°C至40°C
10、搭載RTK高精度定位(wei)定向模塊(kuai)★
智能電池參數：
1、標稱電量：不(bu)低于16000mAh（360Wh）
2、循環次數：不低于300次
(10)移動采集終端
1.操作系統:Android 5.1以上★
2.處(chu)理器:不低于(yu)1.7GHz主(zhu)頻,8核處(chu)理器
3.內存:不小于(yu)2GB RAM內存
4.閃存:不小于32GB大容(rong)量閃存
5.顯(xian)示:分(fen)辨率不(bu)小于1280×1080,5點觸(chu)控，支持電(dian)容手(shou)套(tao)操作
6.定(ding)位技術(shu):GPS+北斗+GIONASS+SBAS+AGPS
7.shou次定位時間：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(di)于1HZ
11．通(tong)(tong)訊制(zhi)式：4G全網通(tong)(tong)（移動，聯通(tong)(tong)，電信）★
12.WIFI：IEEE 802.11b/g/n,AP wapi
13.藍牙：BlueTooth 4.0，支持BLE
14.擴(kuo)展卡：T-Flash存儲卡；支(zhi)持(chi)不小于128GB Micro-SD擴(kuo)展存儲
15.USB：TypeC，具有OTG功能(neng)
16.容量：鋰電池容量不低(di)于5000mAh，支持(chi)在線充電★
17.工作(zuo)時間：單(dan)塊電池可連(lian)續工作(zuo)不(bu)低(di)于10-12小時
18.攝(she)像(xiang)頭：不(bu)低于1300萬像(xiang)素，自動對(dui)焦，高亮LED閃光燈
19.麥克風(feng)、揚聲器：支持
20.耳(er)機：3.5mm音(yin)頻插孔，支(zhi)持耳(er)機通話，外置(zhi)耳(er)機可當FM天線(xian)
21.感應(ying)器類型(xing)：重力傳(chuan)感器、電子(zi)羅盤、氣(qi)壓(ya)計
22.RFID讀寫/NFC：支持
23.重量：不大于350g★
24.工作溫度(du)：不低于(yu)-40℃～+85℃
25.存儲(chu)溫度：不低于-50℃～+85℃
26.防塵防水：不低于(yu)IP65
27.防震：全強(qiang)固(gu)式設計(ji)，抗(kang)1.5米自由跌(die)落
四、環境監測設備
我司專門針對大(da)氣(qi)(qi)中(zhong)氣(qi)(qi)體的(de)監測(ce)研發出一款(kuan)智(zhi)能型“四氣(qi)(qi)兩塵”傳感器(qi)組(zu)件。該(gai)組(zu)件的(de)傳感器(qi)采用高(gao)靈敏(min)的(de)進口電化學傳感器(qi)，采取擴散式氣(qi)(qi)體檢(jian)測(ce)方(fang)法；該(gai)組(zu)件操作(zuo)方(fang)便(bian)、測(ce)量(liang)(liang)準確(que)、工作(zuo)可(ke)靠、體積(ji)輕小(xiao)；利用我們設計(ji)的(de)支架可(ke)以方(fang)便(bian)安裝(zhuang)至無人(ren)機(ji)上，利用無人(ren)機(ji)的(de)*優(you)勢可(ke)以實現空(kong)中(zhong)軌(gui)跡的(de)氣(qi)(qi)體監測(ce)。同(tong)時利用我們的(de)軟件平臺，集成(cheng)顯示經緯度、高(gao)度、飛機(ji)狀態、溫度、濕度、PM2.5、PM10、CO、O3、SO2、NO2、VOC等參數(shu)的(de)實時監測(ce)和三維可(ke)視化展示。為(wei)三維立體空(kong)間的(de)空(kong)氣(qi)(qi)質量(liang)(liang)分析(xi)提供一個有效的(de)監測(ce)手段。
五、無人機環境監測儀主要技術指標
●適用：多旋翼(yi)無人機、固定翼(yi)
1.揚塵在線監(jian)測設備技(ji)術指標
1）顆粒物傳感器：
技(ji)術原理：激光散射式
測量精(jing)度(du)：≧±20%
顆(ke)粒物讀(du)數范圍(wei)：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(ce)量范(fan)圍/分(fen)辨率：0-10/0.01ppm
★SO2：測(ce)量范圍/分辨率(lv)：0-1/0.001ppm
★O3：測量范圍/分辨(bian)率：0-1/0.001ppm
★PM2.5、PM10：檢測范(fan)圍：0～1000ug/m3；分(fen)辨率：0.1ug/m3；
2）電源系統
太陽能板功(gong)率：不低于(yu)6W*2
高密度鋰電池：不低于(yu)4000mAh/7.4V＊2
電(dian)源(yuan)管理系統：自動(dong)讀(du)取實時電(dian)壓，智(zhi)能充(chong)放(fang)電(dian)。
供電時間(jian)：在(zai)陰雨天(tian)氣(qi)下，持(chi)續工作 7天(tian)
3）通訊系統：
數據傳輸：3G/4G
支(zhi)(zhi)持(chi)運營商：支(zhi)(zhi)持(chi)聯通、移動、電(dian)信4G數據SIM卡
4）設備參數：
輸入電壓：7.4V
防(fang)護等(deng)級：IP65；防(fang)風(feng)等(deng)級：十級
響應(ying)時間：4s；傳(chuan)輸間隔：5min
5）內置系統：
更(geng)新方式：支持OTA（空中(zhong)升(sheng)級）
處理器：ARM
2.相對誤差：≤±15%
3.重復誤(wu)差：≤±15%
4.采樣時間：無(wu)限制
5.總功耗(hao)：約為2.4W
6.電源(yuan)電壓：DC12V
7.供(gong)電(dian)(dian)方式：采(cai)用12V蓄電(dian)(dian)池（鋰電(dian)(dian)池）供(gong)電(dian)(dian)
8.供電(dian)時長(chang)：1小(xiao)時
9.數(shu)據：可(ke)采用(yong)本地存(cun)儲或上傳數(shu)據
10.尺寸(cun)：長×寬×高(gao)（2600mm×110mm×90mm）
11.工(gong)作環境(jing)、濕(shi)度：-20-70℃；10～95%RH(非凝(ning)結）
2.氣體檢測模塊
●勻(yun)速(su)抽取螺旋槳(jiang)上方氣體進行檢(jian)測
●內部有氣室設計、保(bao)障氣體全面接觸
●采用進口高精度(du)氣體傳感(gan)器
3.環保應用
六、無人機氣體監測荷載特點
無人機整體效果圖
●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(xian)傳輸數(shu)據到地(di)面端，也可(ke)以通(tong)過GPRS實時傳輸到服務器。
無(wu)人機(ji)氣體監測(ce)荷載尺寸(cun)圖：
