一、項目背景
隨著我國近幾(ji)年來大氣污(wu)染狀況越(yue)來越(yue)嚴重，特(te)別霧霾（顆粒物PM2.5、PM10等）在(zai)污(wu)染物中(zhong)所占(zhan)的(de)(de)比例越(yue)來越(yue)重，因此(ci)我國的(de)(de)大氣污(wu)染檢測(ce)(ce)與治理的(de)(de)任(ren)務也越(yue)來越(yue)重。國家對此(ci)也在(zai)大多數(shu)城市布設或者完善(shan)了顆粒物、氣體(ti)檢測(ce)(ce)設備，形成了國控點(dian)結合(he)省控點(dian)分布密集的(de)(de)地面(mian)污(wu)染源(yuan)檢測(ce)(ce)網。
然而(er)我(wo)們(men)也(ye)能清楚的(de)看到，依據國控點(dian)地面(mian)檢(jian)測(ce)數據所作出的(de)預(yu)測(ce)與實(shi)際環境污染狀況的(de)發展還是存在較(jiao)大差距，此外，依據地面(mian)監測(ce)數據所實(shi)施的(de)治理手(shou)段，如(ru)地面(mian)灑水、建筑工地遮蓋、交(jiao)通限(xian)行、工業限(xian)產、鍋爐改造、脫硫脫硝處(chu)理等方案，效果(guo)也(ye)不盡如(ru)人意(yi)。
作(zuo)為繼(ji)航(hang)空、航(hang)天遙(yao)感后的第3代遙(yao)感技(ji)術的無(wu)人機遙(yao)感技(ji)術，具有立(li)體(ti)監(jian)(jian)測(ce)、響應速度快、監(jian)(jian)測(ce)范圍(wei)廣、地(di)形干擾小等優點, 是今后進行大氣突發(fa)事件(jian)污染源識別和濃度監(jian)(jian)測(ce)的重要發(fa)展方(fang)向之一。
由于(yu)大(da)眾對環境(jing)保護認知度的(de)提升，我國在(zai)環保工作(zuo)上的(de)投入力度逐步增大(da)，作(zuo)為環境(jing)保護先頭兵的(de)環境(jing)監(jian)(jian)測領(ling)域(yu)也是一(yi)路高歌，突(tu)飛(fei)猛進。眾多的(de)技(ji)術與(yu)突(tu)破，使得我國的(de)環境(jing)監(jian)(jian)測愈驅成(cheng)(cheng)熟，其中最不可忽(hu)視的(de)新興技(ji)術就要數無人遙(yao)感技(ji)術了。近(jin)年來，無人監(jian)(jian)測設備的(de)運用已經(jing)成(cheng)(cheng)為主流趨(qu)勢之一(yi)，無人機(ji)遙(yao)感監(jian)(jian)測更是在(zai)環保監(jian)(jian)測領(ling)域(yu)掀起一(yi)股熱浪。
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
智易時代無(wu)人機環境監測(ce)(ce)系統(tong)主要包括無(wu)人飛行器、智易時代sensor氣(qi)體(ti)檢測(ce)(ce)、數傳/GPRS、地面站(zhan)/服務器、數據處(chu)理軟件等構成(cheng)。主要的作用于檢測(ce)(ce)大氣(qi)空氣(qi)質量(liang)AQI與應急(ji)檢測(ce)(ce)有毒(du)有害氣(qi)體(ti)，其精度可以達到1PPB。改變了傳統(tong)固定點的檢測(ce)(ce)使得(de)氣(qi)體(ti)檢測(ce)(ce)變得(de)靈活、快速、準確(que)、方便。
2 氣體(ti)濃度(du)數據采集的軟(ruan)件實現
氣(qi)(qi)體(ti)(ti)檢(jian)(jian)(jian)測這塊有(you)著(zhu)成(cheng)千上萬種氣(qi)(qi)體(ti)(ti)種類、量程、精度等。為(wei)了簡化(hua)用戶的(de)操(cao)作與成(cheng)本，我(wo)司特設計(ji)一(yi)套系列的(de)傳感(gan)器。有(you)著(zhu)一(yi)整套完整的(de)軟件信息系統，把所(suo)有(you)可以檢(jian)(jian)(jian)測到(dao)的(de)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)種類我(wo)們有(you)效的(de)劃分開實現(xian)全部智(zhi)能(neng)化(hua)的(de)識別(bie)系統。客戶可以根據不同的(de)檢(jian)(jian)(jian)測場景搭配不同的(de)傳感(gan)器；使得(de)無人機氣(qi)(qi)體(ti)(ti)檢(jian)(jian)(jian)測非(fei)常靈活不受荷(he)載的(de)影(ying)響。數據采集主要如下圖(tu)所(suo)示。
根據氣體傳感器的(de)(de)通(tong)訊方式(shi)(shi)可(ke)以(yi)采(cai)用模(mo)擬電(dian)壓、模(mo)擬電(dian)流、TTL、RS485，我司的(de)(de)采(cai)用的(de)(de)是RS485通(tong)訊方式(shi)(shi)。
串口波特率9600，校驗位無，8個數據位，1個停止位；數值為Hex
三、無人機環境監測軟件界面及數據分析
地(di)面接(jie)收(shou)系統的(de)軟(ruan)(ruan)件是我司(si)專門設(she)計的(de)可用于上述監測數據接(jie)收(shou)、解碼、顯示(shi)、處理、報告并向云(yun)端(duan)上傳(chuan)的(de)軟(ruan)(ruan)件，它與通(tong)用飛(fei)(fei)(fei)控(kong)軟(ruan)(ruan)件Mission Planner相結(jie)合，在(zai)獲取飛(fei)(fei)(fei)行(xing)(xing)(xing)路徑規劃及飛(fei)(fei)(fei)行(xing)(xing)(xing)器(qi)飛(fei)(fei)(fei)行(xing)(xing)(xing)姿態數據的(de)基礎上加我司(si)的(de)氣體檢(jian)測設(she)備的(de)實時濃度值進行(xing)(xing)(xing)數據分析(xi)融(rong)合，并支持多探測器(qi)同步數據回傳(chuan)和處理功能。
數據分析(xi)平臺(tai)，主要功能應包括實(shi)時(shi)數據展示、歷(li)史數據查(cha)詢、區(qu)域的GPS經(jing)緯度、時(shi)間(jian)等信息同步傳(chuan)回地面接收系統。
(1)實時數據展示
平臺可(ke)對各類(lei)監(jian)(jian)測數據進行實時(shi)展(zhan)示。將(jiang)空(kong)氣(qi)質量氣(qi)體傳感(gan)(gan)器數據、有毒(du)氣(qi)體應急監(jian)(jian)測數據匯入(ru)到(dao)統一平臺，統一管理，綜合(he)展(zhan)示。氣(qi)體傳感(gan)(gan)器數據以不同(tong)(tong)顏色代(dai)表不同(tong)(tong)污染級別。
以下為近1小時(shi)內的實時(shi)數據顯示：
(2)歷史數據查詢
將各(ge)點位的歷史監測數據進行簡單的統計分(fen)(fen)析，例(li)如(ru)日(ri)變化分(fen)(fen)析、時(shi)間(jian)序列分(fen)(fen)析等，幫助采購方(fang)節約手動分(fen)(fen)析時(shi)間(jian)成(cheng)本，同時(shi)還能夠幫助采購方(fang)了解基本污染狀況(kuang)。
(3)區域污染概率分析
通過計算一段(duan)時間(jian)內(nei)，各(ge)區域(yu)污(wu)染(ran)超(chao)標的累(lei)積概率，能夠得到經常發生污(wu)染(ran)的區域(yu)，即(ji)為超(chao)標重點區域(yu)，也可能為潛在(zai)污(wu)染(ran)源，管理者可根(gen)據分析(xi)結果對此類區域(yu)進行重點監管。
(4)污染排名統計
實時排(pai)名分(fen)(fen)析(xi)讓采購(gou)方掌握新的污染動(dong)態，歷史排(pai)名分(fen)(fen)析(xi)可以幫助采購(gou)方查找重點污染區域。
(5)移動GIS開發平(ping)臺
1.數據編輯：空間地物(wu)點(dian)選、框(kuang)選、任(ren)意(yi)多邊形的拾取；空間地物(wu)的增、刪(shan)、查、改功(gong)能(neng)；地物(wu)節點(dian)的增、刪(shan)、查、改及捕捉功(gong)能(neng)；回退(tui)與撤銷1.功(gong)能(neng)；快(kuai)速草圖(tu)編輯、繪(hui)制功(gong)能(neng)。
2.數(shu)據管理(li)：項目式數(shu)據采集管理(li)模式；方便的數(shu)據查詢和坐標數(shu)據現場自動更新功能；可定制文(wen)檔報(bao)表(biao)輸(shu)出，包括位置、屬性、照片及(ji)統計內(nei)容。
3.數(shu)據交(jiao)(jiao)互：平臺端(duan)+移(yi)動端(duan)可建(jian)立起基(ji)于(yu)通訊(xun)網絡模式的數(shu)據交(jiao)(jiao)換，可實(shi)現(xian)平臺端(duan)；查看移(yi)動端(duan)作業模式，軌跡上傳、下(xia)載、內部OA流通訊(xun)，任(ren)務工單；下(xia)達、上傳，遠程數(shu)據調(diao)取，并完成基(ji)于(yu)LBS的相關位置數(shu)據交(jiao)(jiao)互服務。
4.數據采集(ji)：GPS手動/自(zi)動/平(ping)滑、手繪、偏距等采集(ji)方式；公(gong)共點、公(gong)共邊、多線段及含面地(di)物的空間拓撲采集(ji)；由(you)點成(cheng)(cheng)線/面、由(you)線成(cheng)(cheng)點/面、由(you)面成(cheng)(cheng)點/線的多種幾何(he)轉換功能；現場照(zhao)片、聲音、視頻信息的采集(ji)并(bing)與坐標自(zi)動匹配；可通(tong)過藍牙(ya)無(wu)線協(xie)同測距儀(yi)、探測儀(yi)、專業數碼相機(ji)等外設進行作業。
5.地(di)圖(tu)應(ying)用：海量(liang)(liang)柵(zha)(zha)格與矢(shi)(shi)量(liang)(liang)數據的秒(miao)級瀏(liu)覽(lan)；*的行業數字地(di)圖(tu)及(ji)GU歌(ge)地(di)圖(tu)應(ying)用；豐富的柵(zha)(zha)格、矢(shi)(shi)量(liang)(liang)數據疊(die)(die)加(jia)渲染風(feng)格；快速的矢(shi)(shi)量(liang)(liang)圖(tu)元疊(die)(die)加(jia)分析功能、專題化分析結果展示。
6.基于(yu)ARC GIS類似軟件開(kai)發(fa)。
(6)無人機(ji)航(hang)線規劃(hua)平臺
1、智能(neng)手持(chi)終端中使用“全自(zi)動(dong)作業”APP可選定監測區(qu)域并智能(neng)規(gui)劃(hua)。規(gui)劃(hua)區(qu)塊后(hou)，只需填寫速度(du)及高度(du)要求，即可自(zi)動(dong)生成航線、劃(hua)分架次(ci)等功能(neng)，實(shi)現精(jing)準飛行(xing)。★
2、實現云端、本地雙重(zhong)備份。
3、搭載RTK模塊精確繪制(zhi)顆(ke)粒物(wu)實(shi)時(shi)云圖。
(8)數據庫服務器
CPU配置(zhi)：8核(he)并支持(chi)超高主頻實例；
內存(cun)配置：內存(cun)從32G到768G 自由擴展。為了能更好發揮計(ji)算性能，CPU和(he)內存(cun)的配比比例是(shi)1:4或者1:8；
存儲配置：支持(chi)(chi)從虛擬機鏡像(xiang)及(ji)云盤啟動，讓分鐘交付成為可能。支持(chi)(chi)掛載多(duo)塊云盤，讓存儲彈性盡(jin)情(qing)展(zhan)現；
網絡(luo)配置：支持虛擬專有云(yun)（VPC）網絡(luo)，保持和(he)普通ECS實例(li)以及(ji)其它云(yun)產品的(de)互(hu)聯互(hu)通。同時(shi)，也提供(gong)和(he)物理機網絡(luo)相(xiang)媲(pi)美的(de)性能和(he)穩定性。
(9)巡檢無人機(ji)系(xi)統(tong)
巡檢無人機參數：
1、載荷：不(bu)低于1500g★
2、機身材質：碳纖維+鋁合金(jin)
3、飛行速度(du)：≤15m/s
4、續航時間：標準(zhun)負載（攜(xie)帶顆粒物檢測(ce)模塊）不低于40min
5、飛行相對高(gao)度：≤400m
6、起降(jiang)方(fang)式：垂直起降(jiang)
7、抗風能力：≤6級(ji)
8、定位精度：垂直0.1m ，水平(ping)0.1m
9、工作溫度：-10°C至(zhi)40°C
10、搭載RTK高精度定位定向模塊(kuai)★
智能電池參數：
1、標稱電量：不低于16000mAh（360Wh）
2、循環次(ci)數：不低于300次(ci)
(10)移動采集(ji)終端
1.操作系統:Android 5.1以上(shang)★
2.處理器(qi):不低(di)于1.7GHz主頻,8核處理器(qi)
3.內(nei)存:不小于2GB RAM內(nei)存
4.閃(shan)存:不小于32GB大容量閃(shan)存
5.顯示:分辨率不小于(yu)1280×1080,5點(dian)觸(chu)控(kong)，支持(chi)電容手套操作
6.定位技(ji)術:GPS+北斗+GIONASS+SBAS+AGPS
7.shou次定(ding)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(mi)★
10.數據更新頻(pin)率不(bu)低于1HZ
11．通訊制式：4G全網通（移動，聯(lian)通，電信）★
12.WIFI：IEEE 802.11b/g/n,AP wapi
13.藍牙：BlueTooth 4.0，支(zhi)持(chi)BLE
14.擴展卡(ka)：T-Flash存儲卡(ka)；支(zhi)持不小于128GB Micro-SD擴展存儲
15.USB：TypeC，具(ju)有OTG功能
16.容(rong)量：鋰電(dian)池容(rong)量不低于(yu)5000mAh，支持在線充電(dian)★
17.工(gong)作(zuo)時間：單塊(kuai)電(dian)池可(ke)連續工(gong)作(zuo)不低(di)于10-12小時
18.攝(she)像(xiang)頭：不低(di)于(yu)1300萬像(xiang)素，自(zi)動對焦，高亮LED閃光燈
19.麥克(ke)風(feng)、揚(yang)聲器：支持
20.耳機：3.5mm音(yin)頻插孔，支持(chi)耳機通話，外置耳機可當FM天(tian)線
21.感(gan)應器(qi)類型：重力(li)傳感(gan)器(qi)、電子羅(luo)盤、氣壓計
22.RFID讀寫/NFC：支(zhi)持
23.重(zhong)量：不(bu)大(da)于350g★
24.工作溫度：不(bu)低(di)于-40℃～+85℃
25.存(cun)儲溫度：不低于-50℃～+85℃
26.防塵防水：不低于(yu)IP65
27.防震：全強固式設計，抗1.5米自由跌落
四、環境監測設備
我司專門針(zhen)對大(da)氣(qi)中(zhong)(zhong)氣(qi)體的(de)(de)(de)監(jian)測(ce)(ce)研發出一(yi)款智能型“四氣(qi)兩塵”傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)組件。該(gai)組件的(de)(de)(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)采(cai)用高靈(ling)敏(min)的(de)(de)(de)進(jin)口電化(hua)學(xue)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)，采(cai)取擴散式氣(qi)體檢(jian)測(ce)(ce)方法；該(gai)組件操(cao)作(zuo)方便(bian)、測(ce)(ce)量準確(que)、工作(zuo)可靠、體積(ji)輕小(xiao)；利用我們設計的(de)(de)(de)支架可以方便(bian)安裝至無(wu)人(ren)機(ji)上，利用無(wu)人(ren)機(ji)的(de)(de)(de)*優(you)勢(shi)可以實現空中(zhong)(zhong)軌跡的(de)(de)(de)氣(qi)體監(jian)測(ce)(ce)。同時利用我們的(de)(de)(de)軟件平臺，集成顯(xian)示經緯度、高度、飛機(ji)狀態、溫度、濕度、PM2.5、PM10、CO、O3、SO2、NO2、VOC等參數的(de)(de)(de)實時監(jian)測(ce)(ce)和(he)三維(wei)可視化(hua)展示。為(wei)三維(wei)立體空間的(de)(de)(de)空氣(qi)質量分析提供一(yi)個(ge)有效(xiao)的(de)(de)(de)監(jian)測(ce)(ce)手段。
五、無人機環境監測儀主要技術指標
●適用：多旋翼無人機、固定翼
1.揚(yang)塵在線監測(ce)設備技術指標(biao)
1）顆粒物傳感器：
技術(shu)原理：激光散(san)射式
測(ce)量(liang)精度：≧±20%
顆(ke)粒物讀數范圍：PM2.5、PM10（0-999ug/m3）
分辨率：1ug/m3
★NO2：測量范圍/分(fen)辨率：0-1/0.001ppm
★CO：測量范圍/分辨率(lv)：0-10/0.01ppm
★SO2：測(ce)量(liang)范圍/分(fen)辨率：0-1/0.001ppm
★O3：測(ce)量(liang)范圍(wei)/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
太陽能板功率：不(bu)低于6W*2
高密度鋰電池：不低于4000mAh/7.4V＊2
電(dian)源管理系統：自動(dong)讀取實時電(dian)壓，智能充(chong)放電(dian)。
供電時間：在(zai)陰雨天氣(qi)下(xia)，持續工作 7天
3）通訊系統：
數據傳(chuan)輸：3G/4G
支持運營商：支持聯通、移(yi)動、電信(xin)4G數據SIM卡
4）設備參數：
輸入電壓：7.4V
防護等級(ji)：IP65；防風(feng)等級(ji)：十級(ji)
響應時間：4s；傳輸(shu)間隔：5min
5）內置系統：
更新方式：支持OTA（空中升(sheng)級）
處理器：ARM
2.相(xiang)對誤(wu)差：≤±15%
3.重復誤差：≤±15%
4.采樣(yang)時間：無限制(zhi)
5.總(zong)功(gong)耗(hao)：約為2.4W
6.電(dian)源電(dian)壓：DC12V
7.供電方式：采(cai)用12V蓄電池(chi)（鋰(li)電池(chi)）供電
8.供電時(shi)(shi)長：1小時(shi)(shi)
9.數據：可采用本地(di)存儲或上(shang)傳數據
10.尺寸：長(chang)×寬×高（2600mm×110mm×90mm）
11.工作環(huan)境(jing)、濕度：-20-70℃；10～95%RH(非凝(ning)結）
2.氣體檢測模塊
●勻速(su)抽取螺旋槳上方氣體進行(xing)檢測
●內部(bu)有氣室設計(ji)、保障氣體全面接觸
●采(cai)用進口高(gao)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(shi)無線傳輸(shu)數據到地面端，也可以通過GPRS實時(shi)傳輸(shu)到服務器。
無(wu)人機(ji)氣(qi)體監(jian)測荷載尺寸圖：
