CN105548489A - 基于无人机的大气污染数据采集装置 - Google Patents

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王占永
路庆昌
王东生
柏丛
高雅
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
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Abstract

一种基于无人机的大气污染数据采集装置，包括：设置于检测舱内的VOCs自动采样罐、用于实时抽取舱外新鲜空气的进气装置和用于确保设备舱内外以及气流管道压力平衡的排气装置以及若干并联于进气装置和排气装置之间的主动式检测设备和被动式传感设备；本发明能够更加精确地采集大气污染物数据，为突发污染事件未知信息的预判提更准确的信息。

Description

基于无人机的大气污染数据采集装置
技术领域
本发明涉及的是一种大气环境科学领域的技术，具体是一种基于无人机的大气污染数据采集装置。
背景技术
大气污染观测通常采用近地面监测站进行定点观测，该方式能够反映特定空间位置的地面污染物浓度水平随时间变化的情况，但是由于站点稀疏有限，并不能反映大气污染物浓度的空间连续变化特征。另外，传统的地面监测站也无法获知污染物的垂直分布特征。据研究得知，大气边界层的生消和结构决定了大气污染的生成、输送、累积和扩散，进而影响近地面污染物浓度的分布与变化。因此，认识大气污染物在边界层内的垂直分布特征是研究大气污染形成的必要条件。然而，无人机(UnmannedAerialVehicle，UAV)具有视域广、灵活机动、飞行高度可控、定点与巡航相结合的时空观测连续等特点，其搭载便携式大气污染监测设备能迅速收集不同时间、不同地点、不同高度的大气污染物浓度的连续数据，为克服地面监测站所存在的不足问题提供了重要补充。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN104133042A，公开(公告)日2014.11.05，公开了一种基于无人机的空气质量监测装置及监测方法。该技术包括空中飞行模块和与空中飞行模块进行通信的地面控制模块，其特征是：所述的空中飞行模块上设置有空气检测传感器模块和GPS定位模块，所述的空气检测传感器模块和GPS定位模块通过模数转换模块连接数据存储装置。但该技术无法实现大气污染的立体检测。
发明内容
本发明针对现有大气污染立体观测数据严重缺失这一问题，尤其是针对复杂条件下的突发污染事件，提出一种基于无人机的大气污染数据采集装置，主要涉及污染监测设备的机舱布局以及污染物浓度检测或气体样本收集方法，该装置能够有效采集大气污染时空数据，为大气污染研究提供重要的数据支持。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：设置于检测舱内的VOCs(volatileorganiccompounds，挥发性有机物)自动采样罐、用于实时抽取舱外新鲜空气的进气装置和用于确保设备舱内外以及气流管道压力平衡的排气装置以及若干并联于进气装置和排气装置之间的主动式检测设备和被动式传感设备。
技术效果
与现有技术相比，本发明通过搭建无人机装载便携式污染物监测设备数据采集平台，可实现大气污染数据的精确采集。本发明利用抽气装置从无人机机舱外主动抽取新鲜气体，用排气装置确保气流管道压力平衡，为污染物检测器或采样罐提供稳定的气流，可避免外挂式传感器检测过程受气流冲击带来的不确性状况；本发明可自动控制的采样罐收集气体样本，用于污染物成分的离线分析；同时搭载气象传感器获取影响大气污染变化的气象参数。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例包括：设置于检测舱内的VOCs自动采样罐、用于实时抽取舱外新鲜空气的进气装置和用于确保设备舱内外以及气流管道压力平衡的排气装置以及若干并联于进气装置和排气装置之间的主动式检测设备和被动式传感设备；
所述的并联通过若干分流阀实现，该分流阀与每个所述的主动式检测设备和被动式传感设备之间设有节流阀。
所述的VOCs采样罐包括：自上至下依次设置的GPS接收器、进气口开关控制阀门、存储罐，其中：进气口开关控制阀门由GPS接收器控制，主要采用基于GPS数据(如高度参数)转化的无线信号用于控制阀门开启与关闭，基于采样罐内外气压差原理，空气以设定的流率自动流入采样罐，以实现VOCs自动采样。
所述的排气装置的入口端设有气流缓冲区。
所述的无人机内置传感器，实时采集GPS定位信息(包括：经纬度坐标)、飞行状态参数(包括：倾斜角、翻滚角、方向角、飞行高度)及搭载常规气象传感器获取气象参数(包括：风速、气压、温度、湿度、太阳辐射)。
所述的主动式检测设备内置自动抽气泵；所述的被动式传感器通过力、热、光、电、磁和声等物理效应或化学反应进行传感检测。
本实施例中，在远离发动机排气管及机体易产生涡流的部位(一般选取机头最前端或左右翼尖)，引入一条进气管，转接至机舱内部所安装的主动抽气装置，实时抽取舱外新鲜空气，然后经由分流阀引流至各污染物监测设备进气口，各进气口配置节流阀以满足进气流率要求(允许误差为±5％)；从各设备引出排气管汇流至气流缓冲区(此区与设备区隔离)，其内部安装主动排气装置，实时排气至舱外，以确保设备舱内外以及气流管道压力平衡。另外，采用基于GPS数据(如高度参数)转化的无线信号，传输至采样罐进气口开关控制阀，间接控制阀门开启与关闭，基于采样罐内外气压差原理，空气以设定的流率自动流入采样罐，以实现VOCs自动采样；VOCs采样罐自上至下依次由GPS接收器、进气口开关控制阀门、存储罐组成，部件之间通过计算机程序关联作用。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (7)

1.一种基于无人机的大气污染数据采集装置，其特征在于，包括：设置于检测舱内的VOCs自动采样罐、用于实时抽取舱外新鲜空气的进气装置和用于确保设备舱内外以及气流管道压力平衡的排气装置以及若干并联于进气装置和排气装置之间的主动式检测设备和被动式传感设备；
所述的并联通过若干分流阀实现，该分流阀与每个所述的主动式检测设备和被动式传感设备之间设有节流阀。
2.根据权利要求1所述的基于无人机的大气污染数据采集装置，其特征是，所述的VOCs采样罐包括：自上至下依次设置的GPS接收器、进气口开关控制阀门、存储罐，其中：进气口开关控制阀门由GPS接收器控制，主要采用基于GPS数据转化的无线信号用于控制阀门开启与关闭，基于采样罐内外气压差原理，空气以设定的流率自动流入采样罐，以实现VOCs自动采样。
3.根据权利要求1所述的基于无人机的大气污染数据采集装置，其特征是，所述的排气装置的入口端设有气流缓冲区。
4.根据权利要求1所述的基于无人机的大气污染数据采集装置，其特征是，所述的无人机内置传感器，实时采集GPS定位信息、飞行状态参数及搭载常规气象传感器获取气象参数。
5.根据权利要求4所述的基于无人机的大气污染数据采集装置，其特征是，所述的飞行状态参数包括：倾斜角、翻滚角、方向角、飞行高度；所述的气象参数包括：风速、气压、温度、湿度、太阳辐射。
6.根据权利要求1所述的基于无人机的大气污染数据采集装置，其特征是，所述的主动式检测设备内置自动抽气泵；所述的被动式传感器通过力、热、光、电、磁和声等物理效应或化学反应进行传感检测。
7.根据权利要求1所述的基于无人机的大气污染数据采集装置，其特征是，所述的进气装置的入口位于远离无人机的发动机排气管及机体易产生涡流的部位，具体为无人机的机头最前端或左右翼尖，通过引入一条进气管转接至舱内实现主动抽气。
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