CN106210662A - 一种基于无人机的大气污染监测系统及监测方法 - Google Patents

一种基于无人机的大气污染监测系统及监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于无人机的大气污染监测系统及监测方法,包括无人机本体和地面站;无人机本体上设有数据采集控制单元,数据采集控制单元的输入端分别与气体检测模块、GPS导航模块、温湿度传感器和机载电源相连,数据采集控制单元的输出端分别与机载图传电台、SD存储卡和数据导出接口相连,数据采集控制单元分别与CCD光学相机和机载数传电台双向传输数据。地面站设有工控机,工控机分别与数传电台、显示器和存储单元双向传输数据,工控机的输入端与图传电台相连,电源向工控机、图传电台和数传电台供电。本大气污染监测系统采用无人机进行现场监测,可使检测人员远离污染,提高监测效率,保证监测数据准确、快捷。

Description

一种基于无人机的大气污染监测系统及监测方法
技术领域
本发明属于大气污染监测领域,尤其是涉及一种基于无人机的大气污染监测系统及监测方法。
背景技术
传统的大气污染监测通常采用采集大气样品进行实验室分析,这样的监测方式无法快速、准确、全面地进行大气污染的监测,并且无法准确确定监测点的位置,在污染严重的监测区域更不适宜监测人员靠近。因此,寻求能够代替人进行现场监测的监测方式成为必然趋势。
无人机具有低成本、低损耗、可重复使用且风险小等诸多优势,采用无人机进行现场监测可使检测人员远离污染,提高监测效率。因此,研发一种基于无人机的大气污染监测系统及方法是个亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明旨在提出一种基于无人机的大气污染监测系统及监测方法,可使检测人员远离污染,提高监测效率。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种基于无人机的大气污染监测系统,包括无人机本体和地面站;
所述无人机本体上设有数据采集控制单元、CCD光学相机、气体检测模块、GPS导航模块、温湿度传感器、机载图传电台、机载数传电台、SD存储卡、数据导出接口和机载电源;所述数据采集控制单元的输入端分别与所述气体检测模块、GPS导航模块、温湿度传感器和机载电源相连,所述数据采集控制单元的输出端分别与所述机载图传电台、SD存储卡和数据导出接口相连,所述数据采集控制单元分别与所述CCD光学相机和机载数传电台双向传输数据;
所述地面站设有工控机、图传电台、数传电台、显示器、存储单元和电源;所述工控机分别与所述数传电台、显示器和存储单元双向传输数据,所述工控机的输入端与所述图传电台相连,所述电源向所述工控机、图传电台和数传电台供电。数传电台用于接收机载数传电台发送的数据,发送工控机发送的控制指令;图传电台用于接收机载图传电台下传的图像数据;显示器用于显示图传电台和数传电台接收的数据;存储单元用于存储图传电台和数传电台接收的数据。
进一步的,所述数据采集控制单元采用双芯片结构,包括主控制器和从控制器,所述主控制器采用STM32F407芯片,所述从控制器采用STM32F103芯片,所述主控制器与从控制器通过SPI总线连接。
进一步的,所述主控制器分别与所述CCD光学相机、气体检测模块、GPS导航模块和温湿度传感器相连,所述从控制器分别与所述机载图传电台、机载数传电台、SD存储卡和数据导出接口相连。主控制器接收和处理CCD光学相机采集的污染大气图像数据,并经SPI总线发送给从控制器,由从控制器将接收到的污染大气图像数据通过机载图传电台发送给地面站。同时,所述主控制器接收和处理气体检测模块、GPS导航模块和温湿度传感器的数据,并经SPI总线发送给从控制器,由从控制器将接收到的数据通过机载数传电台发送给地面站。GPS导航模块用于采集无人机本体的经纬度信息,机载数传电台用于传输气体检测模块、GPS导航模块、温湿度传感器采集的数据,接收地面站发送的控制指令。
进一步的,所述气体检测模块包括一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、二氧化氮传感器、硫化氢传感器、磷化氢传感器、氯化氢传感器、氨气传感器、二氧化硫传感器、氧气传感器、氯气传感器、氢气传感器中的一种或几种,用于采集大气参数。
根据上述基于无人机的大气污染监测系统的监测方法如下:
1)根据监测区域的地理信息对无人机进行航迹规划,包括:飞行高度、飞行距离、航速和航向。
2)检测机载通信设备与地面站之间的数据传输系统,一切正常后执行监测任务。
3)无人机飞行过程中,气体检测模块和温湿度传感器实时采集大气参数,CCD光学相机按照一定的时间间隔采集监测区域的高清图像,GPS导航模块实时采集无人机本体的经纬度信息。
4)地面操控人员实时观察机载图传电台下传的图像数据和机载数传电台传输的传感器数据,当操控人员发现大气污染严重时,向无人机发送控制指令,使无人机暂时处于悬停状态,操控人员控制CCD光学相机、气体检测模块、温湿度传感器对大气进行重点监测。CCD光学相机、气体检测模块、温湿度传感器采集的数据实时保存在SD存储卡中,CCD光学相机采集的图像上叠加当前的日期、时间、经度和纬度信息。
5)完成监测任务后,无人机返回地面,通过数据导出接口导出图像和传感器数据,工作人员根据采集的数据对污染大气进行进一步的确认。
相对于现有技术,本发明所述的基于无人机的大气污染监测系统及方法具有以下优势:采用无人机进行现场监测可使检测人员远离污染,提高监测效率,保证监测数据准确、快捷。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明实施例所述的原理框图;
图2为本发明实施例所述的监测方法流程图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种基于无人机的大气污染监测系统,包括无人机本体和地面站;
所述无人机本体上设有数据采集控制单元、CCD光学相机、气体检测模块、GPS导航模块、温湿度传感器、机载图传电台、机载数传电台、SD存储卡、数据导出接口和机载电源;所述数据采集控制单元的输入端分别与所述气体检测模块、GPS导航模块、温湿度传感器和机载电源相连,所述数据采集控制单元的输出端分别与所述机载图传电台、SD存储卡和数据导出接口相连,所述数据采集控制单元分别与所述CCD光学相机和机载数传电台双向传输数据。所述地面站设有工控机、图传电台、数传电台、显示器、存储单元和电源;所述工控机分别与所述数传电台、显示器和存储单元双向传输数据,所述工控机的输入端与所述图传电台相连,所述电源向所述工控机、图传电台和数传电台供电。所述气体检测模块包括一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、二氧化氮传感器、硫化氢传感器、磷化氢传感器、氯化氢传感器、氨气传感器、二氧化硫传感器、氧气传感器、氯气传感器、氢气传感器中的一种或几种,用于采集大气参数。
所述数据采集控制单元采用双芯片结构,包括主控制器和从控制器,所述主控制器采用STM32F407芯片,所述从控制器采用STM32F103芯片,所述主控制器与从控制器通过SPI总线连接。所述主控制器分别与所述CCD光学相机、气体检测模块、GPS导航模块和温湿度传感器相连,所述从控制器分别与所述机载图传电台、机载数传电台、SD存储卡和数据导出接口相连。主控制器接收和处理CCD光学相机采集的污染大气图像数据,并经SPI总线发送给从控制器,由从控制器将接收到的污染大气图像数据通过机载图传电台发送给地面站。同时,所述主控制器接收和处理气体检测模块、GPS导航模块和温湿度传感器的数据,并经SPI总线发送给从控制器,由从控制器将接收到的数据通过机载数传电台发送给地面站。GPS导航模块用于采集无人机本体的经纬度信息,机载数传电台用于传输气体检测模块、GPS导航模块、温湿度传感器采集的数据,接收地面站发送的控制指令。
根据上述基于无人机的大气污染监测系统的监测方法如下:
1)根据监测区域的地理信息对无人机进行航迹规划,包括:飞行高度、飞行距离、航速和航向。
2)检测机载通信设备与地面站之间的数据传输系统,一切正常后执行监测任务。
3)无人机飞行过程中,气体检测模块和温湿度传感器实时采集大气参数,CCD光学相机按照一定的时间间隔采集监测区域的高清图像,GPS导航模块实时采集无人机本体的经纬度信息。
4)地面操控人员实时观察机载图传电台下传的图像数据和机载数传电台传输的传感器数据,当操控人员发现大气污染严重时,向无人机发送控制指令,使无人机暂时处于悬停状态,操控人员控制CCD光学相机、气体检测模块、温湿度传感器对大气进行重点监测。CCD光学相机、气体检测模块、温湿度传感器采集的数据实时保存在SD存储卡中,CCD光学相机采集的图像上叠加当前的日期、时间、经度和纬度信息。
5)完成监测任务后,无人机返回地面,通过数据导出接口导出图像和传感器数据,工作人员根据采集的数据对污染大气进行进一步的确认。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于无人机的大气污染监测系统,其特征在于:包括无人机本体和地面站;
所述无人机本体上设有数据采集控制单元、CCD光学相机、气体检测模块、GPS导航模块、温湿度传感器、机载图传电台、机载数传电台、SD存储卡、数据导出接口和机载电源;所述数据采集控制单元的输入端分别与所述气体检测模块、GPS导航模块、温湿度传感器和机载电源相连,所述数据采集控制单元的输出端分别与所述机载图传电台、SD存储卡和数据导出接口相连,所述数据采集控制单元分别与所述CCD光学相机和机载数传电台双向传输数据;
所述地面站设有工控机、图传电台、数传电台、显示器、存储单元和电源;所述工控机分别与所述数传电台、显示器和存储单元双向传输数据,所述工控机的输入端与所述图传电台相连,所述电源向所述工控机、图传电台和数传电台供电。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的大气污染监测系统,其特征在于:所述数据采集控制单元采用双芯片结构,包括主控制器和从控制器,所述主控制器采用STM32F407芯片,所述从控制器采用STM32F103芯片,所述主控制器与从控制器通过SPI总线连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于无人机的大气污染监测系统,其特征在于:所述主控制器分别与所述CCD光学相机、气体检测模块、GPS导航模块和温湿度传感器相连,所述从控制器分别与所述机载图传电台、机载数传电台、SD存储卡和数据导出接口相连。
4.根据权利要求1所述的一种基于无人机的大气污染监测系统,其特征在于:所述气体检测模块包括一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、二氧化氮传感器、硫化氢传感器、磷化氢传感器、氯化氢传感器、氨气传感器、二氧化硫传感器、氧气传感器、氯气传感器、氢气传感器中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种基于无人机的大气污染监测系统的监测方法,其特征在于:
1)根据监测区域的地理信息对无人机进行航迹规划,包括:飞行高度、飞行距离、航速和航向;
2)检测机载通信设备与地面站之间的数据传输系统,一切正常后执行监测任务;
3)无人机飞行过程中,气体检测模块和温湿度传感器实时采集大气参数,CCD光学相机按照一定的时间间隔采集监测区域的高清图像,GPS导航模块实时采集无人机本体的经纬度信息;
4)地面操控人员实时观察机载图传电台下传的图像数据和机载数传电台传输的传感器数据,当操控人员发现大气污染严重时,向无人机发送控制指令,使无人机暂时处于悬停状态,操控人员控制CCD光学相机、气体检测模块、温湿度传感器对大气进行重点监测;CCD光学相机、气体检测模块、温湿度传感器采集的数据实时保存在SD存储卡中,CCD光学相机采集的图像上叠加当前的日期、时间、经度和纬度信息;
5)完成监测任务后,无人机返回地面,通过数据导出接口导出图像和传感器数据,工作人员根据采集的数据对污染大气进行进一步的确认。
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