CN109668853A - 一种大气污染物监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大气污染物监测系统，包括无人机和移动监测平台；无人机包括飞行控制装置、红外线光源和光源控制装置；移动监测平台包括红外接收装置、光路传输装置和检测装置；光源控制装置用于将红外线光源的照射方向控制为垂直向下；红外接收装置设于移动监测平台的上端且竖直向上设置；飞行控制装置用于在移动监测平台行进过程中，根据飞行指令控制无人机的位置处于移动监测平台上方的预设位置；检测装置用于通过光路传输装置获取红外线光并对红外线光进行光谱分析。本发明通过设有与移动监测平台适配的红外线光源，可以在夜间等自然光照条件不好的场景下，也可以进行正常的污染物的监测。

Description

一种大气污染物监测系统

技术领域

本发明涉及环保监控领域，特别是涉及一种大气污染物监测系统。

背景技术

大气污染物监测是指通过测定大气中污染物的种类及其浓度，并分析其时空分布和变化规律，通过掌握大气中污染物的分布与扩散规律，以达到监视大气污染源的排放和控制情况的目的。

挥发性有机化合物（Volatile organic compounds，VOCs）废气是空气污染的主要来源之一，不仅是一次污染源，而且还能够造成光化学烟雾等二次污染。

常用的对于VOCs进行检测的方式包括傅里叶红外多组分气体分析技术，其工作原理为：通过对大气成分的红外辐射特征吸收光谱测量与分析，实现对多组分气体的定性和定量的在线自动监测。

现有技术中，CN206002143U公开了一种环境流动检测与应用平台，包括设有指挥平台的移动母车、多个设有检测平台的检测子车，以及，与每个检测子车对应的无人机。在该专利文件中，通过检测子车和移动母车配合，再辅以无人机中遥感设备的航拍，来完成对检测对象的近场区域进行巡回式的监控，从而提高所采集的VOCs数据的准确性。

发明人经过研究发现，现有技术中的大气污染物监测系统至少存在以下缺陷：

设有红外线采集装置和检测装置的移动监测平台对于工作环境的要求较高，只能在白天光照条件良好的天气状态下，才能获得较好的工作效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提高大气污染物监测系统的适用场景。

本发明提供了一种大气污染物监测系统，包括无人机和移动监测平台；

所述无人机包括飞行控制装置、红外线光源和光源控制装置；所述移动监测平台包括红外接收装置、光路传输装置和检测装置；

所述光源控制装置用于将所述红外线光源的照射方向控制为垂直向下；

所述红外接收装置设于所述移动监测平台的上端，且竖直向上设置；

所述飞行控制装置用于在所述移动监测平台行进过程中，根据飞行指令控制所述无人机的位置处于所述移动监测平台上方的预设位置；

所述检测装置用于通过所述光路传输装置获取红外线光并对所述红外线光进行光谱分析。

优选的，在本发明中，所述移动监测平台还包括图像采集装置、图像分析装置和指令生成装置；

所述图像采集装置用于实时获取所述红外线光源的图像；

所述图像分析装置用于分析所述图像的位置与预设的标准位置的差值；

所述指令生成装置用于根据所述差值生成所述飞行指令。

优选的，在本发明中，所述无人机还包括图像采集装置、图像分析装置和指令生成装置；

所述图像采集装置用于实时获取所述移动监测平台的图像；

所述图像分析装置用于分析所述图像的位置与预设的标准位置的差值；

所述指令生成装置用于根据所述差值生成所述飞行指令。

优选的，在本发明中，在所述移动监测平台的预设位置设有发光的标识点；所述图像分析装置包括特征分析模块；

所述特征分析模块用于识别所述图像中的所述标识点，并根据所述标识点的位置分析所述图像的位置与预设的标准位置的差值。

优选的，在本发明中，所述标识点包括有多个；

多个所述标识点间的连线为预设图形。

优选的，在本发明中，所述预设图形包括等腰三角形。

优选的，在本发明中，在所述移动监测平台的预设位置设有反光的标识图案；所述图像分析装置包括特征分析模块；

所述特征分析模块用于识别所述图像中的所述标识图案，并根据所述标志图案的位置和方向分析所述图像的位置与预设的标准位置的差值。

优选的，在本发明中，所述无人机和所述移动监测平台均设有GPS模块；所述无人机和/或所述移动监测平台设有指令生成装置；

所述指令生成装置用于根据所述无人机和所述移动监测平台获取的位置数据差值，生成所述飞行指令。

优选的，在本发明中，所述飞行指令还包括：

用于控制所述无人机飞行高度的控制指令。

优选的，在本发明中，所述无人机还包括陀螺仪；所述光源控制装置包括角度调整模块；

所述角度调整模块用于根据所述陀螺仪的采集数据，生成用于调整所述红外线光源的照射方向控制指令。

本发明中，将红外线光源设于无人机上，然后通过将飞行于移动监测平台上方的无人机的飞行轨迹设置为与移动监测平台同步的方式，使垂直向下设置的红外线光源可以与移动监测平台红外接收装置适配；由于通过本发明采用了红外线光源和红外线接收装置，无需依赖自然光线即可实现对于大气污染物的红外光谱的采集和分析，所以本发明中的大气污染物监测系统，可以适用于夜间的环境来进行正常的大气污染物数据的监控和统计。

由于通过本发明，可以有效的对监测区域进行全天的大气污染物数据的采集和分析，所以可以能够获得监测区域更加精确的排放数据；由此，也就对于核算排放总量和排放浓度的精确性，以及，对于针对性的设计应对减排方案和治理措施，能够提供更加可靠的数据依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请中所述大气污染物监测系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了提高大气污染物监测系统的适用场景，如图1所示，本发明实施例提供了一种大气污染物监测系统，包括无人机01和移动监测平台02；

无人机01包括飞行控制装置（图中未示出）红外线光源11和光源控制装置（图中未示出）；移动监测平台02包括红外接收装置21、光路传输装置22和检测装置23；

光源控制装置用于将红外线光源11的照射方向控制为垂直向下；红外接收装置21设于移动监测平台02的上端，且竖直向上设置； 飞行控制装置用于在移动监测平台02行进过程中，根据飞行指令控制无人机01的位置处于移动监测平台02上方的预设位置；检测装置23用于通过光路传输装置22获取红外线光并对红外线光进行光谱分析。

本发明实施例中，将红外线光源11设置在了无人机中，这样，就可以根据实际的需要来调整红外线光源11的高度，在实际应用中，无人机的飞行高度一般都需要高于监测区域的重点废气排放设备（如烟囱），这样，红外线光源11就能够穿过空气中的污染物，再被红外接收装置21所接收；这样就避免了由于采样的位置过低，无法获取有效样本导致的数据不准确的问题，即，通过飞行指令，可以调整无人机的飞行高度，可以达到准确测定污染物的目的。

本发明实施例中的红外线光源11的照射方向和红外接收装置21适配设置，具体来说，红外线光源11是竖直向下的，而红外线接收装置21是竖直向上的，这样，只要无人机01处于移动监测平台02的正上方，红外线接收装置21就可以接收到红外线光源11的红外线光的照射。

本发明实施例中的移动监测平台02具体的设置形式可以是一辆电动车，电动车装载有红外接收装置21、光路传输装置和分析装置；随着电动车按照行进路线行驶的同时，无人机01通过其飞行控制装置实现对于移动监测平台02的实时跟随，并将无人机01控制为处于移动监测平台02上方的预设位置，来使红外线光源11的红外线光的照射方向一直保持照向红外线接收装置21。

在红外线接收装置21获得了光谱分析的采样后，接下来，分析装置可以通过光路传输装置获取这些红外线光，并对红外线光进行光谱分析，进而可以对监测区域进行在线监测和数据统计。

优选的，在本发明实施例中，还可以设有陀螺仪，来测定无人机与水平面的倾斜角；此时，光源控制装置所包括的角度调整模块可以根据陀螺仪的采集数据，来生成用于调整红外线光源的照射方向控制指令；具体来说，为了保持无人机在倾斜的时候，红外线光源也能保持其照射方向竖直向下，需要根据无人机当前的倾斜角度来对红外线光源11与无人机的相对角度，光源控制装置可以根据控制指令进行相应的调整，以保持红外线光源照射方向竖直向下；本发明实施例中的角度调整模块可以是包括有预设算法的软件指令集，来实时的根据无人机当前的倾斜角度计算出红外线光源11的调整方式，并生成相应的控制指令。

通过设有角度调整模块，可以使无人机会受到风吹等影响造成机身倾斜的情况下，也能将红外线光线照射到红外线接收装置21中，进而提高了大气污染物监测系统整体上的抗干扰性。

在本发明的另一实施例中，还可以通过利用图像识别技术，来使无人机与移动监测平台这两者的对应位置更加的精确，从而获得更佳的监测采样，具体来说：

移动监测平台还包括图像采集装置、图像分析装置和指令生成装置；图像采集装置用于实时获取红外线光源的图像；图像分析装置用于分析图像的位置与预设的标准位置的差值；指令生成装置用于根据所述差值生成飞行指令。

在移动监测平台的固定位置，可以设有摄像机或是可以连续拍摄的照相机等图像采集装置，首先获取当红外线光源与红外接收装置的对应位置最佳的时候，红外线光源在图像采集装置的图像中的位置，然后将该位置作为标准位置；在实际应用中，还可以根据无人机的高度不同，获取红外线光源在不同高度的标准位置。

在预设了标准位置后，就可以在大气污染物监测系统进行巡回式的大气污染监测的过程中，实时的获取无人机的图片，通过将当前红外线光源在图像采集装置的图像中的位置与标准位置进行对比，可以获取当前红外线光源的偏移量，进而根据生成相应的修正量来生成调整无人机位置的飞行指令。这样，就可以实现随时的检测无人机与移动监测平台的相对位置是否需要调整，并生成相应的飞行指令，来调整所述无人机的当前位置，以使红外线光源与红外接收装置可以在同时位移的过程中也能实时的适配。

在本发明的另一实施例中，还可以以另一种方式来利用图像识别技术，来使无人机与移动监测平台这两者的对应位置更加的精确，从而获得更佳的监测采样，具体来说：

无人机还包括图像采集装置、图像分析装置和指令生成装置；在移动监测平台的预设位置设有发光的标识点；图像分析装置包括特征分析模块；特征分析模块用于识别图像中的所识点，并根据标识点的位置分析图像的位置与预设的标准位置的差值。

本发明实施例中，无人机与移动监测平台的相对位置的参照物设置于移动监测平台上；具体来说，在移动监测平台的预设位置设有发光的标识点（标识点可以是一个或者多个）后，无人机通过其图像采集装置所获得的图像中，会可以方便的识别该标识点；本发明实施例可以首先获取当红外线光源与红外接收装置的对应位置最佳的时候，标识点在图像采集装置的图像中的位置，然后将该位置作为标准位置；在实际应用中，还可以根据无人机的高度不同获得的图像中标识点的位置，来分别作为无人机不同高度位置时的标准位置。

在预设了标准位置后，就可以在大气污染物监测系统进行巡回式的大气污染监测的过程中，无人机实时的获取包括有标识点的图像，通过将当前标识点在图像采集装置的图像中的位置与标准位置进行对比，可以获取当前标识点的偏移量，进而根据生成相应的修正量来生成调整无人机位置的飞行指令。这样，就可以实现随时的检测无人机与移动监测平台的相对位置是否需要调整，并生成相应的飞行指令，来调整所述无人机的当前位置，以使红外线光源与红外接收装置可以在同时位移的过程中也能实时的适配。

在本发明实施例中，当标识点包括有多个时，还可以多个标识点间的距离和方向来对无人机进行当前高度和飞行方向的修正；具体的，举例来说，可以以三个标识点间的连线组成的等腰三角形为预设图形；当红外线光源与红外接收装置的对应位置最佳的时候，获取预设图形在图像采集装置的图像中的位置，然后将该位置作为标准位置；接着，根据无人机的高度不同获得的图像中预设图形（等腰三角形）的预设边长的距离，来获取该预设边长与无人机飞行高度的对应关系。此外，还可以将处于标准位置的预设图形的方向作为标准方向。

在实际应用中，无人机实时的获取包括有预设图形的图像，一方面，通过将当前预设图形在图像采集装置的图像中的位置与标准位置进行对比，可以获取当前预设图形的偏移量，进而根据生成相应的修正量来生成调整无人机位置的飞行指令。

另一方面，还可以通过测定预设图形中预设边长的值后，可以根据预设边长与无人机飞行高度的对应关系，来推算出无人机的当前的飞行高度，这样也就可以实时的将无人机的控制在预设的高度，从而可以更好的保证检测过程中采样的有效性。

另一方面，根据设定标准位置时预设图形各个标识点的位置关系，可以确定预设图形的方向，从而也就确定了移动监测平台的参考方向；这样，在无人机跟随移动监测平台的过程中，就可以根据无人机实时所获取的预设图形，与标准位置中的预设图形进行方向对比，来确定无人机与移动监测平台的方向偏差值，从而可以实时的调整无人机的飞行方向，进而也就可以提高无人机与移动监测平台的同步效果。

进一步的还可以将预设图形设定为正方形，这样，在无人机跟随移动监测平台的过程中，就可以根据无人机实时所获取的预设图形的四个边长的形变程度来确定无人机的当前姿态，从而可以实时的进行调整，以保持无人机的水平状态；具体来说，当图像采集装置不是垂直于地面的时候，那么它所拍摄的图像中，四边形的四个边长就发生形变，包括：图像中的四个边长不再相等，四个内角也不在是90度。因此，根据预设的图像采集装置的倾斜方式与四边形的形变的对应关系，可以实时的获知当前无人机是否处于水平状态，并能生成相应的调整所用的控制指令。

在本发明的另一实施例中，还可以再以另一种方式来利用图像识别技术，来提高无人机与移动监测平台这两者的对应位置的精确性，从而获得更佳的监测采样，具体来说：

在移动监测平台的预设位置设有反光的标识图案；图像分析装置包括特征分析模块；特征分析模块用于识别图像中的标识图案，并根据所志图案的位置和方向分析图像的位置与预设的标准位置的差值。

本发明实施例中，不再设置标识点，而是利用了反光材料的特性，在移动监测平台的预设位置设有能够反光的标识图案，这样，就可以使无人机上的图像采集装置来获取该标识图案，该标识图案所起到的作用与上述中预设图案的作用类似，起到的有益效果也相同，在此就不再赘述。

关于实现无人机对于移动监测平台的移动跟随，本发明实施例还可以提供另一种实现方式；具体来说，无人机和移动监测平台均设有GPS模块；无人机和/或移动监测平台设有指令生成装置；指令生成装置用于根据无人机和移动监测平台获取的位置数据差值，生成飞行指令。

通过各自设有的GPS模块，无人机和移动监测平台均能获得自身的当前位置数据，由于是需要无人机对移动监测平台进行跟随，所以，可以以移动监测平台中GPS所获取的位置数据为参考位置；这样，跟随过程中，一方面获得作为参考位置的移动监测平台中GPS的地理位置数据，同时还获取无人机的当前地理位置数据，然后将无人机的当前地理位置数据与参考位置进行对比，从而得到无人机的位置调整数据，以及相应的无人机的控制指令。

在实际应用中，为了实现获取无人机和移动监测平台的地理位置数据并通过预设算法生成无人机的控制指令，可以编写相应的软件程序，并将该软件程序装设于无人机的存储装置中或是移动监测平台的存储装置中，然后通过处理器来执行软件程序中的各个步骤，以实现本发明实施例中的上述各个步骤。也就是说，通过无人机和移动监测平台的当前位置数据进行处理和计算以生成控制指令的主体，可以是无人机，也可以是移动监测平台，只要最终无人机能够获取到该控制指令即可。

综上所述，本发明实施例中，将红外线光源设于无人机上，然后通过将飞行于移动监测平台上方的无人机的飞行轨迹设置为与移动监测平台同步的方式，使垂直向下设置的红外线光源可以与移动监测平台红外接收装置适配；由于通过本发明实施例采用了红外线光源和红外线接收装置，无需依赖自然光线即可实现对于大气污染物的红外光谱的采集和分析，所以本发明实施例中的大气污染物监测系统，可以适用于夜间的环境来进行正常的大气污染物数据的监控和统计。

由于通过本发明实施例，可以有效的对监测区域进行全天的大气污染物数据的采集和分析，所以可以能够获得监测区域更加精确的排放数据；由此，也就对于核算排放总量和排放浓度的精确性，以及，对于针对性的设计应对减排方案和治理措施，能够提供更加可靠的数据依据。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、ReRAM、MRAM、PCM、NAND Flash，NOR Flash， Memristor、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种大气污染物监测系统，其特征在于，包括无人机和移动监测平台；

所述无人机包括飞行控制装置、红外线光源和光源控制装置；所述移动监测平台包括红外接收装置、光路传输装置和检测装置；

所述光源控制装置用于将所述红外线光源的照射方向控制为垂直向下；

所述红外接收装置设于所述移动监测平台的上端，且竖直向上设置；

所述飞行控制装置用于在所述移动监测平台行进过程中，根据飞行指令控制所述无人机的位置处于所述移动监测平台上方的预设位置；

所述检测装置用于通过所述光路传输装置获取红外线光并对所述红外线光进行光谱分析。

2.根据权利要求1中所述大气污染物监测系统，其特征在于，所述移动监测平台还包括图像采集装置、图像分析装置和指令生成装置；

所述图像采集装置用于实时获取所述红外线光源的图像；

所述图像分析装置用于分析所述图像的位置与预设的标准位置的差值；

所述指令生成装置用于根据所述差值生成所述飞行指令。

3.根据权利要求1中所述大气污染物监测系统，其特征在于，所述无人机还包括图像采集装置、图像分析装置和指令生成装置；

所述图像采集装置用于实时获取所述移动监测平台的图像；

所述图像分析装置用于分析所述图像的位置与预设的标准位置的差值；

所述指令生成装置用于根据所述差值生成所述飞行指令。

4.根据权利要求3中所述大气污染物监测系统，其特征在于，在所述移动监测平台的预设位置设有发光的标识点；所述图像分析装置包括特征分析模块；

所述特征分析模块用于识别所述图像中的所述标识点，并根据所述标识点的位置分析所述图像的位置与预设的标准位置的差值。

5.根据权利要求4中所述大气污染物监测系统，其特征在于，所述标识点包括有多个；

多个所述标识点间的连线为预设图形。

6.根据权利要求5中所述大气污染物监测系统，其特征在于，所述预设图形包括等腰三角形。

7.根据权利要求3中所述大气污染物监测系统，其特征在于，在所述移动监测平台的预设位置设有反光的标识图案；所述图像分析装置包括特征分析模块；

所述特征分析模块用于识别所述图像中的所述标识图案，并根据所述标志图案的位置和方向分析所述图像的位置与预设的标准位置的差值。

8.根据权利要求1中所述大气污染物监测系统，其特征在于，所述无人机和所述移动监测平台均设有GPS模块；所述无人机和/或所述移动监测平台设有指令生成装置；

所述指令生成装置用于根据所述无人机和所述移动监测平台获取的位置数据差值，生成所述飞行指令。

9.根据权利要求1中所述大气污染物监测系统，其特征在于，所述飞行指令还包括：

用于控制所述无人机飞行高度的控制指令。

10.根据权利要求1中所述大气污染物监测系统，其特征在于，所述无人机还包括陀螺仪；所述光源控制装置包括角度调整模块；

所述角度调整模块用于根据所述陀螺仪的采集数据，生成用于调整所述红外线光源的照射方向控制指令。