CN110108605B - 基于无人机的空污预警方法及系统 - Google Patents

基于无人机的空污预警方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于无人机的空污预警方法及系统，其中，本基于无人机的空污预警方法包括：采集空污数据；将空污数据通过Lora无线传输至地面站，本空污预警方法及系统，通过将需要传输的空污数据通过Lora模块发送给底面站，避免了现有技术中采用飞控与底面站之间2.4G通信信道的使用，减少了对飞控的干扰，同时也提高了空污数据传输的准确性。

Description

基于无人机的空污预警方法及系统
技术领域
本发明涉及无人机领域，具体涉及一种基于无人机的空污预警方法及系统。
背景技术
目前无人机用于空污检测往往数量比较少，无法形成集群，因此空污检测的效率降低。
为了提高空污检测效率，提高对污染源的锁定以及对扩散区域的预警，需要设计一种新的基于无人机的空污预警方法及系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于无人机的空污预警系统及系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于无人机的空污预警方法，包括：采集空污数据；以及将空污数据通过Lora无线传输至地面站。
进一步的，所述地面站设置有服务器；所述服务器适于根据各无人机发送的空污数据划定一地区空中的各污染区域范围，并且根据地区的实时风向预测各污染区域的扩散方向以及周边地区的空气预警。
进一步的，所述空污预警系统包括若干无人机，且划定不同的飞行空域；
当一无人机检测到飞行空域出现污染时，将空污数据发送至服务器，并将污染空域的无人机设定为主无人机；
所述服务器适于调用其他飞行空域中未检测到空污的无人机飞往污染空域，且设定为从无人机；
主无人机适于根据实时风向寻找污染源，以及从无人机适于寻找该污染空域的实际空污边界，并且进行跟踪飞行。
进一步的，所述无人机上设置有机载检测箱；
在机载检测箱内传感器接触到空气的同时，通过调节机载检测箱的进风量和/或出风量，以使在不同无人机飞行速度下机载检测箱内空气的流动速度保持恒定。
进一步的，所述在机载检测箱内传感器接触到空气的同时，通过调节机载检测箱的进风量和/或出风量，以使在不同无人机飞行速度下机载检测箱内空气的流动速度保持恒定的方法包括：
通过气流传感器检测机载检测箱内空气的流动速度；
依据检测到的流动速度，通过进气风扇以及出气风扇控制机载检测箱内的气体流速保持恒定。
进一步的，所述通过气流传感器检测机载检测箱内空气流动的速度的方法包括：
获取气流传感器产生的编码脉冲信号；
依据编码脉冲信号判断空气的流动速度。
进一步的，所述依据检测到的流动速度，通过进气风扇以及出气风扇控制机载检测箱内的气体流速保持恒定的方法包括：
依据检测到的流动速度，控制进气风扇以及出气风扇的转速；即
通过流动速度生成与风扇转速对应的模拟量；
将模拟量输出至风扇转速驱动电路控制进气风扇以及出气风扇的转速。
进一步的，所述依据检测到的流动速度，控制进气风扇以及出气风扇的转速，即
采用PID调节算法，使空气的流动速度与风扇转速控制形成闭环控制。
本发明还提供了一种基于无人机的空污预警系统，包括：若干个装载有机载检测箱的无人机；各无人机将空污数据发送至地面站。
进一步的，所述地面站设置有服务器；
所述服务器适于根据各无人机发送的空污数据划定一地区空中的各污染区域范围，并且根据地区的实时风向预测各污染区域的扩散方向以及周边地区的空气预警；以及
各无人机划定不同的飞行空域；
当一无人机检测到飞行空域出现污染时，将空污数据发送至服务器，并将污染空域的无人机设定为主无人机；
所述服务器适于调用其他飞行空域中未检测到空污的无人机飞往污染空域，且设定为从无人机；
主无人机适于根据实时风向寻找污染源，以及从无人机适于寻找该污染空域的实际空污边界，并且进行跟踪飞行。
本发明的有益效果是，本发明提供了一种基于无人机的空污预警方法及系统，通过将需要传输的空污数据通过Lora模块发送给底面站，避免了现有技术中采用飞控与底面站之间2.4G通信信道的使用，减少了对飞控的干扰，同时也提高了空污数据传输的准确性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所提供的基于无人机的空污预警方法的流程图。
图2是本发明所提供的基于无人机的空污预警系统的原理框图。
图中：
机载检测箱1、进气风扇101、出气风扇102。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例
本实施例1提供了一种基于无人机的空污预警方法，包括：
步骤S110，采集空污数据；
具体的，在本实施例中，通过采集箱体内的多个传感器进行空污数据检测，传感器可以包括但不限于：激光粉尘传感器O3+NO2传感器、CO传感器、SO2传感模块、CH4传感器等一种或几种，以检测粉尘（PM2.5、PM10）、SO2、VOC等多种数据。
步骤S120，将空污数据通过Lora无线传输至地面站。
在无人机端和地面站均设置有Lora模块，通过433MHZ频率进行通讯。
基于Lora无线技术，避免了现有技术中采用飞控与底面站之间2.4G通信信道的使用，减少了对飞控的干扰，同时也提高了空污数据传输的准确性。
并且，在本实施例中，所述地面站设置有服务器；
所述服务器适于根据各无人机发送的空污数据划定一地区空中的各污染区域范围，并且根据地区的实时风向预测各污染区域的扩散方向以及周边地区的空气预警。
所述空污预警系统包括若干无人机，且划定不同的飞行空域；当一无人机检测到飞行空域出现污染时，将空污数据发送至服务器，并将污染空域的无人机设定为主无人机；所述服务器适于调用其他飞行空域中未检测到空污的无人机飞往污染空域，且设定为从无人机；主无人机适于根据实时风向寻找污染源，以及从无人机适于寻找该污染空域的实际空污边界，并且进行跟踪飞行。
本空污预警系统有效的避免了污染空域无人机数量不足，以有足够的无人机能够满足污染源的寻找和空污边界的决定，便于地面站进行预警决策。
为了便于无人机更好的采集空污数据，避免对空污数据出现误判，保证空污数据采集的稳定性；在本实施例中，所述无人机上设置有机载检测箱；在机载检测箱1内传感器接触到空气的同时，通过调节机载检测箱1的进风量和/或出风量，以使在不同无人机飞行速度下机载检测箱1内空气的流动速度保持恒定，从而提升检测结果的准确性和一致性。
请参阅图1，在本实施例中，所述在机载检测箱1内传感器接触到空气的同时，通过调节机载检测箱1的进风量和/或出风量，以使在不同无人机飞行速度下机载检测箱1内空气的流动速度保持恒定的方法包括以下步骤：
通过气流传感器检测机载检测箱1内空气的流动速度。
在本实施例中，气流传感器放置于无人机空污检测的机载检测箱1内，对从进气口流入的空气的流动速度进行检测。
依据检测到的流动速度，通过进气风扇101以及出气风扇102协同控制机载检测箱1内的气体流速保持恒定。
在本实施例中，进气风扇101以及出气风扇102协同控制可以同步的，也可以是异步的，具体根据限定的机载检测箱1内空气的流动速度进行动态调节，以使该流动速度保持恒定。进而避免了由于无人机飞行速度不一样，从而会导致进入机载检测箱1内的空气流速不一样，从而会影响到空污检测时的精度，本发明通过进气风扇101以及出气风扇102来协同调节进入箱体的空气的流动速度，使不同飞行速度的无人机流入机载检测箱1内的空气的流动速度是恒定的，从而提高了检测结果的准确性。
具体的，通过气流传感器检测机载检测箱1内空气的流动速度包括：
获取气流传感器产生的编码脉冲信号；
依据编码脉冲信号判断空气流动的速度。
具体的，依据检测到的流动速度，通过进气风扇101以及出气风扇102协同控制机载检测箱1内的气体流速保持恒定包括：
依据检测到的流动速度，获取进气风扇101以及出气风扇102的转速；
将进气风扇101以及出气风扇102的转速转变为模拟量；
将模拟量输出至风扇转速驱动电路控制进气风扇101以及出气风扇102的转速。
其中，获取进气风扇101以及出气风扇102的转速的方法采用PID调节算法进行计算，从而让气体流速与进气风扇101以及出气风扇102形成闭环控制，提高气流的稳定性
本发明实施例还提供了一种基于无人机的空污预警系统，
若干个装载有机载检测箱的无人机；以及各无人机将空污数据发送至地面站。
无人机与地面站的无线通讯方式可以采用Lora无线通讯，也可以采用2.4G的通讯方式。
具体的，所述地面站设置有服务器；所述服务器适于根据各无人机发送的空污数据划定一地区空中的各污染区域范围，并且根据地区的实时风向预测各污染区域的扩散方向以及周边地区的空气预警；以及各无人机划定不同的飞行空域；当一无人机检测到飞行空域出现污染时，将空污数据发送至服务器，并将污染空域的无人机设定为主无人机；所述服务器适于调用其他飞行空域中未检测到空污的无人机飞往污染空域，且设定为从无人机；主无人机适于根据实时风向寻找污染源，以及从无人机适于寻找该污染空域的实际空污边界，并且进行跟踪飞行。
并且，所述基于无人机的空污预警系统包括：机载检测箱1，所述机载检测箱1内设置有气流传感器，以及在机载检测箱1的进出口分别设置有进气风扇101及出气风扇102；一控制模块通过气流传感器采集机载检测箱1内空气的流动速度，并通过控制进气风扇101及出气风扇102以调节机载检测箱1的进风量和/或出风量，以使在不同无人机飞行速度下的所述流动速度保持恒定；通过让机载检测箱1内传感器有效接触到空气的同时保证在不同无人机飞行速度下机载检测箱1内空气的流动速度保持恒定，从而提升检测结果的准确性和一致性。
请参阅图2，所述基于无人机的空污预警系统包括：
气流传感器适于通过气流传感器检测机载检测箱1内空气的流动速度；
流速恒定保持模块适于依据检测到的流动速度，通过进气风扇101以及出气风扇102控制机载检测箱1内的气体流速保持恒定。
其中，所述气流传感器包括：
信号获取单元适于获取空气流动产生的编码脉冲信号；
流速判断单元适于依据编码脉冲信号判断所述流动速度。
其中，所述控制模块包括：
与气流传感器电性连接的处理器，以及风扇转速驱动电路；
所述处理器通过流动速度生成与风扇转速对应的模拟量，并将模拟量输出至风扇转速驱动电路控制进气风扇101以及出气风扇102的转速。
在本实施例中，所述转速获取单元采用PID调节算法进行计算，从而让气体流速与进气风扇101以及出气风扇102形成闭环控制，提高气流的稳定性。
具体的，PID调节算法是通过采集气体流速以控制进气风扇101和/或出气风扇102的转速，以调节机载检测箱的进风量和/或出风量，使在不同无人机飞行速度下机载检测箱内空气的流动速度保持恒定。
在上述实施例基础上，本实施例还提供了一种无人机，所述无人机装载有所述的基于无人机的空污预警系统。
在本实施例中，所述控制模块中的处理器可以但不限于采用STM32处理器。
综上所述，本发明提供了一种基于无人机的空污预警方法及系统，有效的避免了污染空域无人机数量不足，以有足够的无人机能够满足污染源的寻找和空污边界的决定，便于地面站进行预警决策，并且无人机装载有机载检测箱1，所述机载检测箱1内设置有气流传感器，以及在机载检测箱1的进出口分别设置有进气风扇101及出气风扇102；一控制模块通过气流传感器采集机载检测箱1内空气的流动速度，并通过控制进气风扇101及出气风扇102以调节机载检测箱1的进风量和/或出风量，以使在不同无人机飞行速度下的所述流动速度保持恒定，从而提升检测结果的准确性和一致性，避免对空污数据出现误判，保证空污数据采集的稳定性。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种基于无人机的空污预警方法，其特征在于，包括：
采集空污数据；
将空污数据通过Lora无线传输至地面站；
所述空污预警方法还包括：
空污预警系统；
所述空污预警系统包括若干无人机，且划定不同的飞行空域；
当一无人机检测到飞行空域出现污染时，将空污数据发送至服务器，并将污染空域的无人机设定为主无人机；
所述服务器适于调用其他飞行空域中未检测到空污的无人机飞往污染空域，且设定为从无人机；
主无人机适于根据实时风向寻找污染源，以及从无人机适于寻找该污染空域的实际空污边界，并且进行跟踪飞行；
所述无人机上设置有机载检测箱；
在机载检测箱内传感器接触到空气的同时，通过调节机载检测箱的进风量和/或出风量，以使在不同无人机飞行速度下机载检测箱内空气的流动速度保持恒定。
2.根据权利要求1所述的空污预警方法，其特征在于，
所述地面站设置有服务器；
所述服务器适于根据各无人机发送的空污数据划定一地区空中的各污染区域范围，并且根据地区的实时风向预测各污染区域的扩散方向以及周边地区的空气预警。
3.如权利要求1所述的空污预警方法，其特征在于，
所述在机载检测箱内传感器接触到空气的同时，通过调节机载检测箱的进风量和/或出风量，以使在不同无人机飞行速度下机载检测箱内空气的流动速度保持恒定的方法包括：
通过气流传感器检测机载检测箱内空气的流动速度；
依据检测到的流动速度，通过进气风扇以及出气风扇控制机载检测箱内的气体流速保持恒定。
4.如权利要求3所述的空污预警方法，其特征在于，
所述通过气流传感器检测机载检测箱内空气流动的速度的方法包括：
获取气流传感器产生的编码脉冲信号；
依据编码脉冲信号判断空气的流动速度。
5.如权利要求4所述的空污预警方法，其特征在于，
所述依据检测到的流动速度，通过进气风扇以及出气风扇控制机载检测箱内的气体流速保持恒定的方法包括：
依据检测到的流动速度，控制进气风扇以及出气风扇的转速；即
通过流动速度生成与风扇转速对应的模拟量；
将模拟量输出至风扇转速驱动电路控制进气风扇以及出气风扇的转速。
6.如权利要求5所述的空污预警方法，其特征在于，
所述依据检测到的流动速度，控制进气风扇以及出气风扇的转速，即
采用PID调节算法，使空气的流动速度与风扇转速控制形成闭环控制。
7.一种基于无人机的空污预警系统，其特征在于，包括：
若干个装载有机载检测箱的无人机；以及
各无人机将空污数据发送至地面站；
所述地面站设置有服务器；
所述服务器适于根据各无人机发送的空污数据划定一地区空中的各污染区域范围，并且根据地区的实时风向预测各污染区域的扩散方向以及周边地区的空气预警；以及
各无人机划定不同的飞行空域；
当一无人机检测到飞行空域出现污染时，将空污数据发送至服务器，并将污染空域的无人机设定为主无人机；
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