CN113467507B - 一种基于无人机系统的大气环境采样方法及其无人机系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无人机系统的大气环境采样方法及其无人机系统，包括以下步骤：第一步骤，根据采集区域建立无人机大气采样编队；第二步骤，按照年月日进行采用，并记录无人机采样轨迹；第三步骤，上传无人机采样时间、运动轨迹及采样实时数据，生成大气采样地图。本发明能够应对多种情况下的大气环境采样，通过无人机进行空气采样大大提高了采样的效率，还能快速生成大气环境地图，能够更直观的观测到大气环境的污染状况，以便快速的做出应对措施。
Description
技术领域
本发明涉及无人机的应用领域，特别是一种基于无人机系统的大气环境采样方法及其无人机系统。
背景技术
随着无人机的不断发展，无人机的运用领域越发的广泛，其中作为大气环境检测工具具有重要意义，无人机能够在特定区域巡航，实时快速跟踪和监测突发环境污染事件的发展，监测企业工厂的废气和废水排放，，持久性长，可采用远红外夜拍模式，能够实现全天候航拍监测，无人机执法还不受空间和地形的限制，但是还缺乏系统的管理方法。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于无人机系统的大气环境采样方法及其无人机系统，大大提高了采样效率，数据反应更直观。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种基于无人机系统的大气环境采样方法及其无人机系统，包括以下步骤：
第一步骤，根据采集区域建立无人机大气采样编队；
第二步骤，按照年月日进行采用，并记录无人机采样轨迹；
第三步骤，上传无人机采样时间、运动轨迹及采样实时数据，生成大气采样地图。
进一步地，较为集中布置的化工区域大气环境采样方法包括以下步骤：
第一步骤，在多个主要污染源范围区域内，对应编排监测采样小队；
第二步骤，在非主要污染源区域内，编排巡逻采样小队；
进一步地，所述监测采样小队由风速风向测算无人机和采样无人机组成编队，所述监测采样小队采样包括以下步骤：
第一步骤，风速风向测算无人机实时监测主要污染源范围区域内风速风向变化，并记录数据；
第二步骤，所述风速风向测算无人机通过信号传输将数据发送给所述采样无人机；
第三步骤，所述采样无人机根据风速风向数据规划采样路线和采样单位距离，所述采样路线沿风向方向规划，所述采样单位距离随风速成正比增加，所述采样无人机在风速方向上以及风速方向两侧倾斜一定角度方向上排列成一字型编队，整体组合成扇形发散式方阵，所述同一队列内的采样无人机之间的距离与采样单位距离保持一致，且每一编队内配备一架风速风向测算无人机实时监测风速风向，根据实时风速风向数据，自动调整编队采样路线以及编队内采样无人机之间的间距；
如果没有水平风，则沿大气湍流主导风向规划采样路线。
第四步骤，上传无人机采样时间、运动轨迹及采样实时数据，生成主要污染源范围区域大气采样地图。
进一步地，所述巡逻采样小队由采样无人机组成编队，所述巡逻采样小队采样包括以下步骤：
第一步骤，根据非主要污染源区域的分布规划合理的巡逻采样路线；或所述巡逻采样小队内的采样无人机均匀分布于非主要污染源区域，由每架采样无人机负责一小块范围内的采样；
第二步骤，按照年月日进行采用，并记录无人机采样轨迹；
第三步骤，上传无人机采样时间、运动轨迹及采样实时数据，生成非主要污染源区域大气采样地图。
第四步骤，结合主要污染源范围区域大气采样地图和非主要污染源区域大气采样地图生成较为集中布置的化工区域大气采样地图。
进一步地，大型车辆密集交通道路大气环境采样方法包括以下步骤：
第一步骤，通过温度监测无人机监测道路上空近地低层大气的气温分布，并记录数据；
第二步骤，所述温度监测无人机将温度分布数据传输给采样无人机；
第三步骤，所述采样无人机分析数据，如果出现气温随高度增加而增加的现象，所述采样无人机在竖直方向上等间距排列设置，形成竖直方向上一字型队列，并沿道路方向进行等间距的采样；如果气温随高度增加而降低，所述采样无人机在水平方向一定高度上等间距排列设置，形成垂直于道路方向的水平一字型队列，并沿道路方向进行等间距的采样；
第四步骤，上传无人机采样时间、运动轨迹及采样实时数据，生成道路立体空间大气采样地图。
进一步地，包括无人机本体和设置于无人机本体的机顶或机腹的大气环境取样器；所述大气环境取样器包括取样管，所述取样管的进气端朝向无人机本体的飞行方向设置。
进一步地，所述取样管的前端通过进气电动阀对接有进气罩，所述进气罩朝向无人机本体的飞行方向设置，所述取样管的后端通过出气电动阀对接有出气罩；
所述取样管为水平设置的直通型管。
进一步地，所述取样管内设置有气囊，所述气囊沿取样管的长度方向延伸，且气囊的两端分别与取样管两端内侧设置的连接板连接；所述取样管顶部贯穿设置有充放气管口，所述充放气管口连通所述气囊，所述取样管底部连通设置有排气管口。
进一步地，缩小状态的所述气囊处于取样管的上半空间内。
进一步地，所述充放气管口对接有充放气手动阀，所述排气管口对接有排气手动阀。
有益效果：本发明的一种基于无人机系统的大气环境采样方法及其无人机系统，能够应对多种情况下的大气环境采样，通过无人机进行空气采样大大提高了采样的效率，还能快速生成大气环境地图，能够更直观的观测到大气环境的污染状况，以便快速的做出应对措施。
附图说明
附图1为大气环境采样方法框图；
附图2为监测采样小队采样编队图；
附图3为采样无人机结构图；
附图4为大气环境取样器外部结构图；
附图5为大气环境取样器内部结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1所述的一种基于无人机系统的大气环境采样方法及其无人机系统，包括以下步骤：
第一步骤，根据采集区域建立无人机大气采样编队；
第二步骤，按照年月日进行采用，并记录无人机采样轨迹；
第三步骤，上传无人机采样时间、运动轨迹及采样实时数据，生成大气采样地图。
较为集中布置的化工区域大气环境采样方法包括以下步骤：
第一步骤，在多个主要污染源范围区域内，对应编排监测采样小队；
第二步骤，在非主要污染源区域内，编排巡逻采样小队；
所述监测采样小队由风速风向测算无人机和采样无人机组成编队，所述监测采样小队采样包括以下步骤：
第一步骤，风速风向测算无人机实时监测主要污染源范围区域内风速风向变化，并记录数据；
第二步骤，所述风速风向测算无人机通过信号传输将数据发送给所述采样无人机；
第三步骤，所述采样无人机根据风速风向数据规划采样路线和采样单位距离，所述采样路线沿风向方向规划，所述采样单位距离随风速成正比增加，
如附图2所述的监测采样小队采样编队，所述采样无人机在风速方向上以及风速方向两侧倾斜一定角度方向上排列成一字型编队，整体组合成扇形发散式方阵，所述同一队列内的采样无人机之间的距离与采样单位距离保持一致，且每一编队内配备一架风速风向测算无人机实时监测风速风向，根据实时风速风向数据，自动调整编队采样路线以及编队内采样无人机之间的间距；
如果没有水平风，则沿大气湍流主导风向规划采样路线。
第四步骤，上传无人机采样时间、运动轨迹及采样实时数据，生成主要污染源范围区域大气采样地图。
所述巡逻采样小队由采样无人机组成编队，所述巡逻采样小队采样包括以下步骤：
第一步骤，根据非主要污染源区域的分布规划合理的巡逻采样路线；或所述巡逻采样小队内的采样无人机均匀分布于非主要污染源区域，由每架采样无人机负责一小块范围内的采样；
第二步骤，按照年月日进行采用，并记录无人机采样轨迹；
第三步骤，上传无人机采样时间、运动轨迹及采样实时数据，生成非主要污染源区域大气采样地图。
第四步骤，结合主要污染源范围区域大气采样地图和非主要污染源区域大气采样地图生成较为集中布置的化工区域大气采样地图。
大型车辆密集交通道路大气环境采样方法包括以下步骤：
第一步骤，通过温度监测无人机监测道路上空近地低层大气的气温分布，并记录数据；
第二步骤，所述温度监测无人机将温度分布数据传输给采样无人机；
第三步骤，所述采样无人机分析数据，如果出现气温随高度增加而增加的现象，所述采样无人机在竖直方向上等间距排列设置，形成竖直方向上一字型队列，并沿道路方向进行等间距的采样；如果气温随高度增加而降低，所述采样无人机在水平方向一定高度上等间距排列设置，形成垂直于道路方向的水平一字型队列，并沿道路方向进行等间距的采样；
第四步骤，上传无人机采样时间、运动轨迹及采样实时数据，生成道路立体空间大气采样地图。
如附图3和附图4所示，无人机机构，包括无人机本体1和设置于无人机本体1的机顶或机腹的大气环境取样器2；所述大气环境取样器2包括取样管21，所述取样管21的进气端朝向无人机本体1的飞行方向设置，所述取样管21通过飞行状态的无人机本体1带动实现在大气环境中取样，大气进入取样管21内较为充足，无需提前对取样管21进行抽真空或排气操作，取样效果好、效率高。
所述取样管21的前端通过进气电动阀23对接有进气罩24，所述进气罩24朝向无人机本体1的飞行方向设置，扩大进气量，便于取样，所述取样管21的后端通过出气电动阀25对接有出气罩26，环境大气通过进气罩24导入取样管21并可从出气罩26排出，从而将取样管21内的原存气体排出，环境大气在取样管21内导流一段时间内，无人机本体1自行选择时机控制进气电动阀23、出气电动阀25同时关闭，完成大气取样。
作为优选，所述取样管21为水平设置的直通型管，便于气体导流，提高顺畅性，其通过外部焊接的连接部22与无人机本体1的机顶或机腹连接。
如附图5所示，所述取样管21内设置有气囊27，所述气囊27沿取样管21的长度方向延伸，且气囊27的两端分别与取样管21两端内侧设置的连接板212连接；所述取样管21顶部贯穿设置有充放气管口210，所述充放气管口210连通所述气囊27，所述取样管21底部连通设置有排气管口211，所述通过充放气管口210充气或放气实现胀大或缩小的形态变化。通过气囊27的设置，是为了将样气从取样管21内排出，当向气囊27内充气胀大时，即可挤压取样管21内的样气从排气管口211排出。
值得注意的是，缩小状态的所述气囊27处于取样管21的上半空间内，避免逐渐胀大状态的气囊27堵住排气管口211造成排气堵塞。
更为具体的，所述充放气管口210对接有充放气手动阀28，所述排气管口211对接有排气手动阀29，便于人工操作。
在本方案中，为了实现多次大气取样，所述大气环境取样器2为多个，多个所述大气环境取样器2并排排列设置于无人机本体1的机顶或机腹。
上述描述是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员而言，不脱离本发明的原理还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰还视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于无人机系统的大气环境采样方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步骤，根据采集区域建立无人机大气采样编队；
第二步骤，按照年月日进行采用，并记录无人机采样轨迹；
第三步骤，上传无人机采样时间、运动轨迹及采样实时数据，生成大气采样地图；
针对较为集中布置的化工区域大气环境采样方法包括以下步骤：
A1.在多个主要污染源范围区域内，对应编排监测采样小队；
A2.在非主要污染源区域内，编排巡逻采样小队；
其中，所述监测采样小队由风速风向测算无人机和采样无人机组成编队，所述监测采样小队采样包括以下步骤：
B1.风速风向测算无人机实时监测主要污染源范围区域内风速风向变化，并记录数据；
B2.所述风速风向测算无人机通过信号传输将数据发送给所述采样无人机；
B3.所述采样无人机根据风速风向数据规划采样路线和采样单位距离，所述采样路线沿风向方向规划，所述采样单位距离随风速成正比增加，所述采样无人机在风速方向上以及风速方向两侧倾斜一定角度方向上排列成一字型编队，整体组合成扇形发散式方阵，同一队列内的采样无人机之间的距离与采样单位距离保持一致，且每一编队内配备一架风速风向测算无人机实时监测风速风向，根据实时风速风向数据，自动调整编队采样路线以及编队内采样无人机之间的间距；如果没有水平风，则沿大气湍流主导风向规划采样路线；
B4.上传无人机采样时间、运动轨迹及采样实时数据，生成主要污染源范围区域大气采样地图。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机系统的大气环境采样方法，其特征在于：所述巡逻采样小队由采样无人机组成编队，所述巡逻采样小队采样包括以下步骤：
C1.根据非主要污染源区域的分布规划合理的巡逻采样路线；或所述巡逻采样小队内的采样无人机均匀分布于非主要污染源区域，由每架采样无人机负责一小块范围内的采样；
C2.按照年月日进行采用，并记录无人机采样轨迹；
C3.上传无人机采样时间、运动轨迹及采样实时数据，生成非主要污染源区域大气采样地图；
C4.结合主要污染源范围区域大气采样地图和非主要污染源区域大气采样地图生成较为集中布置的化工区域大气采样地图。
3.根据权利要求2所述的一种基于无人机系统的大气环境采样方法，其特征在于：大型车辆密集交通道路大气环境采样方法包括以下步骤：
D1.通过温度监测无人机监测道路上空近地低层大气的气温分布，并记录数据；
D2.所述温度监测无人机将温度分布数据传输给采样无人机；
D3.所述采样无人机分析数据，如果出现气温随高度增加而增加的现象，所述采样无人机在竖直方向上等间距排列设置，形成竖直方向上一字型队列，并沿道路方向进行等间距的采样；如果气温随高度增加而降低，所述采样无人机在水平方向一定高度上等间距排列设置，形成垂直于道路方向的水平一字型队列，并沿道路方向进行等间距的采样；
D4.上传无人机采样时间、运动轨迹及采样实时数据，生成道路立体空间大气采样地图。
4.根据权利要求1-3任意项所述的一种基于无人机系统的大气环境采样方法中的无人机系统，其特征在于：包括无人机本体(1)和设置于无人机本体(1)的机顶或机腹的大气环境取样器(2)；所述大气环境取样器(2)包括取样管(21)，所述取样管(21)的进气端朝向无人机本体(1)的飞行方向设置。
5.根据权利要求4所述的一种基于无人机系统的大气环境采样方法中的无人机系统，其特征在于：所述取样管(21)的前端通过进气电动阀(23)对接有进气罩(24)，所述进气罩(24)朝向无人机本体(1)的飞行方向设置，所述取样管(21)的后端通过出气电动阀(25)对接有出气罩(26)；
所述取样管(21)为水平设置的直通型管。
6.根据权利要求5所述的一种基于无人机系统的大气环境采样方法中的无人机系统，其特征在于：所述取样管(21)内设置有气囊(27)，所述气囊(27)沿取样管(21)的长度方向延伸，且气囊(27)的两端分别与取样管(21)两端内侧设置的连接板(212)连接；所述取样管(21)顶部贯穿设置有充放气管口(210)，所述充放气管口(210)连通所述气囊(27)，所述取样管(21)底部连通设置有排气管口(211)。
7.根据权利要求6所述的一种基于无人机系统的大气环境采样方法中的无人机系统，其特征在于：缩小状态的所述气囊(27)处于取样管(21)的上半空间内。
8.根据权利要求7所述的一种基于无人机系统的大气环境采样方法中的无人机系统，其特征在于：所述充放气管口(210)对接有充放气手动阀(28)，所述排气管口(211)对接有排气手动阀(29)。
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