CN116360487B - 一种基于气体监测数据的走航路线实时动态规划方法 - Google Patents

一种基于气体监测数据的走航路线实时动态规划方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于气体监测数据的走航路线实时动态规划方法，涉及气体监测走航领域，对多通道气体采集设备进行配置，通过智能终端获取三维地图信息，对无人机的飞行航线进行规划，将多通道气体采集设备对无人机采集的气体，进行气体分析，判断出是否存在污染气体，并计算污染气体的浓度，通过风速风向仪计算风向和风速，根据风向和风速进行飞行轨迹信息更新，无人机根据更新后的飞行轨迹信息进行飞行，通过GPS定位设备对采集的污染气体浓度的位置进行定位并判断出污染气体源头。

Description

一种基于气体监测数据的走航路线实时动态规划方法
技术领域
本发明涉及气体监测走航领域，具体是一种基于气体监测数据的走航路线实时动态规划方法。
背景技术
在全球倡导生态与环境保护的背景下，空气成分监测是获取大气质量的重要手段，污染气体采集装置作为空气成分监测系统的重要部分，其数据直接关乎对某一区域空气质量、环境质量的评价；
目前，现有技术大多采用专门的单一气体采集装置，并且无法找出污染气体的源头，同时无法做到大区域对的气体检测，为此，现提供一种基于气体监测数据的走航路线实时动态规划方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于气体监测数据的走航路线实时动态规划方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于气体监测数据的走航路线实时动态规划方法，包括以下步骤：
S1：对多通道气体采集设备进行配置；
S2：获取三维地图信息，对无人机的飞行轨迹进行规划；
S3：通过多通道气体采集设备对无人机采集的气体，进行气体分析；
S4：计算风向和风速，根据风向和风速进行飞行轨迹信息更新；
S5：通过GPS定位设备对采集的污染气体浓度的位置进行定位并判断出污染气体源头。
进一步的，对多通道气体采集设备进行配置的过程包括：
所述多通道气体采集设备内设置有不同气体通道，将所需采集的污染气体的单一气体传感器，放置对应的气体通道内；
将标准气体通入多通道气体采集设备，采集初始电极和气体预设浓度将初始电极和气体预设浓度传输至智能终端；
设置一个实验时间段，控制污染气体通入对应的多通道气体采集设备，采集多通道气体采集设备内的单一传感器所产生的电阻值和电阻时刻，将采集的电阻时刻和电阻变化率进行一一结合，生成实验电阻库，并发送至智能终端内。
进一步的，对无人机的飞行轨迹进行规划的过程包括：
通过智能终端获取三维地图信息，所述三维地图信息内包括海拔高度信息，通过三维地图信息规划出无人机的巡查区域，在巡查区域内设置两个航点起点A和终点B，设置一个侧移距离阈值，通过侧移距离阈值确定由终点B开始侧移飞行的终点C，由AB长度，进行直线距离规划，由BC距离，进行侧移方向的距离规划；以此类推，根据上述的直线距离规划和侧移方向的距离，无人机以A、B、C点作为参考规划，规划出飞行航线；
将无人机的飞行航线和三维地图信息内的海拔高度信息输入至智能终端内，根据飞行航线和三维地图信息的海拔高度信息进行无人机的模拟仿垄地飞行，获得仿垄地飞行轨迹；
将生成的仿垄地飞行轨迹与飞行航线进行结合生成飞行轨迹信息，并将飞行轨迹信息发送至无人机和智能终端内。
进一步的，通过多通道气体采集设备对无人机采集的气体，进行气体分析的过程包括：
所述无人机内设置有GPS定位设备、风速风向仪以及多通道气体采集设备；
无人机根据飞行轨迹信息进行飞行，设置气体采集时间段，无人机根据气体采集时间段进行气体采集；
多通道气体采集设备将采集的气体，输送至各个通道内，待气体稳定后多单一传感器将采集气体所产生的电阻和电压；
将气体采集时间段和当前单一传感器所产生的电阻进行合并生成采集电阻库，并将采集电阻库发送至智能终端内，智能终端将实验电阻库与采集电阻库进行比对；
若不一致，则判断无目标污染气体进入；
若一致，则判断存在目标污染气体，智能终端将对此刻的污染气体进行浓度计算。
进一步的，对飞行轨迹信息更新的过程包括：
当无人机探测到污染气体，风速风向仪测算无人机的偏航角，并计算无人机风速分量，根据风速分量计算无人机风向；
将获得的风向发送至智能终端内，智能终端将根据风向更新飞行轨迹信息，将更新后的飞行轨迹发送至无人机内。
进一步的，通过采集的污染气体浓度判断出污染气体源头：
无人机将根据更新后的飞行轨迹进行飞行并采集污染气体浓度，同时GPS定位设备将采集的污染气体浓度的位置在三维地图信息上进行标记，无人机将标记后的三维地图信息发送至智能终端内，智能终端将根据三维地图信息上的污染气体浓度判定污染气体源头。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过无人机的多通道气体采集设备可以很好的解决气体采集设备的单一性，无人机可以大规模的区域巡查，减少人力资源的消耗，通过测算风向风速和污染气体的浓度可以快速的找出污染气体的源头，并且根据风向风速可以自动更新无人机的走航路线。
附图说明
图1为本发明的原理图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于气体监测数据的走航路线实时动态规划方法，包括以下步骤；
S1：对多通道气体采集设备进行配置；
S2：获取三维地图信息，对无人机的飞行轨迹进行规划；
S3：通过多通道气体采集设备对无人机采集的气体，进行气体分析；
S4：计算风向和风速，根据风向和风速进行飞行轨迹信息更新；
S5：通过采集的污染气体浓度判断出污染气体源头。
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，对多通道气体采集设备进行配置的过程包括：
所述多通道气体采集设备内设置有不同气体通道，气体通道之间处于隔离状态，并且所有通道的结构、尺寸均相同；
每一通道设置一种单一气体传感器，用于确定气体是否存在污染气体，将所需采集的污染气体的单一气体传感器，放置对应的气体通道内，所述单一气体传感器，例如CO气体可采用现有的COB4传感器，SO2气体可采用现有的SO2/SF-100传感器，NO气体可采用现有的NO/C-100传感器，NO2气体可采用现有的NO2-B43F传感器，也可采用其他现有气体传感器；
控制不含污染气体的标准气体通入所述多通道气体采集设备中一个通道，稳定后分别采集所述通道的内初始电极和气体预设浓度，将初始电极并记为V1，标准气体预设浓度记为C，将初始电极和气体预设浓度传输至智能终端；
设置一个实验时间段，并记为h，控制污染气体通入对应的多通道气体采集设备，采集多通道气体采集设备内的单一传感器所产生的电阻值，同时记录电阻产生的时刻，将采集的电阻时刻记为h1、h2、h3……hq，并实时计算实验时间段内单一传感器的电阻变化率，获得数据集合I1、I2、I3、……Ie；将采集的电阻时刻和电阻变化率进行一一结合，生成实验电阻库，并发送至智能终端内。
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，获取三维地图信息，对无人机的飞行轨迹进行规划的过程包括：
通过智能终端获取三维地图信息，对三维地图信息进行无人机的巡查区域规划，根据巡查区域规划无人机的飞行航线，在巡查区域内设置两个航点分别为起点A和终点B，并设置一个侧移距离阈值，通过侧移距离阈值从而确定由终点B开始侧移飞行的终点C，由AB长度，可以进行直线距离规划，由BC距离，可以进行侧移方向的距离规划；以此类推，根据上述的直线距离规划和侧移方向的距离，无人机以A、B、C点作为参考规划，即AB-BC-CD……，规划出一条能巡查整个区域的飞行航线；
所述三维地图信息内包括海拔高度信息，将无人机的飞行航线和三维地图信息内的海拔高度信息输入至智能终端内，智能终端将根据无人机的飞行航线和三维地图信息的海拔高度信息进行无人机的模拟仿垄地飞行；
根据模拟仿垄地飞行，计算无人机路线中相邻两个航点之间的相对高度，若两个相邻的航点之间的模拟仿垄地飞行航线为平行线时，在两个航点的高度加上设定一个飞行高度生成仿垄地飞行轨迹；
若两个相邻的航点之间的模拟仿垄地飞行航线为折线时，连接两个航点，以两个航点的连接线为底边，分别过两航点向上作底角为30°的等腰三角形，该等腰三角形的腰即为两个航点之间的仿垄地飞行轨迹；
若两个相邻的航点之间的模拟仿垄地飞行航线为弧线时，连接两个航点，以两点之间的弧度向上做相应弧线飞行，生成仿垄地飞行轨迹；
将生成的仿垄地飞行轨迹与飞行航线进行结合生成飞行轨迹信息，并将飞行轨迹信息发送至无人机和智能终端内。
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，通过多通道气体采集设备对无人机采集的气体，进行气体分析的过程包括：
所述无人机内设置有GPS定位设备、风速风向仪以及多通道气体采集设备，无人机接收飞行轨迹信息，根据飞行轨迹信息进行飞行，通过多通道气体采集设备对巡查区域进行气体采集；
设置一个气体采集时间段，将气体采集时间段记为T，无人机根据气体采集时间段进行气体采集，无人机将记录采集的时刻并标记为T1、T2、T3……Tn，n为包含零的任一正整数；
所述多通道气体采集设备进行气体采集的过程为：多通道气体采集设备吸取无人机周围的气体，输送至各个通道内，待气体稳定后多通道气体采集设备内的单一传感器将采集气体所产生的电阻和电压；
将气体采集时间段和当前单一传感器所产生的电阻进行合并生成采集电阻库，并将采集电阻库发送至智能终端内，智能终端将实验电阻库与采集电阻库进行比对；
若时间段和所产生的电阻变化率不一致，则判断无目标污染气体进入，无人机将根据飞行轨迹信息，继续进行飞行；
若时间段和所产生的电阻变化率一致，则判断该空气含有污染气体，智能终端将对此刻的污染气体进行浓度计算；
所述污染气体浓度计算过程为：将当前产生的电压记为V20，并将当前电压传输至智能终端内进行计算获得标准气体成分的探测灵敏度，将标准气体探测灵敏度记为S，所述计算标准气体探测灵敏度的公式为：S＝[(V20-V1)-j]/C，其中j为预设修正系数；
根据当前电压V20和标准气体探测灵敏度进行计算获得污染气体的浓度，并将计算的污染气体浓度记为L1、L2、L3……Ls，所述计算污染气体浓度计算公式为
要进一步说明的是，在具体实施过程中，计算风向和风速，根据风向和风速进行飞行轨迹信息，通过采集的污染气体浓度判断出污染气体源头的过程包括：
当无人机探测到污染气体时，无人机将悬停至半空，风速风向仪测算无人机的偏航角ψ，并计算无人机所述飞行环境的水平风速G的x、y两个方向的分量，将两个风速分量记为Gx、Gy；
根据风速分量，根据风速分量计算所述风向的过程为：β＝ψ+arctan2(Gx、Gy)，其中，ψ为无人机的偏航角，β为风向，Gx为在x方向上的风速分量，Gy为在y方向上的风速分量；
将计算获得的风向发送至智能终端内，智能终端将根据风向更新飞行轨迹信息，飞行轨迹信息将被更新为风向逆向的飞行轨迹，将更新后的飞行轨迹发送至无人机内，无人机将根据更新后的飞行轨迹进行风向逆风飞行，在飞行的同时无人机将继续采集污染气体浓度，同时GPS定位设备将采集的污染气体浓度的位置在三维地图信息上进行标记，无人机将标记后的三维地图信息发送至智能终端内；
智能终端将根据标记后的三维地图信息上的污染气体浓度值的高度判断出污染气体源头的位置，污染气体浓度的最高值将作为污染气体的源头；
通过无人机的多通道气体采集设备可以很好的解决气体采集设备的单一性，无人机可以大规模的区域巡查，减少人力资源的消耗，通过测算风向风速和污染气体的浓度可以快速的找出污染气体的源头，并且根据风向风速可以自动更新无人机的走航路线。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (1)

1.一种基于气体监测数据的走航路线实时动态规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对多通道气体采集设备进行配置；
S2：获取三维地图信息，对无人机的飞行轨迹进行规划；
S3：通过多通道气体采集设备对无人机采集的气体，进行气体分析；
S4：计算风向和风速，根据风向和风速进行飞行轨迹信息更新；
S5：通过GPS定位设备对采集的污染气体浓度的位置进行定位并判断出污染气体源头；
对多通道气体采集设备进行配置的过程包括：
所述多通道气体采集设备内设置有不同气体通道，将所需采集的污染气体的单一气体传感器，放置对应的气体通道内；
将标准气体通入多通道气体采集设备，采集初始电极和气体预设浓度将初始电极和气体预设浓度传输至智能终端；
设置一个实验时间段，控制污染气体通入对应的多通道气体采集设备，采集多通道气体采集设备内的单一传感器所产生的电阻值和电阻时刻，将采集的电阻时刻和电阻变化率进行一一结合，生成实验电阻库，并发送至智能终端内；
对无人机的飞行轨迹进行规划的过程包括：
通过智能终端获取三维地图信息，所述三维地图信息内包括海拔高度信息，通过三维地图信息规划出无人机的巡查区域，在巡查区域内设置两个航点起点A和终点B，设置一个侧移距离阈值，通过侧移距离阈值确定由终点B开始侧移飞行的终点C，由AB长度，进行直线距离规划，由BC距离，进行侧移方向的距离规划；以此类推，根据上述的直线距离规划和侧移方向的距离，无人机以A、B、C点作为参考规划，规划出飞行航线；
将无人机的飞行航线和三维地图信息内的海拔高度信息输入至智能终端内，根据飞行航线和三维地图信息的海拔高度信息进行无人机的模拟仿垄地飞行，获得仿垄地飞行轨迹；
将生成的仿垄地飞行轨迹与飞行航线进行结合生成飞行轨迹信息，并将飞行轨迹信息发送至无人机和智能终端内；
通过多通道气体采集设备对无人机采集的气体，进行气体分析的过程包括：
所述无人机内设置有GPS定位设备、风速风向仪以及多通道气体采集设备；
无人机根据飞行轨迹信息进行飞行，设置气体采集时间段，无人机根据气体采集时间段进行气体采集；
多通道气体采集设备将采集的气体，输送至各个通道内，待气体稳定后多单一传感器将采集气体所产生的电阻和电压；
将气体采集时间段和当前单一传感器所产生的电阻进行合并生成采集电阻库，并将采集电阻库发送至智能终端内，智能终端将实验电阻库与采集电阻库进行比对；
若不一致，则判断无目标污染气体进入；
若一致，则判断存在目标污染气体，智能终端将对此刻的污染气体进行浓度计算；
对飞行轨迹信息更新的过程包括：
当无人机探测到污染气体，风速风向仪测算无人机的偏航角，并计算无人机风速分量，根据风速分量计算无人机风向；
将获得的风向发送至智能终端内，智能终端将根据风向更新飞行轨迹信息，将更新后的飞行轨迹发送至无人机内；
通过采集的污染气体浓度判断出污染气体源头：
无人机将根据更新后的飞行轨迹进行飞行并采集污染气体浓度，同时GPS定位设备将采集的污染气体浓度的位置在三维地图信息上进行标记，无人机将标记后的三维地图信息发送至智能终端内，智能终端将根据三维地图信息上的污染气体浓度判定污染气体源头。
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