CN206657233U - 基于无人机的大气环境质量及污染物连续监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无人机的大气环境质量及污染物连续监测系统，其包括：测量装置和地面工作站，测量装置包括数据采集传感器和数据通信模块，测量装置通过数据通信模块与地面工作站相连接；连续监测系统还包括无人机，无人机包括机体、导航模块、飞控通信模块以及电池，测量装置安装于无人机上并由无人机电池供电，控制和通信模块与地面工作站相连接；数据采集传感器包括固定式微型传感器和/或圆形可插拔传感器。本实用新型可以同时连续测量多种参数，极大地增加其实用性；同时配合手动或电脑控制，可以很方便地实现异常数据或重点区域的特别监测。

Description

基于无人机的大气环境质量及污染物连续监测系统

技术领域

本实用新型涉及环境监测领域，具体涉及一种基于无人机的大气环境质量及污染物连续监测系统。

背景技术

随着无人机技术的发展，无人机在各个专业领域的便利性逐步显露出来，在大气污染监测方面的应用形成一个新的领域，能够解决固定式和车载移动式大气监测设备无法到达工厂、企业、小区、单位、风景区等内部空间及山地、河流、森林、种植、养殖等区域进行大气环境质量或大气污染物日常监测的问题，极大地扩大监测范围，促进环境保护工作，保障人民身体健康。

现有技术中，通常采用的采样技术比较传统，如发明专利201610006639.X，需要管道、电磁阀门、气泵等进气、排气装置，又如发明专利201611184100.X，采用苏码罐、接头和流量控制器等，它们体积大，重量重，消耗电能多，是无人机很大的负担，与无人机进行专业化组合很难实用化。

而现有技术中，能与无人机进行组合使用的检测装置中能够监测的项目较少，例如实用新型201520550714.X只能监测颗粒物，发明专利201610006639.X、201611184100.X只能监测VOC，发明专利201210528041.9、201410344023.4最多监测五种，而且主要是监测污染气体，对大气环境质量所要求的微小含量的气体浓度不能监测；并且，现有技术中的各种监测方法和设备(系统)，主要是定点采样，不能连续测量，因而很有可能产生疏漏。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构轻盈、集成化程度高并且可连续测量的基于无人机的大气环境质量及污染物连续监测系统。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的方案为：

一种基于无人机的大气环境质量及污染物连续监测系统，其包括：测量装置和地面工作站，所述测量装置包括数据采集传感器和数据通信模块，测量装置通过数据通信模块与地面工作站相连接；所述连续监测系统还包括无人机，所述无人机包括机体、导航模块、飞控通信模块以及电池，所述测量装置安装于无人机上并由无人机电池供电，控制和通信模块与地面工作站相连接；所述数据采集传感器包括固定式微型传感器和/或圆形可插拔传感器。

该方案将测量装置进行小型化和模块化，可根据被监测物质的不同相应地选择数据采集传感器，从而可以使该监测系统使用广泛；测量装置直接从无人机电池取电则可以极大地减少测量装置作为无人机负载的重量，腾出更多的空间供测量装置使用，配合可选择的、模块化的数据采集传感器，可以使该系统可以连续地测量多种待测物质，从而避免了定点采样带来的疏漏的可能性。

优选地，所述固定式微型传感器包括温湿度传感器、小型光学颗粒物传感器和微型大量程非分散红外线二氧化碳传感器。

优选地，所述圆形可插拔传感器包括电化学传感器、PID紫外光学检测VOC的传感器。

优选地，所述无人机为六旋翼或八旋翼的旋转翼无人机。六旋翼或八旋翼的旋转翼无人机更专业，飞行也更稳定，其可抗6级及以下风力，在5摄氏度以上40摄氏度以下能正常飞行，适用性强。

优选地，所述监测系统还包括遥控器，所述遥控器可与无人机通信模块相连接并向其发送控制指令而调整无人机飞行状态。

优选地，所述测量装置外壳镂空，五面透风。五面镂空的测量装置可以极大地增加气体的流动能力，减少连续测量时因气体流动不畅引起的测量误差。

本实用新型通过选用模块化可选择的测量装置、测量装置直接从无人机电池取电等方式，将测量装置根据需要组合后配合于六旋翼以上的无人机上，使其可以同时连续测量多种参数，极大地增加其实用性；同时配合手动或电脑控制，可以很方便地实现异常数据或重点区域的特别监测。

附图说明

图1是本实用新型的系统的连接示意图；

图2是无人机和测量装置配合示意图；

其中：1、测量装置，2、地面工作站，11、数据采集传感器，12、数据通信模块，3、无人机，31、机体，32、导航模块，33、飞控通信模块，34、电池。

具体实施方式

为了使本领域技术人员可以更好地理解本实用新型的发明构思，从而对本实用新型的保护范围作出更清楚地限定，下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

一种基于无人机的大气环境质量及污染物连续监测系统，由测量装置1、地面工作站2和无人机3组成；测量装置1由数据采集传感器11和数据通信模块12组成，测量装置1通过数据通信模块12与地面工作站2相连接，并在其控制下进行飞行，控制的方式可以是按设定的航程规划测量某点或某些点的大气情况，也可以地面工作站内的控制软件(根据GPS定位，惯性制导等方式结合无人机实时数据使用软件控制其飞行，现有技术中有类似软件，按其实施即可)自动判断当某种项目超过设置限度时悬停在该点或者由工作人员根据测量显示的数据人工控制飞行路线或悬停，从而进行精确测量。测量装置1外壳镂空(特别是数据采集传感器部分)，五面透风(四周及远离无人机的底面)，空气极易扩散进去，从而可以在线连续监测，而不是因为采样而只能点测量，更能反应大气污染的分布情况。数据采集传感器11包括固定式微型传感器和/或圆形可插拔传感器，固定式微型传感器包括温湿度传感器、小型光学颗粒物传感器(用于监测PM10和PM2.5)和微型大量程(0～20％)非分散红外线二氧化碳传感器；圆形可插拔传感器一个模块上可装六种，主要是包括电化学传感器、PID紫外光学检测VOC的传感器。

当检测大气环境质量时，需要小量程高灵敏度电化学传感器，按照国家标准，选择小量程高灵敏度的一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、臭氧传感器，外加VOC传感器；当监测大气污染气体时，可选择相应气体的电化学传感器进行组合，选择适当大于国家标准中排放浓度限值的量程。因此，本实用新型既可监测大气环境质量，也可以监测大气污染物排放浓度。

每个大气监测传感装置含有固定通用的温度、湿度、PM10、PM2.5、二氧化碳以及其它六种圆形传感器，最多可监测11种项目。

数据通信模块12可独立将监测数据实时传回地面工作站2。

所述无人机3为六旋翼或八旋翼的专业旋转翼无人机，其电气部分防雨水并可抗6级及以下风力、5摄氏度以上40摄氏度以下能正常飞行；该无人机包括机体31、导航模块32、飞行控制和飞控通信模块33以及电池34，所述测量装置安装于无人机上并由无人机电池提供直流电源向其供电，控制和通信模块与地面工作站相连接。

地面工作站2包括一套计算机系统，地面工作站设有相应的数据传输模块，分别与测量装置的数据通信模块和无人机的飞控通信模块进行通信，从而可以获取测量的数据以及控制和显示无人机的飞行数据。地面工作站还含有无人机大气监测监控软件，该软件可以设置无人机飞控参数，规划无人机飞行航线，控制无人机按规划航线飞行，设置大气传感装置工作参数，接收无人机飞行参数和数传图像，接收大气传感监测数据，分析处理上述数据，储存并在显示器上显示出来。地面工作站2中的计算机系统包括两部分功能，一部分用于接收和显示测量数据，另一部分用于控制和显示无人机飞行和当前飞行参数；这些软件在现有技术中均有成熟的案例，这部分内容也不是本实用新型改进的点，采用现有技术中的相关软件即可。

地面工作站2将飞行指令发送给无人机，同时接收发来的无人机飞行参数及图传数据；同时，地面工作站通过独立的无线数传通道接收测量装置的数据通信模块发来的连续监测数据，通过软件处理，与无人机飞行参数结合在一起，形成完整的大气监测数据，储存并在显示器上显示出来，即同时显示监测到的数据和无人机当前位置数据(即传统的工作站位置数据)，整合工作不需要特定的软件即可实现，一般技术人员根据需要可以很容易地设计出可以同时显示两种数据的软件。

当大气监测数据中某个项目超过设定的限度时，软件自动向无人机发送控制指令，使无人机暂时处于悬停状态，并控制机载相机、气体检测模块、温湿度传感器、颗粒物传感器等对大气进行重点监测，如果超出国家标准，则发出告警。

地面工作站处理过的数据，可以实时上传至环保部门的大气环境质量或大气污染监测数据平台，作为信息公开或者政府决策的依据。

在另一些较佳实施例中，该监测系统还包括遥控器，所述遥控器可与无人机通信模块相连接并向其发送控制指令而调整无人机飞行状态。所述遥控器可以手工控制，也可以接受地面工作站计算机系统的指令后转发至无人机，即地面工作站和无人机间的通信是通过遥控器进行的(同时接收经由遥控器发来的无人机飞行参数及图传数据，并传输给工作站)，遥控器设有相应按键可以供人工操作，也可以接受电脑信号后自动转发处理。

遥控器可独立控制或干预无人机的飞行；一般情况下，无人机按地面工作站预先规划好的航程飞行，包括航向、位置、高度、速度、姿态等，但在航行过程中，随时可通过遥控器进行人工干预，并能恢复按规划飞行和监测。遥控器向无人机发送飞行指令，无人机发回姿态、位置、高度、速度等参数，如果装有相机，无人机发回图传信息；遥控器将无人机发回的信息传给地面工作站。

此外，也可以通过遥控器人工控制无人机对空中某点或某区域进行重点监测。

Claims (6)

1.一种基于无人机的大气环境质量及污染物连续监测系统，其包括：测量装置(1)和地面工作站(2)，所述测量装置(1)包括数据采集传感器(11)和数据通信模块(12)，测量装置(1)通过数据通信模块(12)与地面工作站(2)相连接；其特征在于，所述连续监测系统还包括无人机(3)，所述无人机(3)包括机体(31)、导航模块(32)、飞控通信模块(33)以及电池(34)，所述测量装置(1)安装于无人机(3)上并由无人机电池供电，飞控通信模块(33)与地面工作站(2)相连接；所述数据采集传感器(11)包括固定式微型传感器和/或圆形可插拔传感器。

2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述固定式微型传感器包括温湿度传感器、小型光学颗粒物传感器和微型大量程非分散红外线二氧化碳传感器。

3.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述圆形可插拔传感器包括电化学传感器、PID紫外光学检测VOC的传感器。

4.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述无人机(3)为六旋翼或八旋翼的旋转翼无人机。

5.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述监测系统还包括遥控器，所述遥控器可与无人机通信模块相连接并向其发送控制指令而调整无人机飞行状态。

6.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述测量装置(1)外壳镂空，五面透风。