CN217879087U - 一种无人机co2探测系统及装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型第一方面提供了一种无人机CO2探测系统及装置，包括无人机飞行系统、无人机载CO2探测器、其他传感器、CO2地面显示端。本实用新型公开的一种无人机CO2探测系统及装置，采用了无人机搭配CO2探测器进行CO2探测工作，可以灵活快速地探测目标区不同高度、不同位置的CO2实时浓度，解决了现有技术中探测器位置固定，无法灵活探测不同位置的问题，采用了所述图传系统，使飞行器探测过程中，可实时显示高清画面，更加有助于使用者进行操控无人机，采用多种传感器同时进行数据采集，可给使用者带来被监测区域CO2浓度的更加直观、具体、全面的分析结果，将CO2传感器设置在无人机上部的机身中心，避免了旋翼气流对传感器读数的影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及无人机探测技术领域，尤其涉及一种无人机CO2探测系统及装置。
背景技术
我国在二氧化碳封存与利用处于起步阶段，对二氧化碳地质封存的环境监测亦是处于探索阶段，但二氧化碳封存的安全性是维护社会民生、保持生态环境安全不可忽视的重要因素。因此利用经济、有效地监测方法，或将若干种方法集成创新成为经济有效的立体监测技术体系，实现CO2地质封存的环境监测是将是未来减少碳排放，提高能源产量的重要技术体系。二氧化碳的地质封存区的环境和地形监测方法主要包括近地表监测、地表监测和地下监测三大类。但地表监测和地下监测大多需要在井区现场布设仪器，成本高，耗时长。而运行在空间和低空的卫星、无人机等遥感传感器可以快速、高效的获取近地表和地表的多源遥感数据，进行二氧化碳地质封存遥感监测。利用无人机飞行平台，集成光学相机、热成像相机、CO2传感器，快速高效的获取研究区的超高分辨率正射影像、数字高程模型、实景三维模型、热红外地表温度、CO2浓度等科学数据，从而监测地表和近地表植被、水体、基础设施、温度、空气等的环境变化和地形变化。
为了实现二氧化碳地质封存区低空CO2浓度的大范围、快速监测，研究一套快速、灵活且适用于封存区面积大、落差大的复杂地形地貌区域的CO2气体监测技术同样十分重要。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种无人机CO2探测系统及装置，以解决上述现有技术的不足。
实用新型内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是目前现有技术公开的CO2气体检测方法一般采用定点监测，无法适用于面积大、落差大的复杂地形地貌区域的问题。
为实现上述目的，本实用新型第一方面提供了一种无人机CO2探测系统，包括飞行模块、无人机载CO2探测模块、其他传感模块、CO2地面显示模块；所述无人机载CO2探测模块、其他传感模块搭载于飞行模块；所述无人机载CO2探测模块的检测信息传送至CO2地面显示模块；
进一步地，所述飞行模块具体为无人机飞行模块；
本实用新型第二方面提供了一种应用上述本实用新型第一方面无人机CO2探测系统的无人机CO2探测装置，包括无人机飞行装置、无人机载CO2探测器、其他传感器、CO2地面显示端；
进一步地，所述无人机飞行系统装置包括无人机飞行平台、无人机地面控制系统；
进一步地，所述无人机飞行平台包括数据存储模块、图传系统；
进一步地，所述无人机载CO2探测器包括CO2传感器、GPS传感器、数据采集模块、主控芯片、通讯模块；
进一步地，所述其他传感器包括可见光传感器、热红外传感器、激光雷达传感器中的一种或多种；
进一步地，实用新型所述本实用新型第一方面无人机CO2探测系统，所述本实用新型第二方面的无人机CO2探测装置，具体包括无人机飞行系统、CO2传感器、GPS传感器、通讯模块、光学相机、CO2地面显示端；所述无人机飞行系统包括无人机飞行平台、无人机地面控制系统；所述CO2传感器位于无人机飞行平台的顶面中部；所述GPS传感器位于无人机飞行平台的上部；所述通讯模块位于无人机飞行平台的侧面；所述光学相机位于无人机飞行平台的底侧；所述无人机地面控制系统包括遥控器、地面站软件；
进一步地，所述无人机飞行平台包括中央控制模块、底部云台、顶部放置台、无人机旋翼、无人机旋翼电机、机臂、起落架、定位装置安装支架、通讯模块；所述底部云台固定连接于中央控制模块底面；所述顶部放置台固定连接于中央控制模块顶面中部；所述机臂一端连接于中央控制模块四周侧面；所述无人机旋翼电机连接于机臂一端；所述无人机旋翼的转轴连接于无人机旋翼电机上；所述起落架位于中央控制模块底侧，包括连接杆、降落杆，所述连接杆一端固定连接于中央控制模块四周，另一端固定连接于降落杆中部，所述降落杆水平放置；所述定位装置安装支架一端固定连接于中央控制模块顶面一侧边缘，另一端朝上放置；所述通讯模块安装于起落架的竖直连接杆上，所述通讯模块与CO2地面显示端无线连接；；
进一步地，所述中央控制模块内部包括主控芯片、数据存储模块、图传系统；所述主控芯片与CO2传感器、GPS传感器连接；所述数据存储模块与主控芯片连接；所述图传系统与无人机地面控制系统无线连接；
进一步地，所述CO2传感器包括CO2进气泵；所述CO2传感器安装于中央控制模块顶面的顶部放置台上；所述CO2进气泵位于中央控制模块顶面中部；所述GPS传感器安装于定位装置安装支架上；所述通讯模块安装于起落架上的连接杆上；所述光学相机安装于中央控制模块底部云台上；
进一步地，所述光学相机包括可见光传感器、热红外传感器；所述可见光传感器、热红外传感器与图传系统连接；
在本实用新型具体实施方式中，所述无人机飞行系统采用DJI Matrice M200四旋翼无人机；
在本实用新型具体实施方式中，所述CO2传感器采用LARK-1 CO2 10000PPM红外二氧化碳传感器；
在本实用新型具体实施方式中，所述主控芯片采用Arduino Mega 2560模块中的核心处理器ATmega2560芯片；
在本实用新型具体实施方式中，所述通讯模块采用Amsamotion LORA 100无线透传模块；
在本实用新型具体实施方式中，所述GPS传感器采用GT-U12双频多系统定位模组；
在本实用新型具体实施方式中，所述数据存储模块采用Micro SD卡读写模块；
本实用新型第三方面提供上述本实用新型所述应用无人机CO2探测系统的无人机CO2探测装置的CO2探测方法，具体包括以下步骤：
步骤1、根据监测要求，制定飞行参数；
步骤2、根据步骤1中制定的飞行参数操控所述无人机飞行平台在指定地点悬停、飞越；
步骤3、所述数据采集模块通过CO2传感器对指定位置的CO2浓度进行采集，通过GPS传感器对指定位置的位置信息进行采集；
步骤4、所述主控芯片将数据采集模块采集到的数据进行格式转换和整合后存入数据存储模块；
步骤5、所述通讯模块将步骤4中存入数据存储模块的数据无线传输至CO2地面显示端；
步骤6、所述其他传感器采集数据存入数据存储模块；
步骤7、所述图传系统将步骤6中存入数据存储模块的数据传输至无人机地面控制系统；
步骤8、无人机飞行平台降落后，对步骤4与步骤6中存入数据存储模块中的数据进行数据处理和解译，绘制监测区域CO2浓度空间分布、光学和温度异常等图件；
进一步地，所述步骤1中，所述飞行参数包括飞行高度、飞行速度、飞行范围；
进一步地，所述步骤1中，所述飞行高度为0～500m；
进一步地，所述步骤1中，所述飞行速度为0～23m/s；
进一步地，所述步骤1中，所述飞行范围为半径1000m，高度为500m的圆柱形区域；
进一步地，所述步骤2中，所述无人机飞行平台操控方式为自动操控、手动遥控；
进一步地，所述步骤2中，所述自动操控为在无人机地面控制系统完成任务航线规划，将航线上传至无人机飞行平台，之后无人机飞行平台自动到达监测点，在指定地点悬停、飞越；
进一步地，所述步骤2中，所述手动遥控为根据现场监测条件，手动遥控无人机飞行平台到达指定监测位置，在指定地点悬停、飞越；
进一步地，所述步骤3中，所述位置信息包括时间、经度、纬度、高度、位置精度；
进一步地，所述步骤6中，所述采集数据包括光学照片、热成像数据、多光谱数据；
在本实用新型具体实施方式中，所述步骤1中，所述飞行高度为60m；
在本实用新型另一具体的实施方式中，所述步骤1中，所述飞行高度为10m；
在本实用新型具体实施方式中，所述步骤1中，所述飞行速度为3m/s；
在本实用新型另一具体的实施方式中，所述步骤1中，所述飞行速度为2m/s；
在本实用新型具体实施方式中，所述步骤1中，所述飞行范围为某热力厂周围100m半径区域；
在本实用新型另一具体的实施方式中，所述步骤1中，所述飞行范围为某种植地周围100m半径区域；
在本实用新型具体实施方式中，所述步骤2中，所述无人机飞行平台操控方式为自动操控；
在本实用新型另一具体的实施方式中，所述步骤2中，所述无人机飞行平台操控方式为手动遥控；
采用以上方案，本实用新型公开的一种无人机CO2探测系统及装置，具有以下优点：
(1)本实用新型的一种无人机CO2探测系统及装置，本实用新型采用了无人机搭配CO2探测器进行CO2探测工作，使CO2探测过程更加快速、灵活，更能应对CO2封存区面积大、落差大的复杂地形地貌区域，可以灵活快速地探测封存区不同高度、不同位置的CO2实时浓度，解决了现有技术中探测器位置固定，无法灵活探测不同位置的问题；
(2)本实用新型的一种无人机CO2探测系统及装置，采用了所述图传系统，使飞行器探测过程中，可实时显示高清画面，稳定传输高清图像以及上下行数据，更加有助于使用者进行操控无人机；
(3)本实用新型的一种无人机CO2探测系统及装置，采用了所述CO2探测器、GPS传感器以及可见光传感器、热红外传感器同时进行监测与数据采集，再通过对采集到的数据进行处理和解译，从而绘制出监测区域CO2浓度空间分布、光学和温度异常等图件，可给使用者带来被监测区域CO2浓度的更加直观、具体、全面的分析结果。
(4)本实用新型的一种无人机CO2探测系统及装置，所述无人机旋翼在飞行时产生复杂的气流，影响到CO2气体浓度的测量，根据前人提出的动态模拟无人机旋翼下方气体扩散的普适性数学模型，该模型已被证实旋翼气流对以桨叶长度为直径的圆柱形区域有影响，而对旋翼气流以外的气体传感器读数无实质影响，故将CO2传感器设置在无人机上部的机身中心，以避免旋翼气流对传感器读数的影响；
综上所述，本实用新型公开的一种无人机CO2探测系统及装置，采用了无人机搭配CO2探测器进行CO2探测工作，可以灵活快速地探测目标区不同高度、不同位置的CO2实时浓度，解决了现有技术中探测器位置固定，无法灵活探测不同位置的问题，采用了所述图传系统，使飞行器探测过程中，可实时显示高清画面，更加有助于使用者进行操控无人机，采用多种传感器同时进行数据采集，可给使用者带来被监测区域CO2浓度的更加直观、具体、全面的分析结果，将CO2传感器设置在无人机上部的机身中心，避免了旋翼气流对传感器读数的影响。
以下将结合具体实施方式对本实用新型的构思、具体技术方案及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。
附图说明
图1为本发明无人机CO2探测系统，各模块构成图
图2为本发明无人机CO2探测系统，各部分关系图；
图3为本发明无人机CO2探测系统，工作流程图；
图4为应用本发明无人机CO2探测系统的无人机CO2探测装置，结构示意图；
图5为某热力厂无人机CO2探测系统飞行测试结果图；
图中，1、无人机飞行系统；101、无人机飞行平台；102、无人机地面控制系统；2、无人机载CO2探测器；201、CO2传感器；202、GPS传感器；203、数据采集模块；204、主控芯片；205、通讯模块；3、其他传感器；301、可见光传感器；302、热红外传感器；4、CO2地面显示端；5、图传系统；6、数据存储模块；7、中央控制模块；8、底部云台；9、机臂；10、无人机旋翼电机；11、无人机旋翼；12、顶部放置台；13、定位装置安装支架；14、CO2传感器；15、CO2进气泵；16、连接杆；17、降落杆；18、通讯模块。
具体实施方式
以下介绍本实用新型的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本实用新型可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，这些实施例为示例性描述，本实用新型的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
如若有未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，如相关说明书或者手册进行实施。
实施中所用装置：
无人机飞行系统1采用DJI Matrice M200四旋翼无人机；
CO2传感器201采用LARK-1 CO2 10000PPM红外二氧化碳传感器；
主控芯片204采用Arduino Mega 2560模块中的核心处理器ATmega2560芯片；
通讯模块205采用Amsamotion LORA 100无线透传模块；
GPS传感器202采用GT-U12双频多系统定位模组；
数据存储模块6采用Micro SD卡读写模块；
应用本实用新型无人机CO2探测系统的无人机CO2探测装置,结构如图4所示，
本实用新型的无人机CO2探测装置，包括无人机飞行系统1、CO2传感器201、GPS传感器202、通讯模块205、光学相机、CO2地面显示端4；所述无人机飞行系统1包括无人机飞行平台101、无人机地面控制系统102；所述CO2传感器201位于无人机飞行平台101的顶面中部；所述GPS传感器202位于无人机飞行平台101的上部；所述通讯模块205位于无人机飞行平台101的侧面；所述光学相机位于无人机飞行平台101的底侧；所述无人机地面控制系统102包括遥控器、地面站软件；
所述无人机飞行平台101包括中央控制模块7、底部云台8、顶部放置台12、无人机旋翼11、无人机旋翼电机10、机臂9、起落架、定位装置安装支架13、通讯模块205；所述底部云台8固定连接于中央控制模块7底面；所述顶部放置台12固定连接于中央控制模块7顶面中部；所述机臂9一端连接于中央控制模块7四周侧面；所述无人机旋翼电机10连接于机臂9一端；所述无人机旋翼11的转轴连接于无人机旋翼电机10上；所述起落架位于中央控制模块7底侧，包括连接杆16、降落杆17，所述连接杆16一端固定连接于中央控制模块7四周，另一端固定连接于降落杆17中部，所述降落杆17水平放置；所述定位装置安装支架13一端固定连接于中央控制模块7顶面一侧边缘，另一端朝上放置；所述通讯模块205安装于起落架的竖直连接杆16上，所述通讯模块205与CO2地面显示端4无线连接；；
所述中央控制模块7内部包括主控芯片204、数据存储模块6、图传系统5；所述主控芯片204与CO2传感器201、GPS传感器202连接；所述数据存储模块6与主控芯片204连接；所述图传系统5与无人机地面控制系统102无线连接；
所述CO2传感器201包括CO2进气泵15；所述CO2传感器201安装于中央控制模块7顶面的顶部放置台12上；所述CO2进气泵15位于中央控制模块7顶面中部；所述GPS传感器202安装于定位装置安装支架13上；所述通讯模块205安装于起落架上的连接杆16上；所述光学相机安装于中央控制模块7底部云台8上；
所述光学相机包括可见光传感器301、热红外传感器302；所述可见光传感器301、热红外传感器302与图传系统5连接；
实施例1、无人机CO2探测装置使用
步骤1、选定测试地点为某热力厂，根据监测要求，制定飞行参数，飞行高度为60m、飞行速度为3m/s、飞行范围为某热力厂周围100m半径区域；
步骤2、根据步骤1中制定的飞行参数，选择自动操控方式，在无人机地面控制系统102完成任务航线规划，将航线上传至无人机飞行平台101，之后无人机飞行平台101自动到达监测点，在指定地点悬停、飞越；
步骤3、所述数据采集模块203通过CO2传感器201对指定位置的CO2浓度进行采集，通过GPS传感器202对指定位置的位置信息进行采集；
步骤4、所述主控芯片204将数据采集模块203采集到的数据进行格式转换和整合后存入数据存储模块6；
步骤5、所述通讯模块205将步骤4中存入数据存储模块6的数据无线传输至CO2地面显示端4；
步骤6、所述其他传感器3采集数据存入数据存储模块6；
步骤7、所述图传系统5将步骤6中存入数据存储模块6的数据传输至无人机地面控制系统102；
步骤8、无人机飞行平台101降落后，对步骤4与步骤6中存入数据存储模块6中的数据进行数据处理和解译，绘制监测区域CO2浓度空间分布、光学和温度异常等图件；
测试结果如例图4所示；
实施例2、无人机CO2探测装置使用
步骤1、选定测试地点为某种植地，根据监测要求，制定飞行参数，飞行高度为10m、飞行速度为2m/s、飞行范围为某种植地周围100m半径区域；
步骤2、根据步骤1中制定的飞行参数，选择手动遥控方式，根据现场监测条件，手动遥控无人机飞行平台101到达指定监测位置，在指定地点悬停、飞越；
步骤3、所述数据采集模块203通过CO2传感器201对指定位置的CO2浓度进行采集，通过GPS传感器202对指定位置的位置信息进行采集；
步骤4、所述主控芯片204将数据采集模块203采集到的数据进行格式转换和整合后存入数据存储模块6；
步骤5、所述通讯模块205将步骤4中存入数据存储模块6的数据无线传输至CO2地面显示端4；
步骤6、所述其他传感器3采集数据存入数据存储模块6；
步骤7、所述图传系统5将步骤6中存入数据存储模块6的数据传输至无人机地面控制系统102；
步骤8、无人机飞行平台101降落后，对步骤4与步骤6中存入数据存储模块6中的数据进行数据处理和解译，绘制监测区域CO2浓度空间分布、光学和温度异常等图件；
对比例3、现有CO2浓度探测装置使用试验
步骤1、将地面CO2浓度探测装置移动至实施例1的某热力厂的测试地点，连通电源使其正常工作；
步骤2、根据测试地点具体情况，预先设定好若干个测试点位；
步骤3、将装置分别移动至各个测试点位进行测试，取得测试数据之后，再依次移动至下一个点位；
步骤4、待装置在各个测试点位进行测试之后，将得到的数据进行整合处理。
结果数据：
实施例1的烟囱正上方CO2浓度最高，并向东西和南北方向渐弱；同时在风下游的烟囱北侧和东侧扩散范围更广，并得到了清晰的测试地点俯视图(如图4所示)，以及CO2在测试地点具体的浓度分布。
对比例3的测试数据显示，CO2浓度分布在该区域无明显区分；无法测得高空各个不同区域的CO2浓度分布变化；无法得出整个区域CO2浓度分布变化；
表明，相对于对比例3的现有地面CO2浓度探测装置，本实用新型无人机CO2探测装置进行区域CO2探测时，可以对不同位置的CO2浓度进行实时跟踪测量；给使用者带来被监测区域CO2浓度的更加直观、具体、全面的分析结果；
另外，对本实施例1的飞行测试进行超长时间检测，结果显示，系统飞行稳定，数据传输正常，有效数据传输和控制范围为1km左右，可完成低空CO2浓度的快速、灵活探测，同时采集的多维数据可以为准确、快速、高效的CO2监测提供技术支持。
本实用新型其他实施例得到的一种无人机CO2探测系统及装置具有与上述相似的有益效果；
本实用新型其他实施方式得到的一种无人机CO2探测系统及装置具有与上述相似的有益效果。
以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的试验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种无人机CO2探测系统，其特征在于，包括飞行模块、无人机载CO2探测模块、其他传感模块、CO2地面显示模块；所述无人机载CO2探测模块、其他传感模块搭载于飞行模块；所述无人机载CO2探测模块的检测信息传送至CO2地面显示模块。
2.一种应用权利要求1所述无人机CO2探测系统的无人机CO2探测装置，其特征在于，
包括无人机飞行系统(1)、无人机载CO2探测器(2)、其他传感器(3)、CO2地面显示端(4)；所述无人机飞行系统(1)包括无人机飞行平台(101)、无人机地面控制系统(102)；所述无人机飞行平台(101)包括数据存储模块(6)、图传系统(5)；所述无人机载CO2探测器(2)包括CO2传感器(201)、GPS传感器(202)、数据采集模块(203)、主控芯片(204)、通讯模块(205)；所述其他传感器(3)包括可见光传感器(301)、热红外传感器(302)、激光雷达传感器中的一种或多种。
3.如权利要求2所述无人机CO2探测装置，其特征在于，
包括无人机飞行系统(1)、CO2传感器(201)、GPS传感器(202)、通讯模块(205)、光学相机、CO2地面显示端(4)；所述无人机飞行系统(1)包括无人机飞行平台(101)、无人机地面控制系统(102)；所述CO2传感器(201)位于无人机飞行平台(101)的顶面中部；所述GPS传感器(202)位于无人机飞行平台(101)的上部；所述通讯模块(205)位于无人机飞行平台(101)的侧面；所述光学相机位于无人机飞行平台(101)的底侧；所述无人机地面控制系统(102)包括遥控器、地面站软件。
4.如权利要求3所述无人机CO2探测装置，其特征在于，
所述无人机飞行平台(101)包括中央控制模块(7)、底部云台(8)、顶部放置台(12)、无人机旋翼(11)、无人机旋翼电机(10)、机臂(9)、起落架、定位装置安装支架(13)、通讯模块(205)；所述底部云台(8)固定连接于中央控制模块(7)底面；所述顶部放置台(12)固定连接于中央控制模块(7)顶面中部；所述机臂(9)一端连接于中央控制模块(7)四周侧面；所述无人机旋翼电机(10)连接于机臂(9)一端；所述无人机旋翼(11)的转轴连接于无人机旋翼电机(10)上；所述起落架位于中央控制模块(7)底侧，包括连接杆(16)、降落杆(17)，所述连接杆(16)一端固定连接于中央控制模块(7)四周，另一端固定连接于降落杆(17)中部，所述降落杆(17)水平放置；所述定位装置安装支架(13)一端固定连接于中央控制模块(7)顶面一侧边缘，另一端朝上放置；所述通讯模块(205)安装于起落架的竖直连接杆(16)上，所述通讯模块(205)与CO2地面显示端(4)无线连接。
5.如权利要求4所述无人机CO2探测装置，其特征在于，
所述中央控制模块(7)内部包括主控芯片(204)、数据存储模块(6)、图传系统(5)；所述主控芯片(204)与CO2传感器(201)、GPS传感器(202)连接；所述数据存储模块(6)与主控芯片(204)连接；所述图传系统(5)与无人机地面控制系统(102)无线连接。
6.如权利要求3所述无人机CO2探测装置，其特征在于，
所述CO2传感器(201)包括CO2进气泵(15)；所述CO2传感器(201)安装于中央控制模块(7)顶面的顶部放置台(12)上；所述CO2进气泵(15)位于中央控制模块(7)顶面中部；所述GPS传感器(202)安装于定位装置安装支架(13)上；所述通讯模块(205)安装于起落架上的连接杆(16)上；所述光学相机安装于中央控制模块(7)底部云台(8)上；所述光学相机包括可见光传感器(301)、热红外传感器(302)；所述可见光传感器(301)、热红外传感器(302)与图传系统(5)连接。
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2022
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| CN117129053B (zh) * | 2023-10-26 | 2024-02-02 | 西安中碳环境科技有限公司 | 基于测量温室气体流量的碳排放计量装置 |
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