TWI700593B

TWI700593B - 應用飛行載具之汙染源搜尋系統及其方法

Info

Publication number: TWI700593B
Application number: TW107136221A
Authority: TW
Inventors: 黎少倫; 陳家興
Original assignee: 碁曄科技股份有限公司
Priority date: 2018-10-15
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2020-08-01
Also published as: TW202016750A

Abstract

一種應用飛行載具之汙染源搜尋系統及其方法，係於至少一個飛行載具飛行過程中，進行收集該飛行載具周圍的空氣品質數據並回傳至一後台伺服設備，並將偵測之空氣品質數據進行向量運算分析，以找出污染源飄來的方向，之後使該飛行載具朝向該方向範圍進行飛行並收集空氣品質數據、用以進行判斷污染源的位置。

Description

應用飛行載具之汙染源搜尋系統及其方法

本發明是有關一種應用飛行載具之汙染源搜尋系統及其方法，特別是一種能夠透過飛行載具進行搜尋汙染源之方向的系統及其方法。

空氣中充滿許多不可見的灰塵與污染物，其中細小懸浮微粒如： PM2.5及PM1.0，由人體吸入後可能會進入喉嚨、附著於人體呼吸系統或進入血管中隨著血液循環等風險，而導致人體器官造成影響與病變。

近年來，空氣污染議題愈加受到重視，官方環保單位在各地區設有空污測站以監測空氣汙染情形且將監測數據收集比對與校正後，並於官網上公布空氣污染之資訊，而大眾能由官方公布之資訊了解大區域性的空氣品質，但無法得知目前所處的地點或較小區域性的空氣污染資訊。

因此，若能夠搭配一飛行載具進行區域性偵測空汙狀態，並透過演算法進行判斷汙染源方向後，再驅動飛行載具往汙染源方向移動，以進行收集污染源周圍的汙染數據，因此本發明應為一最佳解決方案。

本發明應用飛行載具之汙染源搜尋系統，係包含：至少一個飛行載具，係包含一微控制器，係能夠依據一個以上的座標數據進行改變該飛行載具之飛行路徑，以使該飛行載具能夠於一立體空間範圍內進行飛行；至少一個環境監測感測器，係與該微控制器電性連接，而該環境監測感測器用以監測所有座標數據的空氣品質數據；一網路連線單元，係與該微控制器電性連接，而該網路連線單元係用以透過一網路連線方式進行資料傳輸，以將該飛行載具之飛行路徑所收集的空氣品質數據傳送出去；一後台伺服設備，係能夠與該飛行載具連線，而該後台伺服設備係包含一資料傳輸單元，用以接收該飛行載具所偵測之空氣品質數據；一向量運算單元，係與該資料傳輸單元相連接，用以將該飛行載具所偵測之空氣品質數據進行向量運算分析，以分析出污染源飄來的方向；一汙染源搜尋單元，係與該向量運算單元及該資料傳輸單元相連接，用以依據污染源飄來的方向建立出一汙染源搜尋飛行路徑，並透過該飛行載具於該汙染源搜尋飛行路徑上進行尋找污染源並收集污染源周圍的空氣品質數據。

更具體的說，所述環境監測感測器所偵測之空氣品質數據係包含但不限於O₃ 、CO、SO₂ 、NO₂ 、PM2.5、PM1.0、PM10、溫度、濕度或/及大氣壓力。

更具體的說，所述網路連線方式係包含但不限於行動網路連線、藍芽連線或/及WIFI連線。

更具體的說，所述飛行載具於該汙染源搜尋飛行路徑上收集空氣品質數據後，該飛行載具之微控制器或/及該後台伺服設備能夠依據所偵測空氣品質數據進行邊緣演算，並依據邊緣演算結果進行改變該飛行載具之飛行路徑、以使該飛行載具能夠於一立體空間範圍內進行飛行，而該飛行載具能夠持續依據改變之飛行路徑進行收集新的空氣品質數據並回傳至該後台伺服設備。

更具體的說，所述飛行載具上更能夠裝載至少一組與該微控制器電性連接之攝影鏡頭，用以拍攝飛行載具周圍之環境圖像或影像數據，並能夠回傳至該後台伺服設備。

一種應用飛行載具之汙染源搜尋方法，其步驟為： (1) 於至少一個飛行載具飛行過程中，進行收集該飛行載具周圍的空氣品質數據並回傳至一後台伺服設備； (2) 該後台伺服設備能夠再將偵測之空氣品質數據進行向量運算分析，以分析出污染源飄來的方向，並建立出一汙染源搜尋飛行路徑；以及 (3) 該飛行載具能夠於汙染源搜尋飛行路徑上，進行尋找污染源並收集污染源周圍的空氣品質數據。

更具體的說，所述飛行載具於該汙染源搜尋飛行路徑上收集空氣品質數據後，能夠再依據所偵測空氣品質數據進行邊緣演算，以進行改變該飛行載具之飛行路徑，而該飛行載具能夠於一立體空間範圍內進行飛行，且能夠持續依據改變之飛行路徑進行收集新的空氣品質數據並回傳至該後台伺服設備。

有關於本發明其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

請參閱第1A~1C圖，為本發明應用飛行載具之汙染源搜尋系統及其方法之整體架構示意圖、飛行載具之架構示意圖及後台伺服設備之架構示意圖，由圖中可知，該應用飛行載具之汙染源搜尋系統係包含有至少一個飛行載具1及一後台伺服設備2。

其中該飛行載具1係為無人機一類的可飛行機具，而該飛行載具1係包含一微控制器11、至少一個環境監測感測器12、一網路連線單元13（另外該飛行載具1亦能夠搭載至少一組的攝影鏡頭），該微控制器11係能夠依據一個以上的座標數據進行改變該飛行載具1之飛行路徑，而該網路連線單元13用以透過一網路連線方式（包含但不限於行動網路連線、藍芽連線或/及WIFI連線）進行資料傳輸，以將該飛行載具1之飛行路徑所收集的空氣品質數據傳送出去；

而該環境監測感測器12用以偵測取得該飛行載具周圍的空氣品質數據，該空氣品質數據係包含但不限於O₃ 、CO、SO₂ 、NO₂ 、PM2.5、PM1.0、PM10、溫度、濕度或/及大氣壓力；

該後台伺服設備2係包含一資料傳輸單元21、一向量運算單元22、一汙染源搜尋單元23，其中該資料傳輸單元21用以接收該飛行載具1所偵測之空氣品質數據，而該向量運算單元22能夠再將偵測之空氣品質數據進行向量運算分析，以分析出污染源飄來的方向，並建立出一汙染源搜尋飛行路徑；

之後，該汙染源搜尋單元23則能夠依據污染源飄來的方向建立出一汙染源搜尋飛行路徑，並透過該飛行載具1於該汙染源搜尋飛行路徑上收集空氣品質數據，並再由該飛行載具1之微控制器11或/及該後台伺服設備2找出空氣品質數據最高的座標數據（代表汙染源可能之位置），之後進行邊緣演算以產生出多個要偵測的座標，並依據邊緣演算結果進行改變該飛行載具1之飛行路徑，以使該飛行載具1能夠於汙染源可能之位置的立體空間範圍內進行飛行，如此將可取得汙染源周圍的空氣品質數據，並能夠進行照片或影片拍攝（若為夜間則進行紅外線照片拍攝）。

如第2圖所示，該載具汙染源搜尋方法之步驟為： (1) 於至少一個飛行載具飛行過程中，進行收集該飛行載具周圍的空氣品質數據並回傳至一後台伺服設備201； (2) 該後台伺服設備能夠再將偵測之空氣品質數據進行向量運算分析，以分析出污染源飄來的方向，並建立出一汙染源搜尋飛行路徑202；以及 (3) 該飛行載具能夠於汙染源搜尋飛行路徑上，進行尋找污染源並收集污染源周圍的空氣品質數據203。

其中步驟201及202，於飛行載具1起飛前，會先設定立體飛行巡航計畫，而該飛行載具1收集的空氣品質數據，更能夠結合空氣品質模式（參考參考環保署的空氣品質模式評估技術規範，https://www.epa.gov.tw/ct.asp?xItem=6138&ctNode=31309&mp=epa）進行向量演算（如在一般工業區屬於一般地形，故會採用BLP空氣品質模式），以進行判斷污染源飄來方向，並建立出一汙染源搜尋飛行路徑；

而結合空氣品質模式來進行向量演算的方法，舉例當偵測標的物為微粒物時，當飛行載具在飛行過程中探知到連續異常數據時，自動進行該地立體矩陣的數據搜集，得到數據後利用高斯烟流模式（高斯煙流模式主要是假設垂直於煙流中心線的濃度分佈遵循高斯分佈，煙流中心線即為固定風場的風向，煙流沿此線移動，最大濃度也發生在中心線。垂直於此中心線的擴散尺度為下風距離及大氣穩定度的函數）得到矩陣內的中心線，該中心線會包含數據大小與方向，所以可獲得污染源飄來方向。

而得到方向後，如步驟203，飛行載具1飛往該方向搜集數據，並當連續偵測到多個超過空汙標準的數據時（能夠判斷濃度最高區域為汙染源的可能位置），該飛行載具1或/及該後台伺服設備2能夠將現在的座標點進行邊緣演算，以得到相同/不同高度、相同/不同距離的多個座標點（每一個平面有多個相同或/及不同距離的座標點、每多個平面相距相同或/及不同高度），來進行飛行計畫更新，以引導飛行載具1執行新的飛行計劃，以於汙染源範圍內搜集空氣品質數據並進行照片及熱像儀拍攝，若為夜間則進行紅外線照片拍攝；

而上述提及的邊緣演算亦能夠用於步驟201之收集該飛行載具周圍的空氣品質數據並回傳至後台伺服設備之後，其中邊緣演算的演算過程舉例說明如下： (1) 當無人機飛行到某工廠上空，若連續偵測到5組數據超過PM2.5安全值（35.4微克/米³ ）的時候； (2) 該後台伺服設備2（或是該飛行載具1之微控制器11）將現在的座標點交由內建演算法進行運算，以得到六個不同高度，每個高度相距1公尺，每個平面六個矩形，每個矩型相距2公尺的多個座標點； (3) 之後，再由這些座標點建立新的飛行計劃，進而引導飛行載具1飛行，得到該立體矩陣內的空氣品質數據。

另外，該後台伺服設備2能夠將蒐集到的數據進行儲存，並再透過資料來訓練深度學習模型，以達到判斷與預測的目的，因此當得到立體矩陣中的空氣品質數據及搜尋污染結果後，能夠進行類神經網路訓練，進而可預測污染源位置、污染源型態；

舉例說明，當發現NO₂ 與SO₂ 較高時，類神經網路判斷是製造化學肥料的工廠造成的污染，經過外部資料伺服設備4查詢工廠目錄，找出附近化學肥料工廠位置，將其座標點傳回給該後台伺服設備2，再由該後台伺服設備2控制飛行載具1前往該地區做數據搜集與拍照動作，如此將能夠減少飛行載具1搜尋污染源時的面積、並進而減少飛行載具1的電池損耗，以增加搜尋效率。

另外，該飛行載具1更包含有一與該微控制器11電性連接之空氣幫浦裝置（Air pump），而該空氣幫浦裝置上更具有氣口快門（Air inlet shutter）（圖中未示），因此能夠引入固定體積的空氣，並藉由接近該氣口快門之環境監測感測器12進行偵測所引入之空氣中的各項數據，進而得出單位體積內的空氣污染程度。

本發明所提供之應用飛行載具之汙染源搜尋系統及其方法，與其他習用技術相互比較時，其優點如下： (1) 本發明能夠搭配飛行載具進行區域性偵測空汙狀態，並透過向量演算法進行分析出污染源飄來的方向。 (2) 本發明能夠驅動飛行載具往汙染源方向移動，並於移動過程中進行尋找多個較高空汙數據，並以多個較高空汙數據內的座標做為汙染源位置，之後再將汙染源位置進行邊緣演算，以改變該飛行載具的飛行計畫，用以收集汙染源周邊的空氣品質數據。

本發明已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此一技術領域具有通常知識者，在瞭解本發明前述的技術特徵及實施例，並在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。

1:飛行載具11:微控制器12:環境監測感測器13:網路連線單元14:攝影鏡頭2:後台伺服設備21:資料傳輸單元22:向量運算單元23:汙染源搜尋單元

[第1A圖]係本發明應用飛行載具之汙染源搜尋系統及其方法之整體架構示意圖。 [第1B圖]係本發明應用飛行載具之汙染源搜尋系統及其方法之飛行載具之架構示意圖。 [第1C圖]係本發明應用飛行載具之汙染源搜尋系統及其方法之後台伺服設備之架構示意圖。 [第2圖]係本發明應用飛行載具之汙染源搜尋系統及其方法之流程示意圖。

1:飛行載具

2:後台伺服設備

Claims

一種應用飛行載具之汙染源搜尋系統，係包含：至少一個飛行載具，係包含：一微控制器，係能夠依據一個以上的座標數據進行改變該飛行載具之飛行路徑，以使該飛行載具能夠於一立體空間範圍內進行飛行；至少一個環境監測感測器，係與該微控制器電性連接，而該環境監測感測器用以監測該飛行載具路徑上之座標數據的空氣品質數據；一網路連線單元，係與該微控制器電性連接，而該網路連線單元係用以透過一網路連線方式進行資料傳輸，以將該飛行載具之飛行路徑所收集的空氣品質數據傳送出去；一後台伺服設備，係能夠與該飛行載具連線，而該後台伺服設備係包含：一資料傳輸單元，用以接收該飛行載具所偵測之空氣品質數據；一向量運算單元，係與該資料傳輸單元相連接，用以將該飛行載具所偵測之空氣品質數據進行向量運算分析，以分析出污染源飄來的方向；一汙染源搜尋單元，係與該向量運算單元及該資料傳輸單元相連接，用以依據污染源飄來的方向建立出一汙染源搜尋飛行路徑，並透過該飛行載具於該汙染源搜尋飛行路徑上進行尋找污染源並收集污染源周圍的空氣品質數據；其中該飛行載具於該汙染源搜尋飛行路徑上收集空氣品質數據後，該飛行載具之微控制器能夠依據所偵測空氣品質數據進行邊緣演算，並依據邊緣演算結果進行改變該飛行載具之飛行路徑、以使該飛行載具能夠於一立體矩陣內進行飛行，而該飛行載具能夠持續依據改變之飛行路徑進行收集新的空氣品質數據並回傳至該後台伺服設備。
如請求項1所述之應用飛行載具之汙染源搜尋系統，其中該環境監測感測器所偵測之空氣品質數據係為O₃、CO、SO₂、NO₂、PM2.5、PM1.0、PM10、溫度、濕度或/及大氣壓力。
如請求項1所述之應用飛行載具之汙染源搜尋系統，其中該網路連線方式係為行動網路連線、藍芽連線或/及WIFI連線。
如請求項1所述之應用飛行載具之汙染源搜尋系統，其中該飛行載具上更能夠裝載至少一組與該微控制器電性連接之攝影鏡頭，用以拍攝飛行載具周圍之環境圖像或影像數據，並能夠回傳至該後台伺服設備。
一種應用飛行載具之汙染源搜尋方法，其步驟為：於至少一個飛行載具飛行過程中，進行收集該飛行載具周圍的空氣品質數據並回傳至一後台伺服設備；該後台伺服設備能夠再將偵測之空氣品質數據進行向量運算分析，以分析出污染源飄來的方向，並建立出一汙染源搜尋飛行路徑；以及該飛行載具能夠於汙染源搜尋飛行路徑上，進行尋找污染源並收集污染源周圍的空氣品質數據；其中飛行載具於該汙染源搜尋飛行路徑上收集空氣品質數據後，能夠再依據所偵測空氣品質數據進行邊緣演算，以進行改變該飛行載具之飛行路徑，而該飛行載具能夠於一立體矩陣內進行飛行，且能夠持續依據改變之飛行路徑進行收集新的空氣品質數據並回傳至該後台伺服設備。
如請求項5所述之應用飛行載具之汙染源搜尋方法，其中該環境監測感測器所偵測之空氣品質數據係為O₃、CO、SO₂、NO₂、PM2.5、PM1.0、PM10、溫度、濕度或/及大氣壓力。
如請求項5所述之應用飛行載具之汙染源搜尋方法，其中該飛行載具上更能夠裝載至少一組與該微控制器電性連接之攝影鏡頭，用以拍攝飛行載具周圍之環境圖像或影像數據，並能夠回傳至該後台伺服設備。