一．項目背景
大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測是我國環(huán)境保護工作的重要組成部分，傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測方式往往以地面設立監(jiān)測點為主，但是當面對地形廣闊、環(huán)境復雜、監(jiān)測設施數(shù)量有限等情況時，不僅會提高環(huán)境監(jiān)測的成本，影響工作效率以及數(shù)據(jù)傳輸實時性，還存在獲取的數(shù)據(jù)空間覆蓋程度有限、不能對污染物來源及其變化趨勢分析進行有效預測等問題。
圖1  無人機方案
圣凱安通過無人機技術、傳感器技術、GPRS技術以及軟件設計技術開發(fā)了一款基于無人機技術的大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，通過無人機作為搭載平臺，可以采集多種復雜地區(qū)環(huán)境條件下的大氣環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過無線網(wǎng)絡上傳至服務器，后端人員可實時通過終端對大氣環(huán)境數(shù)據(jù)進行查詢，解決了傳統(tǒng)的人工取樣范圍局限性，數(shù)據(jù)準確性、實時性等問題。
二．方案建設
2.建設原則
▲ 數(shù)據(jù)傳輸實時性：數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性是實施大區(qū)域精準化管理的基礎，高效快速地檢測方式可為后續(xù)一系列的治理措施提供支撐依據(jù)，
▲ 數(shù)據(jù)可視化：數(shù)據(jù)可視化能夠充分挖掘數(shù)據(jù)隱含的空間關聯(lián)，揭示氣體污染物的遷移轉化規(guī)律，有助于科研人員、監(jiān)測機構科學直觀地判讀并分析大氣污染情況，節(jié)約人力成本。
▲ 高空間分辨率：由于大氣污染物變化遷移的動態(tài)性，高空間分辨率能捕捉到更多的空氣質(zhì)量信息。此外，在污染源監(jiān)測的過程中，由于每種類型的污染源監(jiān)測重點存在一定差異，因此可以實施種類劃分，保證無人機監(jiān)測技術應用的針對性和有效性。
▲ 數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性：無人機大氣環(huán)境應用實時連續(xù)監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)應實時匯集至數(shù)據(jù)處理中心進行處理。
▲ 靈活便攜性：高強度的分辨率和靈活性能夠在同一時間內(nèi)進行多組分測試，并全天候、實時、連續(xù)、自動監(jiān)測。
3. 建設目標：
通過無人機搭載的智能氣體傳感器對大氣污染因子進行數(shù)據(jù)采集，并對采集終端進行統(tǒng)一管理和監(jiān)控，將采集到的大氣環(huán)境數(shù)據(jù)通過無線接入方式存儲到數(shù)據(jù)中心(云平臺)，通過在數(shù)據(jù)中心對采集的原始數(shù)據(jù)進行分析，產(chǎn)生分析結果數(shù)據(jù)，最終以服務的方式為演示終端軟件、 移動端APP或者第三方氣象、 環(huán)境應用提供數(shù)據(jù)支撐。
為全面客觀反映區(qū)域的空氣量狀況，了解區(qū)域內(nèi)大氣污染水平分布強度，分析區(qū)域內(nèi)整體大氣污染物的濃度水平和傳輸規(guī)律，研判大氣污染發(fā)生發(fā)展趨勢，為污染減排及監(jiān)控提供數(shù)據(jù)支撐。
三．系統(tǒng)架構：
無人機的大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要由大氣環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)匯聚平臺、多媒體應用綜合層所組成。
圖2系統(tǒng)架構
大氣環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：該部分主要由PM2.5傳感器、PM10傳感器、SO2濃度傳感器、溫濕度傳感、GPRS無線數(shù)據(jù)模塊等組成。由于無人機系統(tǒng)無法搭載質(zhì)量較大的設備，為了減少整個系統(tǒng)的重量，采用小型系統(tǒng)設計方案，更大限度地延長整個系統(tǒng)的飛行區(qū)域以及飛行時間。
數(shù)據(jù)匯聚平臺：采集到的數(shù)據(jù)通過GPRS傳輸?shù)皆破脚_，平臺再對采集到的數(shù)據(jù)進行處理、分析和儲存，同時利用ArcGIS Engine服務，實現(xiàn)采集的實時查詢分析，歷史調(diào)取以及繪制指定時段的歷史空氣質(zhì)量曲線等功能。
圖3通訊方式
多媒體應用綜合層：用戶可以通過云平臺將無人機采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)實時發(fā)布到多媒體廣告一體機、LED顯示屏、電視機或者平板電腦等各類多媒體顯示屏上。
四．產(chǎn)品介紹：
1.產(chǎn)品介紹
圖4無人機氣體檢測儀
圣凱安無人機氣體檢測儀是一款高性能的無人機環(huán)保監(jiān)測設備，可同時搭載6支傳感器，與無人機、汽車等移動載具相互配合，實現(xiàn)“去到哪里，檢測就到哪里”。同時，圣凱安還配備了專門的分析軟件，可以讓用戶更直觀地對氣體濃度、成分進行查閱。
圖5產(chǎn)品尺寸圖
檢測儀內(nèi)置的電化學傳感器模組在傳統(tǒng)技術的基礎上，提高了設備的穩(wěn)定性，能有效抵抗天氣，氣壓，風速等不定因素的影響，以達到高速行駛，快速穩(wěn)定，迅速抓拍，高清像素的效果。在硬件本身的安全方面，圣凱安技術人員通過改變外殼材料來保障內(nèi)部線路安全，達到防濕、防爆、抗壓的效果，保障監(jiān)測流程的順利進行，監(jiān)測任務的保質(zhì)保量完成。
圖6產(chǎn)品組成
2.產(chǎn)品優(yōu)勢：
? 軟件系統(tǒng)可以與多家無人機制造商包括大疆所有系列適配；
? 帶有自動識別功能，可任意設定檢測氣體，并顯示濕度、溫度、PM2.5、O3、PM10、VOCs等上千種氣體實時濃度值；
? 實時顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)，生成對應趨勢曲線，還可隨時與歷史數(shù)據(jù)查看比對。
? 為用戶解決了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、結果呈現(xiàn)、工作匯報、數(shù)據(jù)儲存等一整個流程問題，更大程度上地節(jié)省了時間與人力成本；
? 外殼采用防水、防風、防塵、防撞擊設計，大大增加了儀器的抗風險能力；
? 采集的數(shù)據(jù)具有超高的空間分辨率，可精確到每條街、每棟樓、甚至每個高度，且實現(xiàn)了ppb級別的檢測精度；
? 可同步實時顯示經(jīng)緯度、高度、飛機狀態(tài)、溫度、PM10、PM2.5，以及上千種氣體濃度值；
4. 產(chǎn)品優(yōu)勢
供電 12-24V
功耗 2W
重量 700g
GPRS 有
檢測氣體 見下表
傳輸方式 4G/數(shù)傳
工作溫度 -20℃-70℃
工作濕度 ＜95%RH
防護等級 IP