無人機(jī)氣體檢測儀

一．項(xiàng)目背景

大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測是我國環(huán)境保護(hù)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(shè)立監(jiān)測點(diǎn)為主，但是當(dāng)面對地形廣闊、環(huán)境復(fù)雜、監(jiān)測設(shè)施數(shù)量有限等情況時(shí)，不僅會(huì)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(shí)時(shí)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(jìn)行有效預(yù)測等問題。

圖1  無人機(jī)方案

圣凱安通過無人機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、GPRS技術(shù)以及軟件設(shè)計(jì)技術(shù)開發(fā)了一款基于無人機(jī)技術(shù)的大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，通過無人機(jī)作為搭載平臺(tái)，可以采集多種復(fù)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(luò)上傳至服務(wù)器，后端人員可實(shí)時(shí)通過終端對大氣環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，解決了傳統(tǒng)的人工取樣范圍局限性，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性等問題。

二．方案建設(shè)

1. 建設(shè)依據(jù)

《環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》HJ/T193-2005

《環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》HJ/T193-2013

《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》 GB 3095-2012

《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定》 HJ633-2012

《環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)技術(shù)規(guī)范》 HJ664-2013

《環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測規(guī)范》試行

《環(huán)境空氣質(zhì)量評價(jià)技術(shù)規(guī)范》（試行）HJ663-2013

《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（國發(fā)﹝2013﹞37 號(hào)）

《關(guān)于印發(fā)<2014 年全國環(huán)境監(jiān)測工作要點(diǎn)>的通知》（環(huán)辦﹝2014﹞2 號(hào)）

《京津冀及周邊地區(qū) 2017 年大氣污染防治工作方案》

《環(huán)境空氣顆粒物（PM2.5）手工監(jiān)測方法（重量法）技術(shù)規(guī)范》HJ 656-2013

《環(huán)境空氣質(zhì)量評價(jià)技術(shù)規(guī)范》（試行）HJ663-2013

《十三五環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量管理工作方案》 （粵環(huán)辦函〔2016〕364 號(hào)）

《京津冀及周邊地區(qū) 2017 年大氣污染防治工作方案》

《建筑施工場界噪聲限值》GB12523-90

《社會(huì)生活環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》GB22337-2008

2. 建設(shè)原則

▲ 數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性：數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性是實(shí)施大區(qū)域精準(zhǔn)化管理的基礎(chǔ)，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(guān)聯(lián)，揭示氣體污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，有助于科研人員、監(jiān)測機(jī)構(gòu)科學(xué)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(dòng)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(diǎn)存在一定差異，因此可以實(shí)施種類劃分，保證無人機(jī)監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用的針對性和有效性。

▲ 數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性：無人機(jī)大氣環(huán)境應(yīng)用實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)實(shí)時(shí)匯集至數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行處理。

▲ 靈活便攜性：高強(qiáng)度的分辨率和靈活性能夠在同一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行多組分測試，并全天候、實(shí)時(shí)、連續(xù)、自動(dòng)監(jiān)測。

3. 建設(shè)目標(biāo)：

通過無人機(jī)搭載的智能氣體傳感器對大氣污染因子進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并對采集終端進(jìn)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(chǔ)到數(shù)據(jù)中心(云平臺(tái))，通過在數(shù)據(jù)中心對采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，產(chǎn)生分析結(jié)果數(shù)據(jù)，最終以服務(wù)的方式為演示終端軟件、 移動(dòng)端APP或者第三方氣象、 環(huán)境應(yīng)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(qiáng)度，分析區(qū)域內(nèi)整體大為全面客觀反映區(qū)域的空氣量狀況，了解區(qū)域內(nèi)大氣污染水平分布強(qiáng)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(gòu)：

無人機(jī)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(tái)、多媒體應(yīng)用綜合層所組成。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)

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(jī)系統(tǒng)無法搭載質(zhì)量較大的設(shè)備，為了減少整個(gè)系統(tǒng)的重量，采用小型系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，更大限度地延長整個(gè)系統(tǒng)的飛行區(qū)域以及飛行時(shí)間。

數(shù)據(jù)匯聚平臺(tái)：采集到的數(shù)據(jù)通過GPRS傳輸?shù)皆破脚_(tái)，平臺(tái)再對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和儲(chǔ)存，同時(shí)利用ArcGIS Engine服務(wù)，實(shí)現(xiàn)采集的實(shí)時(shí)查詢分析，歷史調(diào)取以及繪制時(shí)段的歷史空氣質(zhì)量曲線等功能。

圖3 通訊方式

多媒體應(yīng)用綜合層：用戶可以通過云平臺(tái)將無人機(jī)采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)布到多媒體廣告一體機(jī)、LED顯示屏、電視機(jī)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(jī)氣體檢測儀

圣凱安無人機(jī)氣體檢測儀是一款高性能的無人機(jī)環(huán)保監(jiān)測設(shè)備，可同時(shí)搭載6支傳感器，與無人機(jī)、汽車等移動(dòng)載具相互配合，實(shí)現(xiàn)“去到哪里，檢測就到哪里”。同時(shí)，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(jìn)行查閱。

圖5 產(chǎn)品尺寸圖

檢測儀內(nèi)置的電化學(xué)傳感器模組在傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性，能有效抵抗天氣，氣壓，風(fēng)速等不定因素的影響，以達(dá)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(shù)人員通過改變外殼材料來保障內(nèi)部線路安全，達(dá)到防濕、防爆、抗壓的效果，保障監(jiān)測流程的順利進(jìn)行，監(jiān)測任務(wù)的保質(zhì)保量完成。

智慧云平臺(tái)的主要功能是采集數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理存儲(chǔ)，以及所在位置的定位，并最終將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛骘@示終端。平臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì)分別實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能需求，包括通信控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、虛擬儀表與數(shù)據(jù)顯示模塊、電子地圖模塊以及數(shù)據(jù)管理模塊五大模塊。

圖7 監(jiān)測系統(tǒng)框架

1. 平臺(tái)模塊

▲ 通信控制模塊：該模塊的功能為控制串口通信的開始關(guān)閉，設(shè)置串口號(hào)，傳輸波特率，校驗(yàn)參數(shù)等；

▲ 數(shù)據(jù)處理模塊：串口接收的數(shù)據(jù)幀經(jīng)由該模塊按照指令定義進(jìn)行解析處理，再送到虛擬儀表和顯示模塊進(jìn)行顯示。此外，操作人員下達(dá)的控制指令也會(huì)經(jīng)該模塊傳至無人機(jī)，保證無人機(jī)和地面站能穩(wěn)定，高效的通訊；

▲ 虛擬儀表與數(shù)據(jù)顯示模塊：該模塊的功能為飛行數(shù)據(jù)文本顯示及報(bào)警。飛行數(shù)據(jù)文本顯示及報(bào)警部分通過數(shù)字，文本的形式將數(shù)據(jù)直觀、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地顯示在操作人員面前；_-

▲ 電子地圖模塊：該模塊可以實(shí)現(xiàn)電子地圖的加載、地圖層設(shè)置、無人機(jī)位置的實(shí)時(shí)定位、飛行軌跡的繪制4大功能。；

▲ 數(shù)據(jù)管理模塊：無人機(jī)飛行數(shù)據(jù)的入庫、查詢、展示、數(shù)據(jù)檢查及數(shù)據(jù)導(dǎo)出等功能都由該模塊完成，分析與管理以飛行數(shù)據(jù)為支撐。

2. 功能優(yōu)勢

● 關(guān)鍵數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)展示：對檢測區(qū)域實(shí)時(shí)情況進(jìn)行展示，包括設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境數(shù)據(jù)、監(jiān)管參數(shù)等。以量化數(shù)據(jù)直觀、精準(zhǔn)展現(xiàn)大氣環(huán)境改善程度，保障治理防護(hù)工作開展，以及日常巡護(hù)監(jiān)管到位；

● 監(jiān)測參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控：管理人員可以在任何平臺(tái)通過瀏覽器登陸系統(tǒng)，查看監(jiān)測現(xiàn)場，直接操作現(xiàn)場設(shè)備；

● 業(yè)務(wù)決策高效率：基于云計(jì)算服務(wù)和大數(shù)據(jù)平臺(tái)技術(shù)支撐，面向多樣性海量數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理與關(guān)聯(lián)分析，更大化數(shù)據(jù)信息價(jià)值，提高業(yè)務(wù)決策效率；

● GPS實(shí)時(shí)定位：支持地圖比例尺縮放、搜索、定位等功能，適合客戶對每個(gè)下屬監(jiān)控點(diǎn)位進(jìn)行統(tǒng)一、分組管理，避免雜亂，一目了然。

● 數(shù)據(jù)報(bào)表打?。?/span>可以根據(jù)時(shí)間來制定日報(bào)、月報(bào)、季報(bào)和年報(bào)表。并可以導(dǎo)出 EXCEL 表格至本地；

● 統(tǒng)一管理用戶：不同的操作權(quán)限實(shí)現(xiàn)了不同級(jí)別操作人員對數(shù)據(jù)訪問范圍和數(shù)據(jù)讀寫性的嚴(yán)格控制，建立統(tǒng)一用戶管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)所有用戶的身份管理。