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无人机河流环境监测解决方案无人机空气质量环境监测方案,

人机空气质量环境监测方案

无人机空气质量环境监测方案

一、背景

随着城市与农村的拆迁改造,建筑工地施工等日渐增多,加上春季风大、气候干燥,空气里灰尘含量较大,不但影响市容市貌,更让我们出行备受粉尘污染之苦。

粉尘不会直接伤人,但对呼吸道和眼睛等器官会造成很大危害。粒径大于10微米的粉尘在空气中停留时间较短,在呼吸作用中可被有效地阻留在呼吸道上,不进入肺泡,但由于木粉尘中含有木焦油,这种物质由各种酚类和烃类组成,并含有致癌性较强的物质,长此以往,工人会部分的患有支气管炎、哮喘和肺气肿等,甚至致癌。粒径小于10微米以下的木粉,会直接进入人的肺部组织,沉淀于肺泡中,有可能引起肺组织的慢性纤维化,甚至导致肺心病、心血管病等一系列病变。而且这些可吸入物质还会将多种污染物或病菌带入肺部,对人体危害很大。粉尘如果弹入或飞入人的眼睛,会造成伤害,影响正常操作。另外木尘还是最危险的易燃物品之一,易引起火灾。北京未来智能科技有限公司无人机机载大气成分气体检测仪(SKA-2.0)专为无人机大气环境监测而设计的一款产品,通过配置高精度多种智能型气体传感器,可同时监测大气温度、湿度、PM10、PM2.5、SO?、NO?、CO、O等多种特征污染参数,配合地面端“无人机气体实时监测系统”实时查看无人机所在处环境的气体数据。

现如今无人机遥感技术作为继航空、航天遥感后的第3代遥感技术:具有立体监测、响应速度快、监测范围广、地形干扰小等优点,是今后进行大气突发事件污染源识别和浓度监测的重要发展方向之一。

二、无人机气体检测荷载特点

●软件可以支持多家无人机制造商包括大疆所有系列。

●上千种气体传感器可以随时更换,系统带有自动识别功能。

●外壳防水、防风、防尘、防撞击设计。

●实时显示监测数据,并生成对应的趋势曲线。

●可查看历史实时数据,并同时生成曲线分析图,列表和图表样式显示历史数据,方便对比查看。

●同时显示经纬度、高度、飞机状态、温度、湿度、PM1、PM2.5、PM10、上千种气体实时浓度值。

●检测精度可达到 ppb 级。

●实时无线传输数据到地面端,也可以通过 GPRS 实时传输到服务器。

三、无人机气体检测荷载参数

2.1.png

●适用:多旋翼无人机、固定翼
●检测气体:PM2.5、PM10、NO2、SO2、CO、O3、VOC 等
●电化学、激光
●重量:1000 克(7 参数)
●尺寸:220×145×60mm
●供电:12-24V
●数据传输方式:GPRS /数传
●工作环境温度:(-30~+60)℃
●工作环境湿度:(15 ~ 95)% RH 无凝露
●设备寿命:气体器件寿命 2 年


四、无人气体检测荷载尺寸图

五、无人机气体软件界面及数据分析

地面接收系统的软件Green Ear是专门设计的可用于上述监测检测数据接收、解码、显示、处理、报告并向云端上传的专用软件,它与通用飞控软件Mission Planner相结合,在获取飞行路径规划及飞行器飞行姿态数据的基础上加我司的气体检测设备的实时浓度值进行数据分析融合,并支持多探测器同步数据回传和处理功能。

数据分析平台,主要功能应包括实时数据展示、历史数据查询、区域的GPS经纬度、时间等信息同步传回地面接收系统。

(1)实时数据展示

平台可对各类监测数据进行实时展示。将空气质量气体传感器数据、有毒气体应急监测数据汇入到统一平台,统一管理,综合展示。气体传感器数据以不同颜色代表不同污染级别。

以下为近1小时内的实时数据。

(2)历史数据查询

将各点位的历史监测数据进行简单的统计分析,例如日变化分析、时间序列分析等,帮助采购方节约手动分析时间成本,同时还能够帮助采购方了解基本污染状况。

(3)区域污染概率分析

通过计算一段时间内,各区域污染超标的累积概率,能够得到经常发生污染的区域,即为超标重点区域,也可能为潜在污染源,管理者可根据分析结果对此类区域进行重点监管。

(4)污染排名统计

实时排名分析让采购方掌握新的污染动态,历史排名分析可以帮助采购方查找重点污染区域。

六、无人机气体检测系统

1 系统结构及工作原理

这套系统主要包括无人飞行器、NE sensor 气体检测、数传/GPRS、地面站/服务器、数据处理软件等构成。主要的作用于检测大气空气质量 AQI 与应急检测有毒有害气体,其精度可以达到 1PPB。改变了传统固定点的检测使得气体检测变得灵活、快速、准确、方便。

2 气体浓度数据采集的软件实现

气体检测这块有着成千上万种气体种类、量程、精度等。我司为了简化用户的操作与成本。我司特设计一套 7NE 系列的传感器。有着一整套完整的软件信息系统,把所有可以检测到的气体种类我们有效的划分开实现全部智能化的识别系统。客户可以根据不同的检测场景搭配不同的传感器;使得无人机气体检测非常灵活不受荷载的影响。数据采集主要如下图所示。

1 系统结构及工作原理

这套系统主要包括无人飞行器、NE sensor 气体检测、数传/GPRS、地面站/服务器、数据处理软件等构成。主要的作用于检测大气空气质量 AQI 与应急检测有毒有害气体,其精度可以达到 1PPB。改变了传统固定点的检测使得气体检测变得灵活、快速、准确、方便。

2 气体浓度数据采集的软件实现

气体检测这块有着成千上万种气体种类、量程、精度等。我司为了简化用户的操作与成本。我司特设计一套 7NE 系列的传感器。有着一整套完整的软件信息系统,把所有可以检测到的气体种类我们有效的划分开实现全部智能化的识别系统。客户可以根据不同的检测场景搭配不同的传感器;使得无人机气体检测非常灵活不受荷载的影响。数据采集主要如下图所示。

1 系统结构及工作原理

这套系统主要包括无人飞行器、NE sensor 气体检测、数传/GPRS、地面站/服务器、数据处理软件等构成。主要的作用于检测大气空气质量 AQI 与应急检测有毒有害气体,其精度可以达到 1PPB。改变了传统固定点的检测使得气体检测变得灵活、快速、准确、方便。

2 气体浓度数据采集的软件实现

气体检测这块有着成千上万种气体种类、量程、精度等。我司为了简化用户的操作与成本。我司特设计一套 7NE 系列的传感器。有着一整套完整的软件信息系统,把所有可以检测到的气体种类我们有效的划分开实现全部智能化的识别系统。客户可以根据不同的检测场景搭配不同的传感器;使得无人机气体检测非常灵活不受荷载的影响。数据采集主要如下图所示。

6.png

  3 传输协议

根据 7NE 系列气体传感器的通讯方式可以采用模拟电压、模拟电流、TTL、RS485,我司的采用的是 RS485、TTL 两组通讯方式。串口波特率 9600,校验位无,8 个数据位,1 个停止位;数值为 Hex

无人机河流环境监测解决方案

由于内陆水体环境复杂、水域面积相对小且污染类型多样,对数据精度要求较高,因此目前无人机遥感技术在内陆水环境监测中的应用研究相对较少,主要是利用无人机环境遥感技术从宏观上观测水质状况,航拍制作分辨率为0.1m的实景图像数据进行监测,并实时追踪和监测突发环境污染事件的发展,而在海洋中应用技术相对较为成熟,监测指标主要涵盖了水温、赤潮、海上溢油、水深、藻华等,传感器包括照相机、多光谱成像仪、CCD摄影机、轻型红外航扫仪、激光测深仪、成像光谱仪、化学传感器等。

在环境调查中,对地理信息的需求通常有如下困难:大面积观测、多时相观测、复杂区域观测、所需数据成果的多样性。而无人机低空摄影测量技术的兴起,为环境调查尤其是长度较长、区域复杂的河流环境调查提供了极大的便利。

无人机航空摄影测量系统是由无人机技术、遥感与测量技术、计算机技术等共同发展而融合的新技术,通常由硬件(包括无人机、相机、计算机等)、软件(地面站控制软件、相片处理软件、影像应用软件等)和售后服务团队组成。无人机航空摄影测量相对于常规测量具有如下的优势:

1) 机动性、灵活性、安全性。无人机复杂条件起降、飞行、危险恶劣环境下(森林火灾、火山爆发等)直接获取影像。

2)低成本获取数据。无人机遥感系统的购置、运行成本都大大低于卫星和载人飞机,其对场地和人员的技术要求也比载人飞机低,且日常维护简单,使遥感数据的获取成本大大降低。

   3)大面积观测。无人机观测的面积和多个因素相关,例如相机、需求的分辨率、飞行高度、飞行时间。以下是在250px的分辨率下,不同传感器的飞行高度以及单张照片的覆盖面积。

4)复杂区域观测。对于一些复杂区域例如河流、滩涂等常规测绘工具难以进入的区域,无人机测绘具有巨大优势。

5)分辨率高、多角度。低空多角度拍摄,直接获取地面纹理信息,有效避免卫星遥感和普通航空摄影测量建筑物遮挡问题。空间分辨率能达到分米甚至厘米级,可用于构建精确的数字模型和三维立体景观图。

6)成果丰富。无人机航空摄影测量系统能够提供丰富的测量成果,如点云、DEM、DSM、DOM,甚至三维模型。

                       河流沿岸的排污企业

  排污口将正射影像导入到谷歌地球,可以清晰地看出,无人机获取的正射影像跟原谷歌影像完美“拟合”,这样能查看排污口在地球上的绝对位置,方便工作人员实地查找。

               排污口在地球上的绝对位置

无人机的测绘系统有很多的优势,其中就包括实时性、低成本、响应快、灵活度高等特点。与普通的航空遥感相比,无人机有很多的优势,它可以在低空取得光学图像、地址地形图像,这一点有着其他测绘和监测方式不能取代的作用。无人机技术也逐渐的应用到水利工程的建设之中,无人机有利于提高水利工程的设计水平以及设计质量,还可以促进水利工程的健康发展。水利工程在人们的生活中发挥着重要的作用,提高水利工程建设的质量,可以提高人们的生活质量。本方案就无人机在水利工程中的应用进行了详细的探讨。我们用事实说话:无人机用于水利监测的技术已经比较成熟,主要有水利工程监测、洪涝灾害监测、干旱缺水监测、水环境污染监测、河床河道监测、内陆湖泊及水库监测和农田灌溉监测等。

2.1 无人机用于水污染监测

江苏无锡太湖水面蓝藻大面积暴发,严重污染了无锡自来水水源,对无锡人民的饮用水安全构成巨大威胁。为了对蓝藻漫延情况进行全方位掌握,国家气象总局使用无人机对太湖敏感地区的一定区域范围进行连续空中拍照,为下一步如何整治太湖蓝藻取得了重要的参考资料。

吉林市永吉县经济开发区的新亚强生物化工有限公司和吉林众鑫集团库房被冲毁致使库中存放的原料桶和空桶,经温德河进入松花江。吉林环保厅在化工桶冲出的当晚连夜制定了无人机应急监测方案,在松花江哈尔滨段上游的肇源、二松口、朱顺屯三个监测站,将手工监测和自动站监测结合,监测相关数据,使无人机遥感对治理河道安全保障、清污治理提供了有力的决策结果。

2.2 无人机用于洪涝灾害监测

2012年,我国洪涝台风灾害频发,长江和黄河上游干流分别出现 5 次和 4 次洪峰,三 峡水库迎来建库以来最大洪水,6 个强台风或台风在一个月内集中登陆。我国必须进一步巩 固和完善防洪保安体系,从整体上提高抗御洪涝灾害的能力和水平,无人机在洪涝灾害监测 中起到了关键的作用。比如在 2012 年 6 月中旬,台湾行政部门利用无人机对灾区进行监视。 据当地媒体报道,无人机被派往因暴雨发生洪灾的地区进行灾情监测,并且把实时情况下搜 集的资料迅速传往台湾的救援队总部,从而使得有可能对险情恶化地区采取应急措施。

2.3 无人机用于江湖及河道监测

无人机以及搭载的遥感数据采集、接收和处理等软硬件,通过虚拟现实、地理信息系统、遥感等技术手段的集成应用,可以对湖泊水库,河流河道的有关信息进行快速获取,为水利部门及环保部门提供方便、快捷、多角度的监控信息。

2.4 无人机用于冰凌应急监测

我国黄河流域每年都要遭受冰凌的危害,这是由于黄河流经内蒙古河段,在春季河流融冰时,上游溶解的冰块流动到仍然冰封的下游河段,形成冰坝,河水壅塞,抬高水位,形成凌汛。目前,我国排除凌汛的方法主要是利用空军轰炸机,用重型炸弹对黄河凌汛地段阻塞河道的冰坝进行破除。由于轰炸后的河段冰层大面积破裂,河道水流迅速加快,利用人工上冰探查炸弹落点十分危险。为了及时、准确地掌握黄河内蒙古段凌情、冰坝位置和轰炸效果,采用无人机进行应急监测,可以为排除黄河凌汛险情提供技术支持。无人机可以迅速发现或更新凌汛险情及堤防病害的发生、发展和变化情况等优点。如在 2011 年 3 月份,无人机在 三湖河口至昭君坟河段上空的一次飞行中,获取了数百张高新影像。

2.5 无人机用于堰塞湖等应急监测

1933 年叠溪大地震时发生了堰塞湖溃决,当时的灌县(现在的都江堰市)两岸建筑全部 毁坏,死亡5000人左右。在2008年的“5·12”大地震,造成了众多山体滑坡、河道堵塞,形成了多个堰塞湖,如同多个定时炸弹,时刻危及人民的生命安全。

堰塞湖大多发生在交通困难的地区,给人们进行监测带来了许多不便。由于无人机具有机动快速、使用成本低、维护操作简单等技术特点,可对堰塞湖的分布状况与动态变化等情况进行监测,为救援、及时消除隐患提供了第一手的信息和科学决策依据。比如在 2008 年 5 月 17 日,无人机对汶川地震后ft体滑坡、崩塌等导致的堰塞湖进行了拍摄。

3.无人机方案介绍

3.1 项目实施方法:

案例,我公司运用无人机对辽宁省阜新市的水利项目做了航拍,阜新市的河道要求满足大比例尺、高精度、生成质量报告、支持多种文件格式输出等。均可以得到满足。

首先我们要确定测区的范围,然后制定航拍的任务;要确定当天的天气状况,无人机航拍,气象条件的好坏是前提,出发航拍之前,要掌握当日天气情况,并观察云层厚度、光照和空气能见度;到现场后要测定现场的风速,M600无人机可抗 6 级风速,适应温度在零下 20°C~60°C 之间;选择场地架设电台,起飞点通常事先进行考察,要求现场比较平坦,无电线,高层建筑等,并提前确定好航拍架次及顺序;现阶段大多数无人机都使用电台的方式进行无人机与地面

站的数据交换,M600的高频电台可进行长达 5公里的超长距离监控,保证飞机安全高效运作;姿态角度调整磁偏角校准,对于距离上一次起飞地点超过200km 的起飞地点,需对飞机姿态、角度进行调整,以确保飞机准确通讯。无人机都配备电子罗盘,磁校准等设备来确保飞机在飞行过程中的自我姿态控制,由于各地地磁情况不一,M600自带校准系统用来应对各地不同地磁情况对无人机的干扰以及安全隐患;无人机放置弹射架,安装时需检查无人机各部件是否连接紧密,弹射架供电接线是否正确连接,电力充足;手动遥控测试,将飞行模式调至手动遥控飞行状态,测试机头、机身、尾翼是否能按指令操作。手动遥控模式主要用于无人机起飞和降落时遇特殊情况时的应急处理;起飞前准备,起飞前要检查进行航拍相机与飞控系统是否连接,降落伞包处于待命状态,与风向平行、无人员车辆走动等;无人机起飞,各项准备工作完毕后,就可以起飞了。这时,操作手应持手动操作杆待命,观察现场状况,根据需要随时手动调整飞机姿态及飞行高度;飞行监测,这个过程主要做三个工作:①对航高、航速、飞行轨 迹的监测;②对发动机转速和空速、地速进行监控;③随时检查照片拍摄数量; 无人机降落,无人机按设定路线飞行航拍完毕后,降落在指定地点。手动遥控操作手到指定地点待命,在降落现场突发大风、人员走动等情况时及时调整降落地点;数据导出检查,降落后,对照片数据及飞机整体进行检查评估,结合贴线率和姿态角判断是否复飞,继续完成附近区域的航拍任务或转场,理论上一个起降点的飞行控制范围为 300 平方公里。

3.2 项目取得的成果:

针对阜新的基本信息我们可以从下面 Pix4d 生成的质量报告的总结中得到。

典尚设计-倾斜摄影、实景三维建模、航拍
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