無(wú)人機在大氣監測中的應用和意義

無(wú)人機在大氣監測中的應用和意義

 背景

 大氣環(huán)境治理首先要知道污染源現狀,這是重要的前期監測工作。傳統的監測方式以地面監測站為主,現在發(fā)展成在線(xiàn)監測,通過(guò)網(wǎng)絡(luò )建立傳感系統監測。但從傳統監測到網(wǎng)絡(luò )監測,依然無(wú)法滿(mǎn)足新時(shí)期環(huán)境監測的要求。

 隨著(zhù)空氣污染問(wèn)題日益嚴重,人們開(kāi)始著(zhù)眼于以無(wú)人機為代表的新興技術(shù)。無(wú)人機不僅可以深入礦場(chǎng)、冶金廠(chǎng)等重工業(yè)地區,也能飛到垃圾場(chǎng)附近檢測污染氣體。

 早在上世紀80年代,無(wú)人機就已經(jīng)在環(huán)境保護、工業(yè)安全、森林防火中一展身手,其靈活性、易抵達性、安全性和快速性始終為在這些特殊領(lǐng)域的應用提供了堅實(shí)的基礎。

 近年來(lái),各種天氣、霧霾PM2.5等污染方式已經(jīng)如此直觀(guān)的出現在大家面前,對人們的出行、身體健康造成困擾。主要是隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展,工業(yè)自動(dòng)化程度的提高,各種機械設備的運轉,公路上機動(dòng)車(chē)日益遞增,每時(shí)每刻都在燃燒汽油或者煤炭,向大氣排放大量的氮氧化物、硫化物、煤塵煙。此類(lèi)污染諸如機動(dòng)車(chē)尾氣、火電廠(chǎng)燃煤廢氣、石油化工廢氣等等。環(huán)境治理已刻不容緩。

 無(wú)人機參與大氣環(huán)境巡查

 針對大氣污染治理,環(huán)境保護部副部長(cháng)翟青日前在新聞發(fā)布會(huì )上指出,中國正在從國家宏觀(guān)戰略層面對大氣污染防治進(jìn)行科學(xué)的頂層設計,提出“一攬子”環(huán)境政策和經(jīng)濟政策,分區施策、分階段推動(dòng)。為實(shí)現這一目標,從去年10月開(kāi)始,環(huán)境保護部每個(gè)月都組織一次區域的執法監察活動(dòng),其間還動(dòng)用了無(wú)人機,大尺度、大范圍地進(jìn)行巡查。

 何為無(wú)人機?

 無(wú)人機是一種以無(wú)線(xiàn)電遙控或由自身程序控制為主的不載人飛機。按照系統組成和飛行特點(diǎn),無(wú)人機可分為固定翼型無(wú)人機、無(wú)人駕駛直升機兩大類(lèi)。固定翼型無(wú)人機通過(guò)動(dòng)力系統和機翼的滑行實(shí)現起降和飛行,遙控飛行和程控飛行均容易實(shí)現,抗風(fēng)能力也比較強,類(lèi)型較多,能同時(shí)搭載多種遙感傳感器。固定翼型無(wú)人機的起降需要比較空曠的場(chǎng)地,多應用于礦山資源監測、林業(yè)和草場(chǎng)監測、海洋環(huán)境監測、污染源及擴散態(tài)勢監測、土地利用監測以及水利、電力等領(lǐng)域。

 無(wú)人機用于環(huán)境監測主要是以遙感(UAVRS)技術(shù)作為航空遙感手段,具有續航時(shí)間長(cháng)、影像實(shí)時(shí)傳輸、高危地區探測、成本低、高分辨率、機動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn),是衛星遙感與有人機航空遙感的有力補充,在國外已得到廣泛應用。

 其利用高分辨CCD相機系統獲取遙感影像,利用空中和地面控制系統實(shí)現影像的自動(dòng)拍攝和獲取,同時(shí)實(shí)現航跡的規劃和監控、信息數據的壓縮和自動(dòng)傳輸、影像預處理等功能,可為各級環(huán)境監測部門(mén)及環(huán)境信息化建設提供一體化的解決方案,并可滿(mǎn)足環(huán)境應急響應的需求。去年我國首架自主研發(fā)的環(huán)境應急監測無(wú)人機的亮相,使環(huán)保系統航空無(wú)人機遙感能力建設邁上了新臺階。  目前我國已啟用無(wú)人機對一些重污染區域進(jìn)行高空排查,針對污染企業(yè)過(guò)于分散、發(fā)現不全等問(wèn)題,以進(jìn)一步擴大巡查范圍。據介紹,自去年底啟用無(wú)人機以來(lái),已幫助督促解決200多起環(huán)境違法案件。

 無(wú)人機遙側技術(shù)的優(yōu)勢

 相對于傳統監測方法而言,無(wú)人機載傳感器應用于大氣環(huán)境監測有如下優(yōu)點(diǎn):

 a ) 快速 :針對應急事件,無(wú)人機可立刻對監測區進(jìn)行大范圍監測,單臺無(wú)人機日監測能力最高達到200~320平方公里。 

 b ) 大尺度、宏觀(guān)性:無(wú)人機通過(guò)不同航高可實(shí)現高空間、大面積監測,也可實(shí)現低空間較小范圍形影監測,也可多架、多次同時(shí)對上萬(wàn)平方公里測區進(jìn)行監測。

    c )成本低、集成性強:兼具衛星影像的價(jià)格和航空影像的快速采集優(yōu)勢,采用高性能自動(dòng)處理技術(shù),可完成數據的預處理、精加工及鑲嵌及高程數據生成,整體數據費用低。能與GIS及遙感應用系統方便集成,可快速搭建環(huán)保應用,能保障提供綜合和周期性的服務(wù)。

 d ) 機動(dòng)性強:在無(wú)人機上搭載清晰的攝像裝備,利用實(shí)時(shí)傳回的視頻信號,清晰地辨識現場(chǎng)情況,能對應急救援指揮工作提供實(shí)時(shí)的幫助。

 無(wú)人機應用實(shí)例

 美國

 美國全國境內都已經(jīng)普遍開(kāi)展使用無(wú)人機進(jìn)行環(huán)境監測的工作。當美國宇航局使用無(wú)人機對颶風(fēng)和熱帶風(fēng)暴系統進(jìn)行監測研究時(shí),其他聯(lián)邦政府部門(mén)和私人機構也在大量使用小型無(wú)人機進(jìn)行各項工作,比如從監測科羅拉多的鳥(niǎo)類(lèi)數量到監測夏威夷火山的活動(dòng)。

 日本 

 日本減災組織使用無(wú)人機攜帶高精度數碼攝像機和雷達掃描儀對正在噴發(fā)的火山進(jìn)行調查,無(wú)人機能抵達人們難以進(jìn)入的地區,快速獲取現場(chǎng)實(shí)況,并對災情進(jìn)行評估。此外,日本還使用無(wú)人機對活火山進(jìn)行地圖繪制,采用GPS測量的方式建立一個(gè)類(lèi)似地圖一樣的數據庫,通過(guò)GPS定位,采用無(wú)人機將測量設備送至火山口附近,將連續收集的樣本帶回后繪制完整的火山地圖。收集火山樣本的器材采用太陽(yáng)能維持運作并將數據傳回。

 英國 

 一款新型無(wú)人探測機在英國布里斯托爾面世,它可以在輻射環(huán)境中作業(yè),對輻射狀況進(jìn)行監測。這款無(wú)人探測機由一個(gè)高級機載輻射監測系統的研發(fā)團隊開(kāi)發(fā)制造,成本低,可以達到半自動(dòng)化。更重要的是,無(wú)人機的控制人員可以遠離輻射源,免受輻射的危害。目前研究人員已經(jīng)和日本京都大學(xué)的科學(xué)家們展開(kāi)合作,希望用這款新型無(wú)人機協(xié)助福島核電站的清理工作。

 通過(guò)無(wú)人機搭載的智能氣體傳感器對現場(chǎng)數據進(jìn)行采集,將采集來(lái)的模擬信號轉換成數字信號通過(guò)網(wǎng)絡(luò )的方式傳輸到地面控制平臺主機,地面控制平臺主機把接收到的數字信號傳送至主控儀.將獲取的數據顯示在主控儀的屏幕上,再使用通訊技術(shù)將數據傳輸到地面監控中心。這樣就能實(shí)現對進(jìn)行實(shí)時(shí)監測的任務(wù)。

 總結:無(wú)人機載智能傳感器在監測大氣環(huán)境作業(yè)中效率高、機動(dòng)靈活、使用方便、續航時(shí)間長(cháng)、受環(huán)境影響小和精度高等優(yōu)點(diǎn),可以承擔高風(fēng)險的飛行任務(wù),為大氣環(huán)境監測提供了一種新的選擇,無(wú)人機遙測預警監測技術(shù)是傳統監測手段的有利補充且有明顯的優(yōu)勢,其高機動(dòng)性和實(shí)時(shí)性是傳統方法無(wú)法比擬的,這種無(wú)人機技術(shù)可用 于大氣環(huán)境調查、監測,預警,救援的全過(guò)程。在工業(yè)安全保護領(lǐng)城中,無(wú)人機遙測技術(shù)能夠為其提供更完善的技術(shù)支撐和更強的安全保障,它具有廣闊的發(fā)展空間和應用前景。

 但是由于無(wú)人機的載荷有限,要完成高精度的大氣環(huán)境監測工作需要高精度的傳感器,而傳統傳感器往往在體積、重量等方面的限制可供選擇的不多。因此,需要研究開(kāi)發(fā)適合無(wú)人機搭載的小型、輕型傳感器,實(shí)現無(wú)人機預警監測。

 智能型氣體傳感器 

 智能型氣體傳感器是專(zhuān)門(mén)針對氣體探測器生產(chǎn)企業(yè)推出的新型智能傳感器,主要為解決氣體探測種類(lèi)繁多、各品種傳感器互不兼容、生產(chǎn)標定復雜、核心器件更換限制等問(wèn)題。采用我司生產(chǎn)的智能型氣體傳感器則只需開(kāi)發(fā)一款產(chǎn)品,即可快速響應客戶(hù)對不同氣體種類(lèi)探測的需求,且生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)化,無(wú)需重新標定,大幅度降低企業(yè)的研發(fā)成本、生產(chǎn)成本,產(chǎn)品品質(zhì)也立即提升較高水準。 

 該傳感器操作方便、測量準確、工作可靠,適用于工業(yè)現場(chǎng)或實(shí)驗室測量不同的要求。傳感器具有電壓和串口同時(shí)輸出特點(diǎn),方便客戶(hù)調試及使用。

 應用市場(chǎng)

 工業(yè)現場(chǎng):石油石化、化工廠(chǎng)、冶煉廠(chǎng)、鋼鐵廠(chǎng)、煤炭廠(chǎng)、熱電廠(chǎng)、醫藥科研、制藥生產(chǎn)車(chē)間。

 環(huán)境監測:污水治理、工業(yè)氣體過(guò)程控制、鍋爐房、垃圾處理廠(chǎng)、隧道施工、輸油管道、加氣站、地下燃氣管道檢修、室內空氣質(zhì)量檢測、環(huán)境監測(大氣監測)。

 科研安防:學(xué)校科研、樓宇建設、消防報警、危險場(chǎng)所安全防護、航空航天(無(wú)人機)、軍用設備監測、煙草公司等。