无人机在大气监测中的应用和意义

无人机在大气监测中的应用和意义

 背景

 大气环境治理首先要知道污染源现状,这是重要的前期监测工作。传统的监测方式以地面监测站为主,现在发展成在线监测,通过网络建立传感系统监测。但从传统监测到网络监测,依然无法满足新时期环境监测的要求。

 随着空气污染问题日益严重,人们开始着眼于以无人机为代表的新兴技术。无人机不仅可以深入矿场、冶金厂等重工业地区,也能飞到垃圾场附近检测污染气体。

 早在上世纪80年代,无人机就已经在环境保护、工业安全、森林防火中一展身手,其灵活性、易抵达性、安全性和快速性始终为在这些特殊领域的应用提供了坚实的基础。

 近年来,各种天气、雾霾PM2.5等污染方式已经如此直观的出现在大家面前,对人们的出行、身体健康造成困扰。主要是随着社会经济的发展,工业自动化程度的提高,各种机械设备的运转,公路上机动车日益递增,每时每刻都在燃烧汽油或者煤炭,向大气排放大量的氮氧化物、硫化物、煤尘烟。此类污染诸如机动车尾气、火电厂燃煤废气、石油化工废气等等。环境治理已刻不容缓。

 无人机参与大气环境巡查

 针对大气污染治理,环境保护部副部长翟青日前在新闻发布会上指出,中国正在从国家宏观战略层面对大气污染防治进行科学的顶层设计,提出“一揽子”环境政策和经济政策,分区施策、分阶段推动。为实现这一目标,从去年10月开始,环境保护部每个月都组织一次区域的执法监察活动,其间还动用了无人机,大尺度、大范围地进行巡查。

 何为无人机?

 无人机是一种以无线电遥控或由自身程序控制为主的不载人飞机。按照系统组成和飞行特点,无人机可分为固定翼型无人机、无人驾驶直升机两大类。固定翼型无人机通过动力系统和机翼的滑行实现起降和飞行,遥控飞行和程控飞行均容易实现,抗风能力也比较强,类型较多,能同时搭载多种遥感传感器。固定翼型无人机的起降需要比较空旷的场地,多应用于矿山资源监测、林业和草场监测、海洋环境监测、污染源及扩散态势监测、土地利用监测以及水利、电力等领域。

 无人机用于环境监测主要是以遥感(UAVRS)技术作为航空遥感手段,具有续航时间长、影像实时传输、高危地区探测、成本低、高分辨率、机动灵活等优点,是卫星遥感与有人机航空遥感的有力补充,在国外已得到广泛应用。

 其利用高分辨CCD相机系统获取遥感影像,利用空中和地面控制系统实现影像的自动拍摄和获取,同时实现航迹的规划和监控、信息数据的压缩和自动传输、影像预处理等功能,可为各级环境监测部门及环境信息化建设提供一体化的解决方案,并可满足环境应急响应的需求。去年我国首架自主研发的环境应急监测无人机的亮相,使环保系统航空无人机遥感能力建设迈上了新台阶。  目前我国已启用无人机对一些重污染区域进行高空排查,针对污染企业过于分散、发现不全等问题,以进一步扩大巡查范围。据介绍,自去年底启用无人机以来,已帮助督促解决200多起环境违法案件。

 无人机遥侧技术的优势

 相对于传统监测方法而言,无人机载传感器应用于大气环境监测有如下优点:

 a ) 快速 :针对应急事件,无人机可立刻对监测区进行大范围监测,单台无人机日监测能力最高达到200~320平方公里。 

 b ) 大尺度、宏观性:无人机通过不同航高可实现高空间、大面积监测,也可实现低空间较小范围形影监测,也可多架、多次同时对上万平方公里测区进行监测。

    c )成本低、集成性强:兼具卫星影像的价格和航空影像的快速采集优势,采用高性能自动处理技术,可完成数据的预处理、精加工及镶嵌及高程数据生成,整体数据费用低。能与GIS及遥感应用系统方便集成,可快速搭建环保应用,能保障提供综合和周期性的服务。

 d ) 机动性强:在无人机上搭载清晰的摄像装备,利用实时传回的视频信号,清晰地辨识现场情况,能对应急救援指挥工作提供实时的帮助。

 无人机应用实例

 美国

 美国全国境内都已经普遍开展使用无人机进行环境监测的工作。当美国宇航局使用无人机对飓风和热带风暴系统进行监测研究时,其他联邦政府部门和私人机构也在大量使用小型无人机进行各项工作,比如从监测科罗拉多的鸟类数量到监测夏威夷火山的活动。

 日本 

 日本减灾组织使用无人机携带高精度数码摄像机和雷达扫描仪对正在喷发的火山进行调查,无人机能抵达人们难以进入的地区,快速获取现场实况,并对灾情进行评估。此外,日本还使用无人机对活火山进行地图绘制,采用GPS测量的方式建立一个类似地图一样的数据库,通过GPS定位,采用无人机将测量设备送至火山口附近,将连续收集的样本带回后绘制完整的火山地图。收集火山样本的器材采用太阳能维持运作并将数据传回。

 英国 

 一款新型无人探测机在英国布里斯托尔面世,它可以在辐射环境中作业,对辐射状况进行监测。这款无人探测机由一个高级机载辐射监测系统的研发团队开发制造,成本低,可以达到半自动化。更重要的是,无人机的控制人员可以远离辐射源,免受辐射的危害。目前研究人员已经和日本京都大学的科学家们展开合作,希望用这款新型无人机协助福岛核电站的清理工作。

 通过无人机搭载的智能气体传感器对现场数据进行采集,将采集来的模拟信号转换成数字信号通过网络的方式传输到地面控制平台主机,地面控制平台主机把接收到的数字信号传送至主控仪.将获取的数据显示在主控仪的屏幕上,再使用通讯技术将数据传输到地面监控中心。这样就能实现对进行实时监测的任务。

 总结:无人机载智能传感器在监测大气环境作业中效率高、机动灵活、使用方便、续航时间长、受环境影响小和精度高等优点,可以承担高风险的飞行任务,为大气环境监测提供了一种新的选择,无人机遥测预警监测技术是传统监测手段的有利补充且有明显的优势,其高机动性和实时性是传统方法无法比拟的,这种无人机技术可用 于大气环境调查、监测,预警,救援的全过程。在工业安全保护领城中,无人机遥测技术能够为其提供更完善的技术支撑和更强的安全保障,它具有广阔的发展空间和应用前景。

 但是由于无人机的载荷有限,要完成高精度的大气环境监测工作需要高精度的传感器,而传统传感器往往在体积、重量等方面的限制可供选择的不多。因此,需要研究开发适合无人机搭载的小型、轻型传感器,实现无人机预警监测。

 智能型气体传感器 

 智能型气体传感器是专门针对气体探测器生产企业推出的新型智能传感器,主要为解决气体探测种类繁多、各品种传感器互不兼容、生产标定复杂、核心器件更换限制等问题。采用我司生产的智能型气体传感器则只需开发一款产品,即可快速响应客户对不同气体种类探测的需求,且生产过程简化,无需重新标定,大幅度降低企业的研发成本、生产成本,产品品质也立即提升较高水准。 

 该传感器操作方便、测量准确、工作可靠,适用于工业现场或实验室测量不同的要求。传感器具有电压和串口同时输出特点,方便客户调试及使用。

 应用市场

 工业现场:石油石化、化工厂、冶炼厂、钢铁厂、煤炭厂、热电厂、医药科研、制药生产车间。

 环境监测:污水治理、工业气体过程控制、锅炉房、垃圾处理厂、隧道施工、输油管道、加气站、地下燃气管道检修、室内空气质量检测、环境监测(大气监测)。

 科研安防:学校科研、楼宇建设、消防报警、危险场所安全防护、航空航天(无人机)、军用设备监测、烟草公司等。