無人機(jī)在大氣監(jiān)測中的應(yīng)用和意義

背景

大氣環(huán)境治理首先要知道污染源現(xiàn)狀,這是重要的前期監(jiān)測工作。傳統(tǒng)的監(jiān)測方式以地面監(jiān)測站為主,現(xiàn)在發(fā)展成在線監(jiān)測,通過網(wǎng)絡(luò)建立傳感系統(tǒng)監(jiān)測。但從傳統(tǒng)監(jiān)測到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測,依然無法滿足新時期環(huán)境監(jiān)測的要求。

隨著空氣污染問題日益嚴(yán)重,人們開始著眼于以無人機(jī)為代表的新興技術(shù)。無人機(jī)不僅可以深入礦場、冶金廠等重工業(yè)地區(qū),也能飛到垃圾場附近檢測污染氣體。

早在上世紀(jì)80年代,無人機(jī)就已經(jīng)在環(huán)境保護(hù)、工業(yè)安全、森林防火中一展身手,其靈活性、易抵達(dá)性、安全性和快速性始終為在這些特殊領(lǐng)域的應(yīng)用提供了堅實的基礎(chǔ)。

近年來,各種天氣、霧霾PM2.5等污染方式已經(jīng)如此直觀的出現(xiàn)在大家面前,對人們的出行、身體健康造成困擾。主要是隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,工業(yè)自動化程度的提高,各種機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn),公路上機(jī)動車日益遞增,每時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。此類污染諸如機(jī)動車尾氣、火電廠燃煤廢氣、石油化工廢氣等等。環(huán)境治理已刻不容緩。

無人機(jī)參與大氣環(huán)境巡查

針對大氣污染治理,環(huán)境保護(hù)部副部長翟青日前在新聞發(fā)布會上指出,中國正在從國家宏觀戰(zhàn)略層面對大氣污染防治進(jìn)行科學(xué)的頂層設(shè)計,提出“一攬子”環(huán)境政策和經(jīng)濟(jì)政策,分區(qū)施策、分階段推動。為實現(xiàn)這一目標(biāo),從去年10月開始,環(huán)境保護(hù)部每個月都組織一次區(qū)域的執(zhí)法監(jiān)察活動,其間還動用了無人機(jī),大尺度、大范圍地進(jìn)行巡查。

何為無人機(jī)?

無人機(jī)是一種以無線電遙控或由自身程序控制為主的不載人飛機(jī)。按照系統(tǒng)組成和飛行特點,無人機(jī)可分為固定翼型無人機(jī)、無人駕駛直升機(jī)兩大類。固定翼型無人機(jī)通過動力系統(tǒng)和機(jī)翼的滑行實現(xiàn)起降和飛行,遙控飛行和程控飛行均容易實現(xiàn),抗風(fēng)能力也比較強(qiáng),類型較多,能同時搭載多種遙感傳感器。固定翼型無人機(jī)的起降需要比較空曠的場地,多應(yīng)用于礦山資源監(jiān)測、林業(yè)和草場監(jiān)測、海洋環(huán)境監(jiān)測、污染源及擴(kuò)散態(tài)勢監(jiān)測、土地利用監(jiān)測以及水利、電力等領(lǐng)域。

無人機(jī)用于環(huán)境監(jiān)測主要是以遙感(UAVRS)技術(shù)作為航空遙感手段,具有續(xù)航時間長、影像實時傳輸、高危地區(qū)探測、成本低、高分辨率、機(jī)動靈活等優(yōu)點,是衛(wèi)星遙感與有人機(jī)航空遙感的有力補(bǔ)充,在國外已得到廣泛應(yīng)用。

其利用高分辨CCD相機(jī)系統(tǒng)獲取遙感影像,利用空中和地面控制系統(tǒng)實現(xiàn)影像的自動拍攝和獲取,同時實現(xiàn)航跡的規(guī)劃和監(jiān)控、信息數(shù)據(jù)的壓縮和自動傳輸、影像預(yù)處理等功能,可為各級環(huán)境監(jiān)測部門及環(huán)境信息化建設(shè)提供一體化的解決方案,并可滿足環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)的需求。去年我國首架自主研發(fā)的環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測無人機(jī)的亮相,使環(huán)保系統(tǒng)航空無人機(jī)遙感能力建設(shè)邁上了新臺階。 目前我國已啟用無人機(jī)對一些重污染區(qū)域進(jìn)行高空排查,針對污染企業(yè)過于分散、發(fā)現(xiàn)不全等問題,以進(jìn)一步擴(kuò)大巡查范圍。據(jù)介紹,自去年底啟用無人機(jī)以來,已幫助督促解決200多起環(huán)境違法案件。

無人機(jī)遙側(cè)技術(shù)的優(yōu)勢

相對于傳統(tǒng)監(jiān)測方法而言,無人機(jī)載傳感器應(yīng)用于大氣環(huán)境監(jiān)測有如下優(yōu)點:

a ) 快速 :針對應(yīng)急事件,無人機(jī)可立刻對監(jiān)測區(qū)進(jìn)行大范圍監(jiān)測,單臺無人機(jī)日監(jiān)測能力最高達(dá)到200~320平方公里。

b ) 大尺度、宏觀性:無人機(jī)通過不同航高可實現(xiàn)高空間、大面積監(jiān)測,也可實現(xiàn)低空間較小范圍形影監(jiān)測,也可多架、多次同時對上萬平方公里測區(qū)進(jìn)行監(jiān)測。

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

d ) 機(jī)動性強(qiáng):在無人機(jī)上搭載清晰的攝像裝備,利用實時傳回的視頻信號,清晰地辨識現(xiàn)場情況,能對應(yīng)急救援指揮工作提供實時的幫助。

無人機(jī)應(yīng)用實例

美國

美國全國境內(nèi)都已經(jīng)普遍開展使用無人機(jī)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測的工作。當(dāng)美國宇航局使用無人機(jī)對颶風(fēng)和熱帶風(fēng)暴系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測研究時,其他聯(lián)邦政府部門和私人機(jī)構(gòu)也在大量使用小型無人機(jī)進(jìn)行各項工作,比如從監(jiān)測科羅拉多的鳥類數(shù)量到監(jiān)測夏威夷火山的活動。

日本

日本減災(zāi)組織使用無人機(jī)攜帶高精度數(shù)碼攝像機(jī)和雷達(dá)掃描儀對正在噴發(fā)的火山進(jìn)行調(diào)查,無人機(jī)能抵達(dá)人們難以進(jìn)入的地區(qū),快速獲取現(xiàn)場實況,并對災(zāi)情進(jìn)行評估。此外,日本還使用無人機(jī)對活火山進(jìn)行地圖繪制,采用GPS測量的方式建立一個類似地圖一樣的數(shù)據(jù)庫,通過GPS定位,采用無人機(jī)將測量設(shè)備送至火山口附近,將連續(xù)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能維持運(yùn)作并將數(shù)據(jù)傳回。

英國

一款新型無人探測機(jī)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(jiān)測。這款無人探測機(jī)由一個高級機(jī)載輻射監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)團(tuán)隊開發(fā)制造,成本低,可以達(dá)到半自動化。更重要的是,無人機(jī)的控制人員可以遠(yuǎn)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)家們展開合作,希望用這款新型無人機(jī)協(xié)助福島核電站的清理工作。

通過無人機(jī)搭載的智能氣體傳感器對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,將采集來的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號通過網(wǎng)絡(luò)的方式傳輸?shù)降孛婵刂破脚_主機(jī),地面控制平臺主機(jī)把接收到的數(shù)字信號傳送至主控儀.將獲取的數(shù)據(jù)顯示在主控儀的屏幕上,再使用通訊技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心。這樣就能實現(xiàn)對進(jìn)行實時監(jiān)測的任務(wù)。

總結(jié):無人機(jī)載智能傳感器在監(jiān)測大氣環(huán)境作業(yè)中效率高、機(jī)動靈活、使用方便、續(xù)航時間長、受環(huán)境影響小和精度高等優(yōu)點,可以承擔(dān)高風(fēng)險的飛行任務(wù),為大氣環(huán)境監(jiān)測提供了一種新的選擇,無人機(jī)遙測預(yù)警監(jiān)測技術(shù)是傳統(tǒng)監(jiān)測手段的有利補(bǔ)充且有明顯的優(yōu)勢,其高機(jī)動性和實時性是傳統(tǒng)方法無法比擬的,這種無人機(jī)技術(shù)可用 于大氣環(huán)境調(diào)查、監(jiān)測,預(yù)警,救援的全過程。在工業(yè)安全保護(hù)領(lǐng)城中,無人機(jī)遙測技術(shù)能夠為其提供更完善的技術(shù)支撐和更強(qiáng)的安全保障,它具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。

但是由于無人機(jī)的載荷有限,要完成高精度的大氣環(huán)境監(jiān)測工作需要高精度的傳感器,而傳統(tǒng)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,需要研究開發(fā)適合無人機(jī)搭載的小型、輕型傳感器,實現(xiàn)無人機(jī)預(yù)警監(jiān)測。

智能型氣體傳感器

智能型氣體傳感器是專門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繁多、各品種傳感器互不兼容、生產(chǎn)標(biāo)定復(fù)雜、核心器件更換限制等問題。采用我司生產(chǎn)的智能型氣體傳感器則只需開發(fā)一款產(chǎn)品,即可快速響應(yīng)客戶對不同氣體種類探測的需求,且生產(chǎn)過程簡化,無需重新標(biāo)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(zhǔn)。

該傳感器操作方便、測量準(zhǔn)確、工作可靠,適用于工業(yè)現(xiàn)場或實驗室測量不同的要求。傳感器具有電壓和串口同時輸出特點,方便客戶調(diào)試及使用。

應(yīng)用市場

工業(yè)現(xiàn)場:石油石化、化工廠、冶煉廠、鋼鐵廠、煤炭廠、熱電廠、醫(yī)藥科研、制藥生產(chǎn)車間。

環(huán)境監(jiān)測:污水治理、工業(yè)氣體過程控制、鍋爐房、垃圾處理廠、隧道施工、輸油管道、加氣站、地下燃?xì)夤艿罊z修、室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測、環(huán)境監(jiān)測(大氣監(jiān)測)。

科研安防:學(xué)校科研、樓宇建設(shè)、消防報警、危險場所安全防護(hù)、航空航天(無人機(jī))、軍用設(shè)備監(jiān)測、煙草公司等。