ZWIN-YCF06无人机环境监测系统方案

ZWIN-YCF06无人机环境监测系统方案

一、项目背景

随着我国近几年来大气污染状况越来越严重，特别雾霾(颗粒物PM2.5、PM10等)在污染物中所占的比例越来越重，因此我国的大气污染检测与治理的任务也越来越重。国家对此也在大多数城市布设或者完善了颗粒物、气体检测设备，形成了国控点结合省控点分布密集的地面污染源检测网。

然而我们也能清楚的看到，依据国控点地面检测数据所作出的预测与实际环境污染状况的发展还是存在较大差距，此外，依据地面监测数据所实施的治理手段，如地面洒水、建筑工地遮盖、交通限行、工业限产、锅炉改造、脱硫脱硝处理等方案，效果也不尽如人意。

作为继航空、航天遥感后的第3代遥感技术的无人机遥感技术，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。

由于大众对环境保护认知度的提升，我国在环保工作上的投入力度逐步增大，作为环境保护先头兵的环境监测领域也是一路高歌，突飞猛进。众多的技术与突破，使得我国的环境监测愈驱成熟，其中最不可忽视的新兴技术就要数无人遥感技术了。近年来，无人监测设备的运用已经成为主流趋势之一，无人机遥感监测更是在环保监测领域掀起一股热浪。

二、无人机气体监测系统

1 系统结构及工作原理

智易时代无人机环境监测系统主要包括无人飞行器、智易时代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。为了简化用户的操作与成本，我司特设计一套专用系列的传感器。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。

根据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

三、无人机环境监测软件界面及数据分析

地面接收系统的软件是我司专门设计的可用于上述监测数据接收、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小时内的实时数据显示：

(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。

(5)移动GIS开发平台

1.数据编辑：空间地物点选、框选、任意多边形的拾取;空间地物的增、删、查、改功能;地物节点的增、删、查、改及捕捉功能;回退与撤销1.功能;快速草图编辑、绘制功能。

2.数据管理：项目式数据采集管理模式;方便的数据查询和坐标数据现场自动更新功能;可定制文档报表输出，包括位置、属性、照片及统计内容。

3.数据交互：平台端+移动端可建立起基于通讯网络模式的数据交换，可实现平台端;查看移动端作业模式，轨迹上传、下载、内部OA流通讯，任务工单;下达、上传，远程数据调取，并完成基于LBS的相关位置数据交互服务。

4.数据采集：GPS手动/自动/平滑、手绘、偏距等采集方式;公共点、公共边、多线段及含面地物的空间拓扑采集;由点成线/面、由线成点/面、由面成点/线的多种几何转换功能;现场照片、声音、视频信息的采集并与坐标自动匹配;可通过蓝牙无线协同测距仪、探测仪、专业数码相机等外设进行作业。

5.地图应用：海量栅格与矢量数据的秒级浏览;完美的行业数字地图及Google地图应用;丰富的栅格、矢量数据叠加渲染风格;快速的矢量图元叠加分析功能、专题化分析结果展示。

6.基于ARC GIS类似软件开发。

(6)无人机航线规划平台

1、智能手持终端中使用“全自动作业”APP可选定监测区域并智能规划。规划区块后，只需填写速度及高度要求，即可自动生成航线、划分架次等功能，实现精准飞行。★

2、实现云端、本地双重备份。

3、搭载RTK模块精确绘制颗粒物实时云图。

(8)数据库服务器

CPU配置：8核并支持超高主频实例;

内存配置：内存从32G到768G 自由扩展。为了能更好发挥计算性能，CPU和内存的配比比例是1:4或者1:8;

存储配置：支持从虚拟机镜像及云盘启动，让分钟交付成为可能。支持挂载多块云盘，让存储弹性尽情展现;

网络配置：支持虚拟专有云(VPC)网络，保持和普通ECS实例以及其它云产品的互联互通。同时，也提供和物理机网络相媲美的性能和稳定性。

(9)巡检无人机系统

巡检无人机参数：

1、载荷：不低于1500g★

2、机身材质：碳纤维+铝合金

3、飞行速度：≤15m/s

4、续航时间：标准负载(携带颗粒物检测模块)不低于40min

5、飞行相对高度：≤400m

6、起降方式：垂直起降

7、抗风能力：≤6级

8、定位精度：垂直0.1m ，水平0.1m

9、工作温度：-10°C至40°C

10、搭载RTK高精度定位定向模块★

智能电池参数：

1、标称电量：不低于16000mAh(360Wh)

2、循环次数：不低于300次

(10)移动采集终端

1.操作系统:Android 5.1以上★

2.处理器:不低于1.7GHz主频,8核处理器

3.内存:不小于2GB RAM内存

4.闪存:不小于32GB大容量闪存

5.显示:分辨率不小于1280×1080,5点触控，支持电容手套操作

6.定位技术:GPS+北斗+GIONASS+SBAS+AGPS

7.首次定位时间：不大于25秒

8.SBAS定位精度：1-2米

9.cors定位精度：0.8米★

10.数据更新频率不低于1HZ

11.通讯制式：4G全网通(移动，联通，电信)★

12.WIFI：IEEE 802.11b/g/n,AP wapi

13.蓝牙：BlueTooth 4.0，支持BLE

14.扩展卡：T-Flash存储卡;支持不小于128GB Micro-SD扩展存储

15.USB：TypeC，具有OTG功能

16.容量：锂电池容量不低于5000mAh，支持在线充电★

17.工作时间：单块电池可连续工作不低于10-12小时

18.摄像头：不低于1300万像素，自动对焦，高亮LED闪光灯

19.麦克风、扬声器：支持

20.耳机：3.5mm音频插孔，支持耳机通话，外置耳机可当FM天线

21.感应器类型：重力传感器、电子罗盘、气压计

22.RFID读写/NFC：支持

23.重量：不大于350g★

24.工作温度：不低于-40℃～+85℃

25.存储温度：不低于-50℃～+85℃

26.防尘防水：不低于IP65

27.防震：全强固式设计，抗1.5米自由跌落

四、环境监测设备

我司专门针对大气中气体的监测研发出一款智能型“四气两尘”传感器组件。该组件的传感器采用高灵敏的进口电化学传感器，采取扩散式气体检测方法;该组件操作方便、测量准确、工作可靠、体积轻小;利用我们设计的专用支架可以方便安装至无人机上，利用无人机的独特优势可以实现空中轨迹的气体监测。同时利用我们的软件平台，集成显示经纬度、高度、飞机状态、温度、湿度、PM2.5、PM10、CO、O3、SO2、NO2、VOC等参数的实时监测和三维可视化展示。为三维立体空间的空气质量分析提供一个有效的监测手段。

五、主要技术指标

●适用：多旋翼无人机、固定翼

1.扬尘在线监测设备技术指标

1)颗粒物传感器：

技术原理：激光散射式

测量精度：≧±20%

颗粒物读数范围：PM2.5、PM10(0-999ug/m3)

分辨率：1ug/m3

★NO2：测量范围/分辨率：0-1/0.001ppm

★CO：测量范围/分辨率：0-10/0.01ppm

★SO2：测量范围/分辨率：0-1/0.001ppm

★O3：测量范围/分辨率：0-1/0.001ppm

★PM2.5、PM10：检测范围：0～1000ug/m3;分辨率：0.1ug/m3;

2)电源系统

太阳能板功率：不低于6W*2

高密度锂电池：不低于4000mAh/7.4V*2

电源管理系统：自动读取实时电压，智能充放电。

供电时间：在阴雨天气下，持续工作 7天

3)通讯系统：

数据传输：3G/4G

支持运营商：支持联通、移动、电信4G数据SIM卡

4)设备参数：

输入电压：7.4V

防护等级：IP65;防风等级：十级

响应时间：4s;传输间隔：5min

5)内置系统：

更新方式：支持OTA(空中升级)

处理器：ARM

2.相对误差：≤±15%

3.重复误差：≤±15%

4.采样时间：无限制

5.总功耗：约为2.4W

6.电源电压：DC12V

7.供电方式：采用12V蓄电池(锂电池)供电

8.供电时长：1小时

9.数据：可采用本地存储或上传数据

10.尺寸：长×宽×高(2600mm×110mm×90mm)

11.工作环境、湿度：-20-70℃;10～95%RH(非凝结)

2.气体检测模块

●匀速抽取螺旋桨上方气体进行检测

●内部有气室设计、保障气体全面接触

●采用进口高精度气体传感器

3.环保应用

六、无人机气体监测荷载特点

无人机整体效果图

●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。

无人机气体监测荷载尺寸图：