近日，慧航科技助力山西省孝義市啟用了無人機(jī)進(jìn)行氣體監(jiān)測。

一、大氣污染防治問題嚴(yán)峻

2018年度，山西省孝義市的環(huán)境空氣質(zhì)量形勢較為嚴(yán)重，各項(xiàng)污染物指標(biāo)不降反升，面臨著大氣環(huán)境質(zhì)量改善的巨大壓力。

為了落實(shí)好十九大提出的藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，加快實(shí)現(xiàn)孝義的空氣質(zhì)量好轉(zhuǎn)，孝義市政府制定了《2018年孝義市環(huán)保攻堅(jiān)行動計(jì)劃》。

但由于大氣污染具有涉及區(qū)域范圍較大、區(qū)域之間污染物傳輸量大、污染源種類多、污染因子相對復(fù)雜等特點(diǎn)，環(huán)境監(jiān)管難度非常大。并且傳統(tǒng)的空氣自動監(jiān)測站與人工監(jiān)測難以快速、準(zhǔn)確地判斷污染源頭。

為了在相對較短的時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大范圍區(qū)域、高效快速的溯源，滿足大氣污染防治的需要，孝義市采用了大氣監(jiān)測無人機(jī)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測。

二、無人機(jī)大氣監(jiān)測服務(wù)方案

近年來，無人機(jī)以航拍工具的形象進(jìn)入大眾的視野，然而除了航拍的功能，無人機(jī)技術(shù)還擁有著巨大的潛能。

當(dāng)無人機(jī)應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域時，它成為了環(huán)保部門與企業(yè)的一個高效、可視化、精準(zhǔn)的溯源和監(jiān)測工具，克服了過往因人工、地形、數(shù)據(jù)支撐不足所造成的難題和高成本問題。

無人機(jī)能夠應(yīng)用于大氣環(huán)境監(jiān)測，主要在于以下三個方面：

1、可見光相機(jī)

無人機(jī)+可見光云臺：可以對監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行拍照、視頻，對污染濃度較大的可見性染源如黑煙囪、秸稈焚燒等進(jìn)行監(jiān)控。

無人機(jī)一邊在空中巡查時，能夠一邊拍攝圖片。當(dāng)無人機(jī)飛過可見性較大的污染源時，無人機(jī)搭載的云臺相機(jī)所拍攝的圖片能夠給大氣污染物監(jiān)測帶來輔佐的作用。除了監(jiān)測數(shù)據(jù)的支撐外，圖片能夠?yàn)楸O(jiān)測人員提供污染源周邊實(shí)地的、直觀的信息。

正在排放的黑煙囪

2、氣體傳感器

無人機(jī)+氣體傳感器：通過無人機(jī)搭載多枚高精度氣體傳感器（如VOCs、SO2、NO2、PM2.5等），在監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行巡查，采集污染物數(shù)據(jù)。

傳統(tǒng)的氣體監(jiān)測，一方面是國控點(diǎn)的監(jiān)測系統(tǒng)，但國控點(diǎn)位的數(shù)量有限；另一方面是人工到實(shí)地監(jiān)測，一個監(jiān)測人員手持便攜式儀器只能測到一個小范圍的氣體濃度，而要獲得一個片區(qū)的氣體濃度，對于人工監(jiān)測來說是難以實(shí)現(xiàn)的。

而以無人機(jī)搭載氣體傳感器，配合無人機(jī)航線規(guī)劃的自動飛行，一到兩個工作人員在20分鐘內(nèi)就能夠獲得一平方公里片區(qū)內(nèi)的氣體濃度。無人機(jī)給大氣監(jiān)測帶來了極大的便利，首先，無人機(jī)監(jiān)測解決了人工難以實(shí)現(xiàn)獲得一個片區(qū)濃度的可能；其次，它提高了傳統(tǒng)監(jiān)測人員在地面巡查的效率；第三，它同時解決了數(shù)據(jù)、影像、定位等問題。

氣體傳感器

無人機(jī)上所搭載的氣體傳感器主要就是將所收集的氣體數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為可用于分析的電信號。目前，慧航的氣體傳感器精度已經(jīng)足夠滿足測量大氣污染物濃度的要求，尤其基于光離子化檢測器(PID)方法的傳感器，其檢出限精度甚至可以達(dá)到ppb級別。

3、數(shù)據(jù)可視化

無人機(jī)+監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化：當(dāng)無人機(jī)在空中進(jìn)行大氣監(jiān)測采集數(shù)據(jù)時，大氣污染物數(shù)據(jù)會實(shí)時傳輸?shù)降孛孳浖?，通過對污染物濃度高低進(jìn)行可視化的顏色分層，能夠揭示氣體污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，有助于科研人員、監(jiān)察機(jī)構(gòu)、科學(xué)直觀地判讀與分析大氣污染情況。[1]

原始的飛行數(shù)據(jù)以Excel文件格式保存，不便于事后的數(shù)據(jù)分析。

原始飛行數(shù)據(jù)

而可視化的基本思想就是用圖形和圖像來表征數(shù)據(jù)，將隱藏在大量數(shù)據(jù)中的信息以相對直觀、易于領(lǐng)會的圖形方式表達(dá)出來，加快人們從數(shù)據(jù)中獲取信息的速度。[2]

其中，信息傳輸?shù)倪^程通過以下幾個步驟實(shí)現(xiàn)：

首先，監(jiān)測人員通過無線遙控器對無人機(jī)進(jìn)行操控；接著，空中的無人機(jī)系統(tǒng)按照航線規(guī)劃對指定監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行氣體污染物數(shù)據(jù)采集，空中的無人機(jī)系統(tǒng)包括了機(jī)身、飛行控制系統(tǒng)、通信數(shù)據(jù)鏈以及氣體傳感器；最后，飛行數(shù)據(jù)的采集會實(shí)時傳輸回地面站的監(jiān)控軟件。[3]

無人機(jī)系統(tǒng)組成示意圖

在地面監(jiān)控軟件中，軟件能夠?qū)崟r顯示無人機(jī)的位置、采集的數(shù)據(jù)。并且氣體污染物濃度從低到高以不同的顏色區(qū)間顯示，監(jiān)測人員能夠直觀地從監(jiān)控軟件中觀測到大氣污染狀況，相對于傳統(tǒng)的一堆數(shù)據(jù)，可視化的數(shù)據(jù)更容易讓監(jiān)測人員快速地分辨出各個地點(diǎn)之間的氣體濃度差異，從而能更快速地集中關(guān)注于濃度異常的區(qū)域，降低分析的時間成本。

地面站監(jiān)控軟件

三、小結(jié)

雨果曾說：“大自然是善良的慈母，同時也是冷酷的屠夫。”

在嚴(yán)峻的大氣污染形勢下，改善大氣環(huán)境質(zhì)量勢在必行。此次慧航科技使用大氣監(jiān)測無人機(jī)助力孝義市進(jìn)行氣體監(jiān)測，望能為孝義市開創(chuàng)‘科技+環(huán)保’的新局面，為改善孝義市的空氣質(zhì)量獻(xiàn)出綿薄之力。

參考資料：

[1]李琪. 無人機(jī)在大氣環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用.[J] 《中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)》. 2018 (2) :54-57

[2] 譚雁英 張波 雷小明.無人機(jī)飛行數(shù)據(jù)的可視化技術(shù)[N]西北工業(yè)大學(xué)學(xué).1999.2.(17)(1):147-151

[3] 李輝杰.無人機(jī)地面站監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]哈爾濱工程大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文.2015.3