本發(fā)明涉及一種環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，尤其是無(wú)人機(jī)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)是我國(guó)環(huán)境保護(hù)工作的重要組成部分，我國(guó)目前在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中主要采取實(shí)驗(yàn)室人工監(jiān)測(cè)為主自動(dòng)化監(jiān)測(cè)為輔的監(jiān)測(cè)方法，采用人工方式進(jìn)行的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，大都存在著監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)性滯后、空間局限、精度低等問題。而自動(dòng)化監(jiān)測(cè)多為固定點(diǎn)監(jiān)測(cè)，不能對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行大面積、多種高度的宏觀的氣體監(jiān)測(cè)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種能夠進(jìn)行大面積、多種高度的宏觀氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具體技術(shù)方案為：
無(wú)人機(jī)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括安裝在無(wú)人機(jī)上的飛行控制模塊、導(dǎo)航模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、環(huán)境檢測(cè)模塊、光學(xué)相機(jī)、氣壓高度計(jì)、存儲(chǔ)器、無(wú)線傳輸模塊，以及地面工作站；所述飛行控制模塊用于手動(dòng)或自動(dòng)控制無(wú)人機(jī)飛行，所述導(dǎo)航模塊設(shè)有GPS，用于自動(dòng)飛行導(dǎo)航；所述環(huán)境檢測(cè)模塊檢測(cè)空氣中氣體和/或顆粒物含量；所述的數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)A/D 接口與環(huán)境檢測(cè)模塊連接采集檢測(cè)的環(huán)境數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)采集模塊還與GPS和氣壓高度計(jì)連接，在采集環(huán)境數(shù)據(jù)時(shí)同步采集包括位置和高度的地理數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)采集模塊與存儲(chǔ)器連接存儲(chǔ)各種環(huán)境數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)；所述光學(xué)相機(jī)與存儲(chǔ)器連接，將圖片存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上；數(shù)據(jù)采集模塊和光學(xué)相機(jī)均與無(wú)線傳輸模塊相連接，無(wú)線傳輸模塊通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)與地面工作站連接，地面工作站控制無(wú)人機(jī)，以及接受環(huán)境數(shù)據(jù)、地理數(shù)據(jù)和圖片數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存儲(chǔ)和分析處理。
優(yōu)選的，所述導(dǎo)向模塊還包括慣性元件，進(jìn)行慣性導(dǎo)航。
優(yōu)選的，所述環(huán)境檢測(cè)模塊包括顆粒物檢測(cè)模塊和/或氣體檢測(cè)模塊和/或氣象參數(shù)檢測(cè)模塊。
其中，所述氣體檢測(cè)模塊包括硫化氫/一氧化氮二合一傳感器、一氧化氮傳感器、二氧化氮傳感器、二氧化硫傳感器和氨氣傳感器中的一種或多種。
所述顆粒物檢測(cè)模塊包括PM2.5傳感器和PM10傳感器。
所述氣象參數(shù)檢測(cè)模塊包括溫度傳感器、濕度傳感器。
進(jìn)一步，所述地面工作站包括均與計(jì)算機(jī)連接的監(jiān)測(cè)終端、無(wú)線傳輸模塊、顯示器和輸入設(shè)備；所述監(jiān)測(cè)終端設(shè)置無(wú)人機(jī)的飛行路徑，并控制無(wú)人機(jī)，監(jiān)測(cè)終端根據(jù)地理信息、圖片和環(huán)境數(shù)據(jù)在顯示器上顯示立體的環(huán)境數(shù)據(jù)的分布圖。
無(wú)人機(jī)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：
S1設(shè)置飛行路徑，根據(jù)待測(cè)地點(diǎn)設(shè)置無(wú)人機(jī)的自動(dòng)飛行路徑，包括測(cè)量的起始位置和終端位置，所述起始位置和終端位置均包含經(jīng)緯度和高度，所述飛行路徑為往復(fù)式，來(lái)回逐行掃描；
S2安裝環(huán)境檢測(cè)模塊，根據(jù)需要監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目選擇安裝相應(yīng)的顆粒物檢測(cè)模塊和/或氣體檢測(cè)模塊和/或氣象參數(shù)檢測(cè)模塊，以及光學(xué)相機(jī)；
S3開始環(huán)境檢測(cè)，無(wú)人機(jī)升空后，啟動(dòng)導(dǎo)航模塊進(jìn)行自動(dòng)導(dǎo)航，或者通過(guò)地面工作站進(jìn)行人工控制飛行，數(shù)據(jù)采集模塊定時(shí)檢測(cè)無(wú)人機(jī)的位置，根據(jù)導(dǎo)航模塊確定無(wú)人機(jī)的經(jīng)緯度，根據(jù)氣壓高度計(jì)確定無(wú)人機(jī)的海拔高度，并與設(shè)定的經(jīng)緯度和高度進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的起始位置時(shí)無(wú)人機(jī)啟動(dòng)檢測(cè)模塊；
S4數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集模塊采集環(huán)境檢測(cè)模塊的數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)，并將環(huán)境檢測(cè)數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，光學(xué)相機(jī)同時(shí)將圖片存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，并同時(shí)加入地理數(shù)據(jù)；
S5實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，開啟實(shí)時(shí)傳輸時(shí)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和光學(xué)相機(jī)同時(shí)通過(guò)無(wú)線傳輸模塊將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婀ぷ髡荆?/p>
S6結(jié)束環(huán)境檢測(cè)，當(dāng)無(wú)人機(jī)到達(dá)終端位置時(shí)，即無(wú)人機(jī)的經(jīng)緯度和高度與設(shè)定的終端位置相同時(shí)，停止環(huán)境檢測(cè)和拍照，無(wú)人機(jī)返航；
S7數(shù)據(jù)處理，地面工作站的監(jiān)控終端根據(jù)地理信息、圖片和環(huán)境數(shù)據(jù)在顯示器上顯示立體的環(huán)境數(shù)據(jù)的分布圖。
其中，步驟S1還包括多個(gè)高度的飛行路徑，即在同一區(qū)域設(shè)置不同的高度監(jiān)測(cè)，形成不同高度的環(huán)境數(shù)據(jù)的分布圖。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下有益效果：
本發(fā)明提供的無(wú)人機(jī)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)方法在無(wú)人機(jī)上安裝機(jī)載環(huán)境檢測(cè)模塊可以實(shí)時(shí)采集不同點(diǎn)位、不同高度、不同氣體濃度和GPS 數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到地面工作站上，地面工作站通過(guò)數(shù)據(jù)處理分析得到無(wú)人機(jī)所飛行區(qū)域的多個(gè)高度平面的不同氣體濃度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)保監(jiān)測(cè)區(qū)域的快速、全面、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)功能，提高了監(jiān)測(cè)的效率和監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性和直觀性。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。
實(shí)施例1
無(wú)人機(jī)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括安裝在無(wú)人機(jī)上的飛行控制模塊、導(dǎo)航模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、環(huán)境檢測(cè)模塊、光學(xué)相機(jī)、氣壓高度計(jì)、存儲(chǔ)器、無(wú)線傳輸模塊，以及地面工作站；所述飛行控制模塊用于手動(dòng)或自動(dòng)控制無(wú)人機(jī)飛行，所述導(dǎo)航模塊設(shè)有GPS，用于自動(dòng)飛行導(dǎo)航；所述環(huán)境檢測(cè)模塊檢測(cè)空氣中氣體和/或顆粒物含量；所述的數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)A/D 接口與環(huán)境檢測(cè)模塊連接采集檢測(cè)的環(huán)境數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)采集模塊還與GPS和氣壓高度計(jì)連接，在采集環(huán)境數(shù)據(jù)時(shí)同步采集包括位置和高度的地理數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)采集模塊與存儲(chǔ)器連接存儲(chǔ)各種環(huán)境數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)；所述光學(xué)相機(jī)與存儲(chǔ)器連接，將圖片存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上；數(shù)據(jù)采集模塊和光學(xué)相機(jī)均與無(wú)線傳輸模塊相連接，無(wú)線傳輸模塊通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)與地面工作站連接，地面工作站控制無(wú)人機(jī)，以及接受環(huán)境數(shù)據(jù)、地理數(shù)據(jù)和圖片數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存儲(chǔ)和分析處理。
優(yōu)選的，所述導(dǎo)向模塊還包括慣性元件，進(jìn)行慣性導(dǎo)航。
無(wú)人機(jī)導(dǎo)航采用GPS/INS組合導(dǎo)航，該組合具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，GPS能夠消除INS的積累誤差，INS能夠在GPS信號(hào)失鎖時(shí)提供短時(shí)精確的定位GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)以數(shù)據(jù)融合理論作為基礎(chǔ)，以卡爾曼濾波作為主要融合方法，對(duì)進(jìn)入組合系統(tǒng)的GPS定位數(shù)據(jù)與INS定位數(shù)據(jù)分別進(jìn)行估計(jì)、修正、融合，來(lái)解決GPS信號(hào)失鎖引起的無(wú)法定位問題和INS積累誤差引起的長(zhǎng)時(shí)間漂移問題.
優(yōu)選的，所述環(huán)境檢測(cè)模塊包括顆粒物檢測(cè)模塊和/或氣體檢測(cè)模塊和/或氣象參數(shù)檢測(cè)模塊。
其中，所述氣體檢測(cè)模塊包括硫化氫/一氧化氮二合一傳感器、一氧化氮傳感器、二氧化氮傳感器、二氧化硫傳感器和氨氣傳感器中的一種或多種。
所述顆粒物檢測(cè)模塊包括PM2.5傳感器和PM10傳感器。
所述氣象參數(shù)檢測(cè)模塊包括溫度傳感器、濕度傳感器。
進(jìn)一步，所述地面工作站包括均與計(jì)算機(jī)連接的監(jiān)測(cè)終端、無(wú)線傳輸模塊、顯示器和輸入設(shè)備；所述監(jiān)測(cè)終端設(shè)置無(wú)人機(jī)的飛行路徑，并控制無(wú)人機(jī)，監(jiān)測(cè)終端根據(jù)地理信息、圖片和環(huán)境數(shù)據(jù)在顯示器上顯示立體的環(huán)境數(shù)據(jù)的分布圖。
實(shí)施例2
無(wú)人機(jī)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：
S1設(shè)置飛行路徑，根據(jù)待測(cè)地點(diǎn)設(shè)置無(wú)人機(jī)的自動(dòng)飛行路徑，包括測(cè)量的起始位置和終端位置，所述起始位置和終端位置均包含經(jīng)緯度和高度，所述飛行路徑為往復(fù)式，來(lái)回逐行掃描；
S2安裝環(huán)境檢測(cè)模塊，根據(jù)需要監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目選擇安裝相應(yīng)的顆粒物檢測(cè)模塊和/或氣體檢測(cè)模塊和/或氣象參數(shù)檢測(cè)模塊，以及光學(xué)相機(jī)；
S3開始環(huán)境檢測(cè)，無(wú)人機(jī)升空后，啟動(dòng)導(dǎo)航模塊進(jìn)行自動(dòng)導(dǎo)航，或者通過(guò)地面工作站進(jìn)行人工控制飛行，數(shù)據(jù)采集模塊定時(shí)檢測(cè)無(wú)人機(jī)的位置，根據(jù)導(dǎo)航模塊確定無(wú)人機(jī)的經(jīng)緯度，根據(jù)氣壓高度計(jì)確定無(wú)人機(jī)的海拔高度，并與設(shè)定的經(jīng)緯度和高度進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的起始位置時(shí)無(wú)人機(jī)啟動(dòng)檢測(cè)模塊；
S4數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集模塊采集環(huán)境檢測(cè)模塊的數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)，并將環(huán)境檢測(cè)數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，光學(xué)相機(jī)同時(shí)將圖片存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，并同時(shí)加入地理數(shù)據(jù)；
S5實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，開啟實(shí)時(shí)傳輸時(shí)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和光學(xué)相機(jī)同時(shí)通過(guò)無(wú)線傳輸模塊將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婀ぷ髡荆?/p>
S6結(jié)束環(huán)境檢測(cè)，當(dāng)無(wú)人機(jī)到達(dá)終端位置時(shí)，即無(wú)人機(jī)的經(jīng)緯度和高度與設(shè)定的終端位置相同時(shí)，停止環(huán)境檢測(cè)和拍照，無(wú)人機(jī)返航；
S7數(shù)據(jù)處理，地面工作站的監(jiān)控終端根據(jù)地理信息、圖片和環(huán)境數(shù)據(jù)在顯示器上顯示立體的環(huán)境數(shù)據(jù)的分布圖。
其中，步驟S1還包括多個(gè)高度的飛行路徑，即在同一區(qū)域設(shè)置不同的高度監(jiān)測(cè)，形成不同高度的環(huán)境數(shù)據(jù)的分布圖。