[發明專利]基于無人機的大氣污染數據采集裝置

在審

• 申請號: 201610006639.X
• 申請日: 2016-01-06
• 公開（公告）號: CN105548489A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發明（設計）人: 彭仲仁;王占永;路慶昌;王東生;柏叢;高雅
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;B64C39/02
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

技術領域

本發明涉及的是一種大氣環境科學領域的技術，具體是一種基于無人機的大氣污染數據 采集裝置。

背景技術

大氣污染觀測通常采用近地面監測站進行定點觀測，該方式能夠反映特定空間位置的地面污 染物濃度水平隨時間變化的情況，但是由于站點稀疏有限，并不能反映大氣污染物濃度的空間連續 變化特征。另外，傳統的地面監測站也無法獲知污染物的垂直分布特征。據研究得知，大氣邊界層 的生消和結構決定了大氣污染的生成、輸送、累積和擴散，進而影響近地面污染物濃度的分布與變 化。因此，認識大氣污染物在邊界層內的垂直分布特征是研究大氣污染形成的必要條件。然而，無 人機(UnmannedAerialVehicle，UAV)具有視域廣、靈活機動、飛行高度可控、定點與巡航相結合的 時空觀測連續等特點，其搭載便攜式大氣污染監測設備能迅速收集不同時間、不同地點、不同高度 的大氣污染物濃度的連續數據，為克服地面監測站所存在的不足問題提供了重要補充。

經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN104133042A，公開(公告)日 2014.11.05，公開了一種基于無人機的空氣質量監測裝置及監測方法。該技術包括空中飛行模 塊和與空中飛行模塊進行通信的地面控制模塊，其特征是：所述的空中飛行模塊上設置有空氣 檢測傳感器模塊和GPS定位模塊，所述的空氣檢測傳感器模塊和GPS定位模塊通過模數轉換模 塊連接數據存儲裝置。但該技術無法實現大氣污染的立體檢測。

發明內容

本發明針對現有大氣污染立體觀測數據嚴重缺失這一問題，尤其是針對復雜條件下的突 發污染事件，提出一種基于無人機的大氣污染數據采集裝置，主要涉及污染監測設備的機艙布 局以及污染物濃度檢測或氣體樣本收集方法，該裝置能夠有效采集大氣污染時空數據，為大氣 污染研究提供重要的數據支持。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明包括：設置于檢測艙內的VOCs(volatileorganiccompounds，揮發性有機物)自動 采樣罐、用于實時抽取艙外新鮮空氣的進氣裝置和用于確保設備艙內外以及氣流管道壓力平衡 的排氣裝置以及若干并聯于進氣裝置和排氣裝置之間的主動式檢測設備和被動式傳感設備。

技術效果

與現有技術相比，本發明通過搭建無人機裝載便攜式污染物監測設備數據采集平臺，可 實現大氣污染數據的精確采集。本發明利用抽氣裝置從無人機機艙外主動抽取新鮮氣體，用排 氣裝置確保氣流管道壓力平衡，為污染物檢測器或采樣罐提供穩定的氣流，可避免外掛式傳感 器檢測過程受氣流沖擊帶來的不確性狀況；本發明可自動控制的采樣罐收集氣體樣本，用于污 染物成分的離線分析；同時搭載氣象傳感器獲取影響大氣污染變化的氣象參數。

附圖說明

圖1是本發明結構示意圖。

具體實施方式

實施例1

如圖1所示，本實施例包括：設置于檢測艙內的VOCs自動采樣罐、用于實時抽取艙外 新鮮空氣的進氣裝置和用于確保設備艙內外以及氣流管道壓力平衡的排氣裝置以及若干并聯 于進氣裝置和排氣裝置之間的主動式檢測設備和被動式傳感設備；

所述的并聯通過若干分流閥實現，該分流閥與每個所述的主動式檢測設備和被動式傳感 設備之間設有節流閥。

所述的VOCs采樣罐包括：自上至下依次設置的GPS接收器、進氣口開關控制閥門、存 儲罐，其中：進氣口開關控制閥門由GPS接收器控制，主要采用基于GPS數據(如高度參數)轉 化的無線信號用于控制閥門開啟與關閉，基于采樣罐內外氣壓差原理，空氣以設定的流率自動 流入采樣罐，以實現VOCs自動采樣。

所述的排氣裝置的入口端設有氣流緩沖區。

所述的無人機內置傳感器，實時采集GPS定位信息(包括：經緯度坐標)、飛行狀態參數 (包括：傾斜角、翻滾角、方向角、飛行高度)及搭載常規氣象傳感器獲取氣象參數(包括：風速、 氣壓、溫度、濕度、太陽輻射)。

所述的主動式檢測設備內置自動抽氣泵；所述的被動式傳感器通過力、熱、光、電、磁 和聲等物理效應或化學反應進行傳感檢測。