[發(fā)明專(zhuān)利]基于多旋翼無(wú)人機(jī)的大氣污染物隨風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011133538.1
• 申請(qǐng)日: 2020-10-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112327387A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柳柳;安偉剛;曾煒;張航
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01W1/02
• 分類(lèi)號(hào): G01W1/02;G01W1/08;G01S19/42;G01N33/00;G01N15/06;B64C39/02;H04W4/38
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專(zhuān)利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

1.一種基于多旋翼無(wú)人機(jī)的大氣污染物隨風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括多旋翼無(wú)人機(jī)、氣象檢測(cè)模塊、大氣污染物檢測(cè)模塊和4G數(shù)據(jù)傳輸鏈路發(fā)送端；其中，在所述多旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)盒上表面的中心固定有用于安裝氣象檢測(cè)模塊的安裝支桿，在該安裝支桿的頂端固定有氣象檢測(cè)模塊；該氣象檢測(cè)模塊通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與所述多旋翼無(wú)人機(jī)的自動(dòng)駕駛儀的串口連接；在該機(jī)盒的下表面有吊掛平臺(tái)；所述4G數(shù)據(jù)傳輸鏈路發(fā)送端固定在該吊掛平臺(tái)的上表面，并使自動(dòng)駕駛儀的輸出端與該4G數(shù)據(jù)傳輸鏈路發(fā)送端的輸入端連接；所述大氣污染物檢測(cè)模塊固定在該吊掛平臺(tái)的下表面，并使該大氣污染物檢測(cè)模塊的輸出端與所述多旋翼無(wú)人機(jī)的自動(dòng)駕駛儀的串口連接。

2.如權(quán)利要求1所述基于多旋翼無(wú)人機(jī)的大氣污染物隨風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述氣象檢測(cè)模塊包含檢測(cè)風(fēng)速的傳感器、檢測(cè)風(fēng)向的傳感器、檢測(cè)溫度的傳感器、檢測(cè)濕度的傳感器；該氣象檢測(cè)模塊的安裝位置與該多旋翼無(wú)人機(jī)的中心線(xiàn)重合。

3.如權(quán)利要求1所述基于多旋翼無(wú)人機(jī)的大氣污染物隨風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述，氣象檢測(cè)模塊下表面與所述多旋翼無(wú)人機(jī)的旋翼所在水平之間的垂直距離為450mm。

4.一種使用如權(quán)利要求1所述大氣污染物隨風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行大氣污染物隨風(fēng)監(jiān)測(cè)的方法，其特征在于，具體過(guò)程是：

步驟1：系統(tǒng)自檢；無(wú)人機(jī)與機(jī)載各模塊自校檢驗(yàn)，確定無(wú)人機(jī)及各模塊無(wú)異常報(bào)警；

步驟2：氣象檢測(cè)模塊校準(zhǔn)；通過(guò)地面標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)對(duì)該模塊進(jìn)行校準(zhǔn)，避免該模塊存在初始誤差影響測(cè)量精度；

步驟3：大氣污染物檢測(cè)模塊校準(zhǔn)；給大氣污染檢測(cè)模塊加入標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量氣體進(jìn)行校準(zhǔn)，避免該模塊存在初始誤差影響測(cè)量精度；

步驟4：飛行檢測(cè)以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)回傳；多旋翼無(wú)人機(jī)升空至預(yù)定的空域，攜帶的氣象檢測(cè)模塊與大氣污染物檢測(cè)模塊分別實(shí)時(shí)采集所在空域的氣象數(shù)據(jù)和大氣污染數(shù)據(jù)；

所述氣象檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)采集的氣象數(shù)據(jù)包括風(fēng)速、風(fēng)向、溫度和濕度，并將采集的風(fēng)速、風(fēng)向、溫度和濕度實(shí)時(shí)傳輸至自動(dòng)駕駛儀，并由該自動(dòng)駕駛儀通過(guò)4G數(shù)據(jù)傳輸鏈路發(fā)送端將其中的溫度、濕度、解算后的實(shí)際風(fēng)速和實(shí)際風(fēng)向?qū)崟r(shí)發(fā)送至云端服務(wù)器；

所述大氣污染物檢測(cè)模塊采集到的大氣污染數(shù)據(jù)包括二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、PM10、PM2.5和臭氧的濃度數(shù)據(jù)；將采集的大氣污染數(shù)據(jù)傳輸至自動(dòng)駕駛儀；

通過(guò)所述多旋翼無(wú)人機(jī)的GPS定位模塊獲取檢測(cè)到的大氣污染數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)的地理位置數(shù)據(jù)；

通過(guò)該自動(dòng)駕駛儀的串口接收各模塊數(shù)據(jù)；將得到的氣象數(shù)據(jù)、大氣污染數(shù)據(jù)和檢測(cè)到的大氣污染數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)的地理位置數(shù)據(jù)打包成mavlink協(xié)議下數(shù)據(jù)，通過(guò)自動(dòng)駕駛儀串口發(fā)送至4G數(shù)據(jù)傳輸鏈路發(fā)送端；

所述4G數(shù)據(jù)傳輸鏈路包含發(fā)送端和云端服務(wù)器；所述發(fā)送端通過(guò)串口排線(xiàn)與自動(dòng)駕駛儀連接，接收大氣污染物數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、得到的氣象數(shù)據(jù)及大氣污染數(shù)據(jù)的地理位置數(shù)據(jù)發(fā)往云端服務(wù)器；

步驟5：數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查看與顯示；顯示終端通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)讀取并顯示存儲(chǔ)在云端服務(wù)器的數(shù)據(jù)；

所述顯示終端通過(guò)4G數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接收并顯示污染物數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、檢測(cè)到的大氣污染數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)的地理位置數(shù)據(jù)；

步驟6：返航；多旋翼無(wú)人機(jī)完成飛行測(cè)量任務(wù)，返回預(yù)定航點(diǎn)。

5.如權(quán)利要求4所述大氣污染物隨風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行大氣污染物隨風(fēng)監(jiān)測(cè)的方法，其特征在于，步驟4中所述實(shí)際風(fēng)速和實(shí)際風(fēng)向是通過(guò)自動(dòng)駕駛儀將氣象檢測(cè)模塊采集得到的風(fēng)速與風(fēng)向、自動(dòng)駕駛儀的飛行數(shù)據(jù)中的對(duì)地飛行速度與方向進(jìn)行解算得到實(shí)際風(fēng)速與風(fēng)向；具體解算方法是：

該自動(dòng)駕駛儀通過(guò)公式(1)、(2)、(3)解算，得到實(shí)際風(fēng)速與風(fēng)向：

其中：r_w為實(shí)際風(fēng)速值；θ_w為實(shí)際風(fēng)向值；r_a為氣象檢測(cè)模塊采集得到風(fēng)速值；θ_a為氣象檢測(cè)模塊采集得到風(fēng)向值；r_g為自動(dòng)駕駛儀的飛行數(shù)據(jù)中的對(duì)地飛行速度值；θ_g為自動(dòng)駕駛儀的飛行數(shù)據(jù)中的對(duì)地飛行速度方向值；α是氣象檢測(cè)模塊采集得到風(fēng)向與自動(dòng)駕駛儀的飛行數(shù)據(jù)中的對(duì)地飛行速度方向的夾角，β為是自動(dòng)駕駛儀的飛行數(shù)據(jù)中的對(duì)地飛行速度方向與實(shí)際風(fēng)速方向的夾角。