[發明專利]基于多旋翼無人機的大氣污染物隨風監測系統及監測方法

在審

• 申請號: 202011133538.1
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112327387A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 柳柳;安偉剛;曾煒;張航
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01W1/02
• 分類號: G01W1/02;G01W1/08;G01S19/42;G01N33/00;G01N15/06;B64C39/02;H04W4/38
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

一種基于多旋翼無人機的大氣污染物隨風監測系統及監測方法，在多旋翼無人機機盒上表面的中心固定有用于安裝氣象檢測模塊的安裝支桿，在該安裝支桿的頂端固定有氣象檢測模塊；該氣象檢測模塊通過導線與所述多旋翼無人機的自動駕駛儀的串口連接。在該機盒的下表面有吊掛平臺；所述4G數據傳輸鏈路發送端固定在該吊掛平臺的上表面，并使自動駕駛儀的輸出端與該4G數據傳輸鏈路發送端的輸入端連接；所述大氣污染物檢測模塊固定在該吊掛平臺的下表面，并使該大氣污染物檢測模塊的輸出端與所述多旋翼無人機的自動駕駛儀的串口連接。本發明中能夠對不適宜人工檢測的污染檢測區域進行迅速快捷的污染分布檢測，保障了操作人員安全，節省了人力成本。

技術領域

本發明涉及一種基于多旋翼無人機的大氣污染物隨風監測系統，屬于無人飛行器與大氣污染監測領域。

背景技術

近年來，我國工業發展迅速，伴隨工業發展產生的空氣污染監測也成了一個亟待解決的問題。同時，燃料燃燒、工業生產和交通運輸等產生的多種復雜的大氣污染物，不僅影響了城市的空氣環境，也對城市居民的身體健康帶來極大的損害，甚至誘發重大身體疾病。

大氣污染物監測，需要對污染物進行采樣收集、污染物檢測、污染物定位、污染物溯源跟蹤。大氣污染物測量常用的方法有：氣象觀測鐵塔、氣球觀測、激光雷達、載人固定翼飛機。大量方法均通過地面設置觀測站實現大氣觀測，受觀測站限制較大；固定翼飛機較地面觀測方法有較大靈活性，但仍無法對一些人口密度較大的低空區域進行監測。另外，污染物的擴散演化取決于環境特征、風參數、溫度和濕度等因素，導致污染物的監測較為困難。

在大氣污染檢測設備上，丁濤等人(公布號：CN108375490A)提出一種基于多旋翼無人機的大氣污染氣體采集裝置；在測風領域，宦海等人(公開號：CN204009453U)提出無人機搭載超聲風速儀的方法。同時，現有的技術也公布了一些大氣污染物監測專利，趙玉濤等人(公布號：CN110971710A)提出的一種基于物聯網的大氣監測系統，通過布置固定式檢測節點與移動式檢測節點，分別進行氣象檢測和污染檢測。在這些研究中，丁濤等人考慮的方法使用本地存儲的方式，數據的傳輸便捷性受限，并且測量的過程中不包含風等氣象參數，無法為進一步的污染監控與溯源計劃制定提供依據；宦海等人考慮的方法使用無人機與地面站之間的通信鏈路，傳輸距離有提高，但仍較有限，而且未從機械結構上考慮降低旋翼產生的氣流對超聲波風速儀測量風速的干擾；趙玉濤等人考慮的方法在氣象與污染的兩類參數分別使用固定式與移動式檢測節點，不同的節點之間存在位置差異，降低了數據之間的關聯性。

發明內容

為克服現有技術中存在的旋翼產生的氣流對超聲波風速儀的干擾、未考慮風的影響的不足，本發明提出了一種基于多旋翼無人機的大氣污染物隨風監測系統及監測方法。

所述基于多旋翼無人機的大氣污染物隨風監測系統包括多旋翼無人機、氣象檢測模塊、大氣污染物檢測模塊和4G數據傳輸鏈路發送端。其中，在所述多旋翼無人機機盒上表面的中心固定有用于安裝氣象檢測模塊的安裝支桿，在該安裝支桿的頂端固定有氣象檢測模塊；該氣象檢測模塊通過導線與所述多旋翼無人機的自動駕駛儀的串口連接。在該機盒的下表面有吊掛平臺；所述4G數據傳輸鏈路發送端固定在該吊掛平臺的上表面，并使自動駕駛儀的輸出端與該4G數據傳輸鏈路發送端的輸入端連接；所述大氣污染物檢測模塊固定在該吊掛平臺的下表面，并使該大氣污染物檢測模塊的輸出端與所述多旋翼無人機的自動駕駛儀的串口連接。

所述氣象檢測模塊包含檢測風速的傳感器、檢測風向的傳感器、檢測溫度的傳感器、檢測濕度的傳感器。該氣象檢測模塊的安裝位置與該多旋翼無人機的中心線重合。

所述，氣象檢測模塊下表面與所述多旋翼無人機的旋翼所在水平之間的垂直距離為450mm。

本發明提出的所述大氣污染物隨風監測系統進行大氣污染物隨風監測的方法，具體過程是：

步驟1：系統自檢；無人機與機載各模塊自校檢驗，確定無人機及各模塊無異常報警；