本發(fā)明屬于大氣污染監(jiān)測領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于無人機(jī)的大氣污染監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的大氣污染監(jiān)測通常采用采集大氣樣品進(jìn)行實(shí)驗室分析，這樣的監(jiān)測方式無法快速、準(zhǔn)確、全面地進(jìn)行大氣污染的監(jiān)測，并且無法準(zhǔn)確確定監(jiān)測點(diǎn)的位置，在污染嚴(yán)重的監(jiān)測區(qū)域更不適宜監(jiān)測人員靠近。因此，尋求能夠代替人進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測的監(jiān)測方式成為必然趨勢。

無人機(jī)具有低成本、低損耗、可重復(fù)使用且風(fēng)險小等諸多優(yōu)勢，采用無人機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測可使檢測人員遠(yuǎn)離污染，提高監(jiān)測效率。因此，研發(fā)一種基于無人機(jī)的大氣污染監(jiān)測系統(tǒng)及方法是個亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種基于無人機(jī)的大氣污染監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，可使檢測人員遠(yuǎn)離污染，提高監(jiān)測效率。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種基于無人機(jī)的大氣污染監(jiān)測系統(tǒng)，包括無人機(jī)本體和地面站；

所述無人機(jī)本體上設(shè)有數(shù)據(jù)采集控制單元、CCD光學(xué)相機(jī)、氣體檢測模塊、GPS導(dǎo)航模塊、溫濕度傳感器、機(jī)載圖傳電臺、機(jī)載數(shù)傳電臺、SD存儲卡、數(shù)據(jù)導(dǎo)出接口和機(jī)載電源；所述數(shù)據(jù)采集控制單元的輸入端分別與所述氣體檢測模塊、GPS導(dǎo)航模塊、溫濕度傳感器和機(jī)載電源相連，所述數(shù)據(jù)采集控制單元的輸出端分別與所述機(jī)載圖傳電臺、SD存儲卡和數(shù)據(jù)導(dǎo)出接口相連，所述數(shù)據(jù)采集控制單元分別與所述CCD光學(xué)相機(jī)和機(jī)載數(shù)傳電臺雙向傳輸數(shù)據(jù)；

所述地面站設(shè)有工控機(jī)、圖傳電臺、數(shù)傳電臺、顯示器、存儲單元和電源；所述工控機(jī)分別與所述數(shù)傳電臺、顯示器和存儲單元雙向傳輸數(shù)據(jù)，所述工控機(jī)的輸入端與所述圖傳電臺相連，所述電源向所述工控機(jī)、圖傳電臺和數(shù)傳電臺供電。數(shù)傳電臺用于接收機(jī)載數(shù)傳電臺發(fā)送的數(shù)據(jù)，發(fā)送工控機(jī)發(fā)送的控制指令；圖傳電臺用于接收機(jī)載圖傳電臺下傳的圖像數(shù)據(jù)；顯示器用于顯示圖傳電臺和數(shù)傳電臺接收的數(shù)據(jù)；存儲單元用于存儲圖傳電臺和數(shù)傳電臺接收的數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)采集控制單元采用雙芯片結(jié)構(gòu)，包括主控制器和從控制器，所述主控制器采用STM32F407芯片，所述從控制器采用STM32F103芯片，所述主控制器與從控制器通過SPI總線連接。

進(jìn)一步的，所述主控制器分別與所述CCD光學(xué)相機(jī)、氣體檢測模塊、GPS導(dǎo)航模塊和溫濕度傳感器相連，所述從控制器分別與所述機(jī)載圖傳電臺、機(jī)載數(shù)傳電臺、SD存儲卡和數(shù)據(jù)導(dǎo)出接口相連。主控制器接收和處理CCD光學(xué)相機(jī)采集的污染大氣圖像數(shù)據(jù)，并經(jīng)SPI總線發(fā)送給從控制器，由從控制器將接收到的污染大氣圖像數(shù)據(jù)通過機(jī)載圖傳電臺發(fā)送給地面站。同時，所述主控制器接收和處理氣體檢測模塊、GPS導(dǎo)航模塊和溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)，并經(jīng)SPI總線發(fā)送給從控制器，由從控制器將接收到的數(shù)據(jù)通過機(jī)載數(shù)傳電臺發(fā)送給地面站。GPS導(dǎo)航模塊用于采集無人機(jī)本體的經(jīng)緯度信息，機(jī)載數(shù)傳電臺用于傳輸氣體檢測模塊、GPS導(dǎo)航模塊、溫濕度傳感器采集的數(shù)據(jù)，接收地面站發(fā)送的控制指令。

進(jìn)一步的，所述氣體檢測模塊包括一氧化碳傳感器、二氧化碳傳感器、二氧化氮傳感器、硫化氫傳感器、磷化氫傳感器、氯化氫傳感器、氨氣傳感器、二氧化硫傳感器、氧氣傳感器、氯氣傳感器、氫氣傳感器中的一種或幾種，用于采集大氣參數(shù)。

根據(jù)上述基于無人機(jī)的大氣污染監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法如下：

1)根據(jù)監(jiān)測區(qū)域的地理信息對無人機(jī)進(jìn)行航跡規(guī)劃，包括：飛行高度、飛行距離、航速和航向。

2)檢測機(jī)載通信設(shè)備與地面站之間的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，一切正常后執(zhí)行監(jiān)測任務(wù)。

3)無人機(jī)飛行過程中，氣體檢測模塊和溫濕度傳感器實(shí)時采集大氣參數(shù)，CCD光學(xué)相機(jī)按照一定的時間間隔采集監(jiān)測區(qū)域的高清圖像，GPS導(dǎo)航模塊實(shí)時采集無人機(jī)本體的經(jīng)緯度信息。

4)地面操控人員實(shí)時觀察機(jī)載圖傳電臺下傳的圖像數(shù)據(jù)和機(jī)載數(shù)傳電臺傳輸?shù)膫鞲衅鲾?shù)據(jù)，當(dāng)操控人員發(fā)現(xiàn)大氣污染嚴(yán)重時，向無人機(jī)發(fā)送控制指令，使無人機(jī)暫時處于懸停狀態(tài)，操控人員控制CCD光學(xué)相機(jī)、氣體檢測模塊、溫濕度傳感器對大氣進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測。CCD光學(xué)相機(jī)、氣體檢測模塊、溫濕度傳感器采集的數(shù)據(jù)實(shí)時保存在SD存儲卡中，CCD光學(xué)相機(jī)采集的圖像上疊加當(dāng)前的日期、時間、經(jīng)度和緯度信息。

5)完成監(jiān)測任務(wù)后，無人機(jī)返回地面，通過數(shù)據(jù)導(dǎo)出接口導(dǎo)出圖像和傳感器數(shù)據(jù)，工作人員根據(jù)采集的數(shù)據(jù)對污染大氣進(jìn)行進(jìn)一步的確認(rèn)。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的基于無人機(jī)的大氣污染監(jiān)測系統(tǒng)及方法具有以下優(yōu)勢：采用無人機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測可使檢測人員遠(yuǎn)離污染，提高監(jiān)測效率，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、快捷。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述的原理框圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例所述的監(jiān)測方法流程圖。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以通過具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

一種基于無人機(jī)的大氣污染監(jiān)測系統(tǒng)，包括無人機(jī)本體和地面站；

所述無人機(jī)本體上設(shè)有數(shù)據(jù)采集控制單元、CCD光學(xué)相機(jī)、氣體檢測模塊、GPS導(dǎo)航模塊、溫濕度傳感器、機(jī)載圖傳電臺、機(jī)載數(shù)傳電臺、SD存儲卡、數(shù)據(jù)導(dǎo)出接口和機(jī)載電源；所述數(shù)據(jù)采集控制單元的輸入端分別與所述氣體檢測模塊、GPS導(dǎo)航模塊、溫濕度傳感器和機(jī)載電源相連，所述數(shù)據(jù)采集控制單元的輸出端分別與所述機(jī)載圖傳電臺、SD存儲卡和數(shù)據(jù)導(dǎo)出接口相連，所述數(shù)據(jù)采集控制單元分別與所述CCD光學(xué)相機(jī)和機(jī)載數(shù)傳電臺雙向傳輸數(shù)據(jù)。所述地面站設(shè)有工控機(jī)、圖傳電臺、數(shù)傳電臺、顯示器、存儲單元和電源；所述工控機(jī)分別與所述數(shù)傳電臺、顯示器和存儲單元雙向傳輸數(shù)據(jù)，所述工控機(jī)的輸入端與所述圖傳電臺相連，所述電源向所述工控機(jī)、圖傳電臺和數(shù)傳電臺供電。所述氣體檢測模塊包括一氧化碳傳感器、二氧化碳傳感器、二氧化氮傳感器、硫化氫傳感器、磷化氫傳感器、氯化氫傳感器、氨氣傳感器、二氧化硫傳感器、氧氣傳感器、氯氣傳感器、氫氣傳感器中的一種或幾種，用于采集大氣參數(shù)。

所述數(shù)據(jù)采集控制單元采用雙芯片結(jié)構(gòu)，包括主控制器和從控制器，所述主控制器采用STM32F407芯片，所述從控制器采用STM32F103芯片，所述主控制器與從控制器通過SPI總線連接。所述主控制器分別與所述CCD光學(xué)相機(jī)、氣體檢測模塊、GPS導(dǎo)航模塊和溫濕度傳感器相連，所述從控制器分別與所述機(jī)載圖傳電臺、機(jī)載數(shù)傳電臺、SD存儲卡和數(shù)據(jù)導(dǎo)出接口相連。主控制器接收和處理CCD光學(xué)相機(jī)采集的污染大氣圖像數(shù)據(jù)，并經(jīng)SPI總線發(fā)送給從控制器，由從控制器將接收到的污染大氣圖像數(shù)據(jù)通過機(jī)載圖傳電臺發(fā)送給地面站。同時，所述主控制器接收和處理氣體檢測模塊、GPS導(dǎo)航模塊和溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)，并經(jīng)SPI總線發(fā)送給從控制器，由從控制器將接收到的數(shù)據(jù)通過機(jī)載數(shù)傳電臺發(fā)送給地面站。GPS導(dǎo)航模塊用于采集無人機(jī)本體的經(jīng)緯度信息，機(jī)載數(shù)傳電臺用于傳輸氣體檢測模塊、GPS導(dǎo)航模塊、溫濕度傳感器采集的數(shù)據(jù)，接收地面站發(fā)送的控制指令。

根據(jù)上述基于無人機(jī)的大氣污染監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法如下：

1)根據(jù)監(jiān)測區(qū)域的地理信息對無人機(jī)進(jìn)行航跡規(guī)劃，包括：飛行高度、飛行距離、航速和航向。

2)檢測機(jī)載通信設(shè)備與地面站之間的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，一切正常后執(zhí)行監(jiān)測任務(wù)。

3)無人機(jī)飛行過程中，氣體檢測模塊和溫濕度傳感器實(shí)時采集大氣參數(shù)，CCD光學(xué)相機(jī)按照一定的時間間隔采集監(jiān)測區(qū)域的高清圖像，GPS導(dǎo)航模塊實(shí)時采集無人機(jī)本體的經(jīng)緯度信息。

4)地面操控人員實(shí)時觀察機(jī)載圖傳電臺下傳的圖像數(shù)據(jù)和機(jī)載數(shù)傳電臺傳輸?shù)膫鞲衅鲾?shù)據(jù)，當(dāng)操控人員發(fā)現(xiàn)大氣污染嚴(yán)重時，向無人機(jī)發(fā)送控制指令，使無人機(jī)暫時處于懸停狀態(tài)，操控人員控制CCD光學(xué)相機(jī)、氣體檢測模塊、溫濕度傳感器對大氣進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測。CCD光學(xué)相機(jī)、氣體檢測模塊、溫濕度傳感器采集的數(shù)據(jù)實(shí)時保存在SD存儲卡中，CCD光學(xué)相機(jī)采集的圖像上疊加當(dāng)前的日期、時間、經(jīng)度和緯度信息。

5)完成監(jiān)測任務(wù)后，無人機(jī)返回地面，通過數(shù)據(jù)導(dǎo)出接口導(dǎo)出圖像和傳感器數(shù)據(jù)，工作人員根據(jù)采集的數(shù)據(jù)對污染大氣進(jìn)行進(jìn)一步的確認(rèn)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。