傳統(tǒng)地面環(huán)境監(jiān)測站點(diǎn)大多為固定布設(shè)模式，依靠地面點(diǎn)位獲取區(qū)域空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，但是地面站點(diǎn)只能夠記錄近地面的環(huán)境狀況，難以捕捉垂直方向上污染物的分布特征，面對復(fù)雜地形、突發(fā)污染事件時，地面監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)存在一定局限。無人機(jī)遙感監(jiān)測技術(shù)作為環(huán)境監(jiān)測的重要技術(shù)方向，具備立體作業(yè)、響應(yīng)速度快、監(jiān)測覆蓋范圍廣，受地形條件約束小的特點(diǎn)，在大氣突發(fā)污染溯源、立體空間空氣質(zhì)量評估等工作當(dāng)中發(fā)揮相應(yīng)作用。無人機(jī)環(huán)境監(jiān)測儀將傳感器組件搭載在無人機(jī)載體之上，突破地面固定點(diǎn)位的空間限制，實(shí)現(xiàn)空間維度上移動化的大氣采樣檢測。
整套無人機(jī)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)由無人飛行器、地面控制站、傳感器組件、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)四大主要部分構(gòu)成。無人飛行器可以選用多旋翼或者固定翼機(jī)型，搭載環(huán)境監(jiān)測傳感器荷載；地面控制站承擔(dān)飛行控制、軟件交互任務(wù)；傳感器組件包含顆粒物與多類氣體感知單元，同時采集溫濕度等氣象信息；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分為機(jī)載處理單元與地面端處理單元，分別完成機(jī)載初步處理與地面完整數(shù)據(jù)分析。設(shè)備搭載的傳感器組件采用擴(kuò)散式檢測方式，選用高靈敏度電化學(xué)傳感器，整套組件體積小巧，便于掛載到無人機(jī)平臺。飛行作業(yè)過程中，設(shè)備勻速抽取螺旋槳上方的環(huán)境氣體進(jìn)入內(nèi)部氣室，保障氣體與傳感器充分接觸，獲取實(shí)時的氣體濃度信息。
數(shù)據(jù)采集流程擁有完整的邏輯閉環(huán)，設(shè)備啟動之后首先開啟氣體傳感器，上位機(jī)下發(fā)作業(yè)指令，系統(tǒng)自動識別接入傳感器的量程與類型，傳感器返回實(shí)時濃度數(shù)值，系統(tǒng)開展數(shù)據(jù)處理分析。一旦監(jiān)測濃度超出設(shè)定閾值，系統(tǒng)觸發(fā)超標(biāo)報警，監(jiān)測數(shù)據(jù)同步存儲對應(yīng)的經(jīng)緯度、飛行高度、采集時間信息，完成一輪采集任務(wù)之后關(guān)閉傳感器，結(jié)束本次檢測流程。傳感器組件使用 RS485 通訊方式完成數(shù)據(jù)交互，配置對應(yīng)的串口通訊參數(shù)，完成原始監(jiān)測數(shù)據(jù)向外傳輸。
地面接收軟件可以和通用飛控軟件結(jié)合使用，在獲取飛行器飛行航線、飛行姿態(tài)信息的基礎(chǔ)上，融合氣體監(jiān)測得到的濃度數(shù)據(jù)，完成多探測器同步回傳數(shù)據(jù)的解析處理。數(shù)據(jù)分析平臺承擔(dān)多項(xiàng)業(yè)務(wù)功能，可以完成實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化展示，把氣體、顆粒物、有毒有害氣體監(jiān)測信息匯總到統(tǒng)一平臺，用不同色彩標(biāo)識不同污染等級；支持調(diào)取歷史監(jiān)測記錄，開展時間序列、日變化等統(tǒng)計(jì)分析；系統(tǒng)可以統(tǒng)計(jì)一段時間內(nèi)各點(diǎn)位污染超標(biāo)的累積概率，識別高頻超標(biāo)的區(qū)域，作為重點(diǎn)監(jiān)管對象；同時支持污染情況的排名統(tǒng)計(jì)，便于工作人員掌握區(qū)域污染動態(tài)。平臺還集成移動 GIS 相關(guān)能力，實(shí)現(xiàn)空間地物編輯管理、地圖圖層疊加、報表輸出，同時支持無人機(jī)航線規(guī)劃，選定監(jiān)測區(qū)域之后自動生成飛行航線，完成作業(yè)任務(wù)劃分。
監(jiān)測荷載本身具備多方面適配特性，軟件可以兼容多家廠商的無人機(jī)設(shè)備，傳感器支持現(xiàn)場更換，系統(tǒng)能夠自動識別接入的傳感器類型；外殼做防護(hù)處理，滿足防水、防風(fēng)、防塵、抗撞擊的使用需求；監(jiān)測過程實(shí)時輸出監(jiān)測數(shù)據(jù)，生成變化趨勢曲線，同步記錄經(jīng)緯度、飛行高度、飛行器狀態(tài)、各類污染物濃度，既可以無線向地面端回傳實(shí)時數(shù)據(jù)，也能夠借助 GPRS 網(wǎng)絡(luò)上傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器。
無人機(jī)環(huán)境監(jiān)測儀可以應(yīng)用在多種業(yè)務(wù)場景，化工園區(qū)無組織排放巡檢、突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急監(jiān)測、大面積堆場揚(yáng)塵立體評估等場景都可以開展作業(yè)。但在實(shí)際使用中，需要關(guān)注載體本身的飛行約束，關(guān)注飛行環(huán)境風(fēng)力、溫度條件，遵守飛行作業(yè)相關(guān)規(guī)范。傳感器同樣需要定期開展比對校準(zhǔn)，降低飛行過程氣流擾動、溫濕度變化帶來的測量干擾，保障監(jiān)測數(shù)據(jù)具備參考價值。無人機(jī)監(jiān)測不替代地面固定站點(diǎn)，二者相互補(bǔ)充，構(gòu)建起地面點(diǎn)位結(jié)合空中移動巡檢的立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，為環(huán)境管理提供更多維度的參考信息。
