[发明专利]基于定点不同高度下大气成分同步检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，尤其是一种基于定点不同高度下大气成分同步检测系统及方法。

背景技术

随着全球经济的不断发展，工业和生活污染物的大气排放总量不断增加、范围持续扩大，雾霾现象日趋严重。细颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物，它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。根据已有的研究资料表明，PM2.5浓度分布与大气逆温层、大气湍流等有关，且随着高度的增加有所变化。此外，随着城市的现代化发展，高层建筑的不断涌现使人们的活动范围逐渐由单一平面发展到近地层空间，空气污染物在近地层不同高度的垂直分布特征与公共健康紧密相关，获取近地层空间大气成分也是分析大气污染源一种重要的手段。

现有的多旋翼无人机系统对监测区域进行垂直飞行，同步采集影像数据、PM2.5数据和温度、湿度、气压，地面站通过远程无线传输方式接收数据，通过对探测数据的订正和拟合处理，获得不同高度的PM2.5浓度分布曲线、大气能见度垂直分布曲线。该种方法的缺陷在于单台无人机在一个时间只能检测到该高度下的大气成分，在另一高度时就是另外一个时间点，由于大气时刻都在流动变换，即使在同一高度，不同时间点的大气成分也是有一定的变化，特别是在发生大气污染情况下，该种测试的失真情况更为严重。因此，在同一时间维度下，不同高度的大气成分检测，该种技术方案就无法做到。而对于大气成分检测，大气污染预警、预防，在同一时间维度下，不同高度的大气成分检测尤为重要，以上问题亟待解决。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种能够机动灵活的探测同一时间维度下，低空PM2.5和相关大气参数垂直分布数据，提升对雾霾分布状况的综合监测能力和成因分析能力，为雾霾治理提供新型监测手段和数理依据的基于定点不同高度下大气成分同步检测系统。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于定点不同高度下大气成分同步检测系统，包括：

无人机组合单元，由至少两台无人机组成，实现多台无人机同时悬浮在同一竖直线上的不同高度，并对大气成分进行监测；

控制主机，对所获得的数据信息进行分析，利用线性拟合模型，获得PM2.5与高度、温度、辐照度之间的相关关系；利用PM2.5与大气能见度之间关系模型计算获得能见度垂直分布数据，绘制低空PM2.5和大气能见度垂直分布曲线，结合当时气象条件进行不同高度雾霾影响程度分析；把所分析的大气成分的实时数据信息与历史数据相比对，得出当前时空下大气成分参数；

信息数据库，存储信息传输单元发送至控制主机的数据信息；

监视器，实时显示监测点同一时段的大气成分信息并进行预警或警告；

所述控制主机与无人机组合单元内的多台无人机双向通讯，控制主机与信息数据库双向通讯，控制主机的输出端与监视器的输入端相连。

所述无人机上安装有：

定位单元，由水平位置定位器和竖直位置定位器组成；

大气成分检测单元，由大气成分传感器、温度传感器、光照传感器及视频传感器组成；

信息传输单元，采用GPRS模块；

所述定位单元、大气成分检测单元均与信息传输单元双向通讯，所述信息传输单元与控制主机双向通讯。

所述无人机采用多旋翼垂直升降无人机，两相邻无人机之间的竖直间距在10至800米之间，两相邻无人机之间的水平间距小于5米。

本发明的另一目的在于提供一种基于定点不同高度下大气成分同步检测系统的检测方法，该方法包括下列顺序的步骤：

（1）将多台多旋翼无人机飞行系统展开，对每一台无人机进行静态通电调试，通过无人机地面的监视器确定系统状态正常；

（2）利用控制主机进行各台无人机的任务规划，设定无人机编号，确定起飞顺序，输入飞行参数和定位参数，其中所述飞行参数包含：飞行区域和飞行高度；所述定位参数包括邻近一台无人机距离本机的高度和水平方位；

（3）各台无人机按编号依次起飞，当所有无人机全部起飞后，启动定位单元，进行无人机水平方向上的定位和纠偏，竖直方向确定各自的飞行高度，直至所有无人机在一竖直线上稳定悬浮，启动信息传输单元，把各无人机的定位和各自的相对竖直高度发送至地面的控制主机；