一．項目背景
大氣環(huán)境質量監(jiān)測是我國環(huán)境保護工作的重要組成部分，傳統的環(huán)境監(jiān)測方式往往以地面設立監(jiān)測點為主，但是當面對地形廣闊、環(huán)境復雜、監(jiān)測設施數量有限等情況時，不僅會提高環(huán)境監(jiān)測的成本，影響工作效率以及數據傳輸實時性，還存在獲取的數據空間覆蓋程度有限、不能對污染物來源及其變化趨勢分析進行有效預測等問題。
圖1 無人機方案
圣凱安通過無人機技術、傳感器技術、GPRS技術以及軟件設計技術開發(fā)了一款基于無人機技術的大氣環(huán)境監(jiān)測系統，通過無人機作為搭載平臺，可以采集多種復雜地區(qū)環(huán)境條件下的大氣環(huán)境數據，并通過無線網絡上傳至服務器，后端人員可實時通過終端對大氣環(huán)境數據進行查詢，解決了傳統的人工取樣范圍局限性，數據準確性、實時性等問題。
二．方案建設
1. 建設依據
《環(huán)境空氣質量自動監(jiān)測系統技術規(guī)范》HJ/T193-2005
《環(huán)境空氣質量自動監(jiān)測系統技術規(guī)范》HJ/T193-2013
《環(huán)境空氣質量標準》 GB 3095-2012
《環(huán)境空氣質量指數（AQI）技術規(guī)定》 HJ633-2012
《環(huán)境空氣質量監(jiān)測點位布設技術規(guī)范》 HJ664-2013
《環(huán)境空氣質量監(jiān)測規(guī)范》試行
《環(huán)境空氣質量評價技術規(guī)范》（試行）HJ663-2013
《大氣污染防治行動計劃》（國發(fā)﹝2013﹞37 號）
《關于印發(fā)<2014 年全國環(huán)境監(jiān)測工作要點>的通知》（環(huán)辦﹝2014﹞2 號）
《京津冀及周邊地區(qū) 2017 年大氣污染防治工作方案》
《環(huán)境空氣顆粒物（PM2.5）手工監(jiān)測方法（重量法）技術規(guī)范》HJ 656-2013
《環(huán)境空氣質量評價技術規(guī)范》（試行）HJ663-2013
《十三五環(huán)境監(jiān)測質量管理工作方案》 （粵環(huán)辦函〔2016〕364 號）
《京津冀及周邊地區(qū) 2017 年大氣污染防治工作方案》
《建筑施工場界噪聲限值》GB12523-90
《社會生活環(huán)境噪聲排放標準》GB22337-2008
2. 建設原則
▲ 數據傳輸實時性：數據傳輸的實時性是實施大區(qū)域精準化管理的基礎，高效快速地檢測方式可為后續(xù)一系列的治理措施提供支撐依據，
▲ 數據可視化：數據可視化能夠充分挖掘數據隱含的空間關聯，揭示氣體污染物的遷移轉化規(guī)律，有助于科研人員、監(jiān)測機構科學直觀地判讀并分析大氣污染情況，節(jié)約人力成本。
▲ 高空間分辨率：由于大氣污染物變化遷移的動態(tài)性，高空間分辨率能捕捉到更多的空氣質量信息。此外，在污染源監(jiān)測的過程中，由于每種類型的污染源監(jiān)測重點存在一定差異，因此可以實施種類劃分，保證無人機監(jiān)測技術應用的針對性和有效性。
▲ 數據傳輸穩(wěn)定性：無人機大氣環(huán)境應用實時連續(xù)監(jiān)測，監(jiān)測數據應實時匯集至數據處理中心進行處理。
▲ 靈活便攜性：高強度的分辨率和靈活性能夠在同一時間內進行多組分測試，并全天候、實時、連續(xù)、自動監(jiān)測。
3. 建設目標：
通過無人機搭載的智能氣體傳感器對大氣污染因子進行數據采集，并對采集終端進行統一管理和監(jiān)控，將采集到的大氣環(huán)境數據通過無線接入方式存儲到數據中心(云平臺)，通過在數據中心對采集的原始數據進行分析，產生分析結果數據，最終以服務的方式為演示終端軟件、 移動端APP或者第三方氣象、 環(huán)境應用提供數據支撐。
為全面客觀反映區(qū)域的空氣量狀況，了解區(qū)域內大氣污染水平分布強度，分析區(qū)域內整體大為全面客觀反映區(qū)域的空氣量狀況，了解區(qū)域內大氣污染水平分布強度，分析區(qū)域內整體大氣污染物的濃度水平和傳輸規(guī)律，研判大氣污染發(fā)生發(fā)展趨勢，為污染減排及監(jiān)控提供數據支撐。
三．系統架構：
無人機的大氣環(huán)境監(jiān)測系統主要由大氣環(huán)境數據采集系統、數據匯聚平臺、多媒體應用綜合層所組成。
圖2 系統架構
大氣環(huán)境數據采集系統：該部分主要由PM2.5 傳感器、PM10 傳感器、SO2濃度傳感器、溫濕度傳感、GPRS無線數據模塊等組成。由于無人機系統無法搭載質量較大的設備，為了減少整個系統的重量，采用小型系統設計方案，更大限度地延長整個系統的飛行區(qū)域以及飛行時間。
數據匯聚平臺：采集到的數據通過GPRS傳輸到云平臺，平臺再對采集到的數據進行處理、分析和儲存，同時利用ArcGIS Engine服務，實現采集的實時查詢分析，歷史調取以及繪制時段的歷史空氣質量曲線等功能。
圖3 通訊方式
多媒體應用綜合層：用戶可以通過云平臺將無人機采集到的監(jiān)測數據實時發(fā)布到多媒體廣告一體機、LED顯示屏、電視機或者平板電腦等各類多媒體顯示屏上。
四．產品介紹：
1. 產品介紹
圖4 無人機氣體檢測儀
圣凱安無人機氣體檢測儀是一款高性能的無人機環(huán)保監(jiān)測設備，可同時搭載6支傳感器，與無人機、汽車等移動載具相互配合，實現“去到哪里，檢測就到哪里”。同時，圣凱安還配備了專門的分析軟件，可以讓用戶更直觀地對氣體濃度、成分進行查閱。
圖5 產品尺寸圖
檢測儀內置的電化學傳感器模組在傳統技術的基礎上，提高了設備的穩(wěn)定性，能有效抵抗天氣，氣壓，風速等不定因素的影響，以達到高速行駛，快速穩(wěn)定，迅速抓拍，高清像素的效果。在硬件本身的安全方面，圣凱安技術人員通過改變外殼材料來保障內部線路安全，達到防濕、防爆、抗壓的效果，保障監(jiān)測流程的順利進行，監(jiān)測任務的保質保量完成。
智慧云平臺的主要功能是采集數據，并對數據進行處理存儲，以及所在位置的定位，并最終將數據傳輸到地面顯示終端。平臺采用模塊化設計分別實現相應的功能需求，包括通信控制模塊、數據處理模塊、虛擬儀表與數據顯示模塊、電子地圖模塊以及數據管理模塊五大模塊。
圖7 監(jiān)測系統框架
1. 平臺模塊
▲ 通信控制模塊：該模塊的功能為控制串口通信的開始關閉，設置串口號，傳輸波特率，校驗參數等；
▲ 數據處理模塊：串口接收的數據幀經由該模塊按照指令定義進行解析處理，再送到虛擬儀表和顯示模塊進行顯示。此外，操作人員下達的控制指令也會經該模塊傳至無人機，保證無人機和地面站能穩(wěn)定，高效的通訊；
▲ 虛擬儀表與數據顯示模塊：該模塊的功能為飛行數據文本顯示及報警。飛行數據文本顯示及報警部分通過數字，文本的形式將數據直觀、準確、實時地顯示在操作人員面前；-
▲ 電子地圖模塊：該模塊可以實現電子地圖的加載、地圖層設置、無人機位置的實時定位、飛行軌跡的繪制4大功能。；
▲ 數據管理模塊：無人機飛行數據的入庫、查詢、展示、數據檢查及數據導出等功能都由該模塊完成，分析與管理以飛行數據為支撐。
2. 功能優(yōu)勢
● 關鍵數據動態(tài)展示：對檢測區(qū)域實時情況進行展示，包括設備運行狀態(tài)、環(huán)境數據、監(jiān)管參數等。以量化數據直觀、精準展現大氣環(huán)境改善程度，保障治理防護工作開展，以及日常巡護監(jiān)管到位；
● 監(jiān)測參數實時監(jiān)控：管理人員可以在任何平臺通過瀏覽器登陸系統，查看監(jiān)測現場，直接操作現場設備；
● 業(yè)務決策高效率：基于云計算服務和大數據平臺技術支撐，面向多樣性海量數據進行整合處理與關聯分析，更大化數據信息價值，提高業(yè)務決策效率；
● GPS實時定位：支持地圖比例尺縮放、搜索、定位等功能，適合客戶對每個下屬監(jiān)控點位進行統一、分組管理，避免雜亂，一目了然。
● 數據報表打印：可以根據時間來制定日報、月報、季報和年報表。并可以導出 EXCEL 表格至本地；
● 統一管理用戶：不同的操作權限實現了不同級別操作人員對數據訪問范圍和數據讀寫性的嚴格控制，建立統一用戶管理平臺，實現所有用戶的身份管理。
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