一．項目背景

大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測是我國環(huán)境保護工作的重要組成部分，傳統(tǒng)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(shù)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(shù)據(jù)傳輸實時性，還存在獲取的數(shù)據(jù)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(tǒng)，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(shù)據(jù)，并通過無線網(wǎng)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(shù)據(jù)進行查詢，解決了傳統(tǒng)的人工取樣范圍局限性，數(shù)據(jù)準確性、實時性等問題。

二．方案建設

1. 建設依據(jù)

《環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)技術規(guī)范》HJ/T193-2005

《環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)技術規(guī)范》HJ/T193-2013

《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》 GB 3095-2012

《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術規(guī)定》 HJ633-2012

《環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測點位布設技術規(guī)范》 HJ664-2013

《環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測規(guī)范》試行

《環(huán)境空氣質(zhì)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(zhì)量評價技術規(guī)范》（試行）HJ663-2013

《十三五環(huán)境監(jiān)測質(zhì)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(shù)據(jù)傳輸實時性：數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r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(jù)，

▲ 數(shù)據(jù)可視化：數(shù)據(jù)可視化能夠充分挖掘數(shù)據(jù)隱含的空間關聯(lián)，揭示氣體污染物的遷移轉(zhuǎn)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(zhì)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)應實時匯集至數(shù)據(jù)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(nèi)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(shù)據(jù)采集，并對采集終端進行統(tǒng)一管理和監(jiān)控，將采集到的大氣環(huán)境數(shù)據(jù)通過無線接入方式存儲到數(shù)據(jù)中心(云平臺)，通過在數(shù)據(jù)中心對采集的原始數(shù)據(jù)進行分析，產(chǎn)生分析結果數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)支撐。

為全面客觀反映區(qū)域的空氣量狀況，了解區(qū)域內(nèi)大氣污染水平分布強度，分析區(qū)域內(nèi)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(shù)據(jù)支撐。

三．系統(tǒng)架構：

無人機的大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要由大氣環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)匯聚平臺、多媒體應用綜合層所組成。

圖2 系統(tǒng)架構

大氣環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：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(shù)據(jù)模塊等組成。由于無人機系統(tǒng)無法搭載質(zhì)量較大的設備，為了減少整個系統(tǒng)的重量，采用小型系統(tǒng)設計方案，更大限度地延長整個系統(tǒng)的飛行區(qū)域以及飛行時間。

數(shù)據(jù)匯聚平臺：采集到的數(shù)據(jù)通過GPRS傳輸?shù)皆破脚_，平臺再對采集到的數(shù)據(jù)進行處理、分析和儲存，同時利用ArcGIS Engine服務，實現(xiàn)采集的實時查詢分析，歷史調(diào)取以及繪制時段的歷史空氣質(zhì)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(shù)據(jù)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(chǎn)品介紹：

1. 產(chǎn)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(xiàn)“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(chǎn)品尺寸圖

檢測儀內(nèi)置的電化學傳感器模組在傳統(tǒng)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(nèi)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(zhì)保量完成。

圖6 產(chǎn)品組成

2. 產(chǎn)品優(yōu)勢：

• 軟件系統(tǒng)可以與多家無人機制造商包括大疆所有系列適配；

• 帶有自動識別功能，可任意設定檢測氣體，并顯示濕度、溫度、PM2.5、O3、PM10、VOCs等上千種氣體實時濃度值；

• 實時顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)，生成對應趨勢曲線，還可隨時與歷史數(shù)據(jù)查看比對。

• 為用戶解決了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、結果呈現(xiàn)、工作匯報、數(shù)據(jù)儲存等一整個流程問題，更大程度上地節(jié)省了時間與人力成本；

• 外殼采用防水、防風、防塵、防撞擊設計，大大增加了儀器的抗風險能力；

• 采集的數(shù)據(jù)具有超高的空間分辨率，可精確到每條街、每棟樓、甚至每個高度，且實現(xiàn)了ppb級別的檢測精度；

• 可同步實時顯示經(jīng)緯度、高度、飛機狀態(tài)、溫度、PM10、PM2.5，以及上千種氣體濃度值；

4. 產(chǎn)品優(yōu)勢

五．智慧云平臺

智慧云平臺的主要功能是采集數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行處理存儲，以及所在位置的定位，并最終將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛骘@示終端。平臺采用模塊化設計分別實現(xiàn)相應的功能需求，包括通信控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、虛擬儀表與數(shù)據(jù)顯示模塊、電子地圖模塊以及數(shù)據(jù)管理模塊五大模塊。

圖7 監(jiān)測系統(tǒng)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(shù)等；

▲ 數(shù)據(jù)處理模塊：串口接收的數(shù)據(jù)幀經(jīng)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(jīng)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(shù)據(jù)顯示模塊：該模塊的功能為飛行數(shù)據(jù)文本顯示及報警。飛行數(shù)據(jù)文本顯示及報警部分通過數(shù)字，文本的形式將數(shù)據(jù)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(xiàn)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(shù)據(jù)管理模塊：無人機飛行數(shù)據(jù)的入庫、查詢、展示、數(shù)據(jù)檢查及數(shù)據(jù)導出等功能都由該模塊完成，分析與管理以飛行數(shù)據(jù)為支撐。

2. 功能優(yōu)勢

● 關鍵數(shù)據(jù)動態(tài)展示：對檢測區(qū)域?qū)崟r情況進行展示，包括設備運行狀態(tài)、環(huán)境數(shù)據(jù)、監(jiān)管參數(shù)等。以量化數(shù)據(jù)直觀、精準展現(xiàn)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(shù)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(tǒng)，查看監(jiān)測現(xiàn)場，直接操作現(xiàn)場設備；

● 業(yè)務決策高效率：基于云計算服務和大數(shù)據(jù)平臺技術支撐，面向多樣性海量數(shù)據(jù)進行整合處理與關聯(lián)分析，更大化數(shù)據(jù)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(tǒng)一、分組管理，避免雜亂，一目了然。

● 數(shù)據(jù)報表打印：可以根據(jù)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(tǒng)一管理用戶：不同的操作權限實現(xiàn)了不同級別操作人員對數(shù)據(jù)訪問范圍和數(shù)據(jù)讀寫性的嚴格控制，建立統(tǒng)一用戶管理平臺，實現(xiàn)所有用戶的身份管理。

無人機氣體檢測儀（4G）

一．產(chǎn)品介紹：

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(xiàn)“去到哪里，檢測就到哪里”。同時，圣凱安還配備了專門的氣體分析軟件，可以讓用戶更直觀地對氣體濃度、成分進行分析。

此外，利用無人機的靈活性，可在高空對地面進行拍照取證、工廠煙囪排放檢測、污染氣體擴散圖繪制等。內(nèi)置的傳感器模組可以提供實時在線遠程監(jiān)控，比如H2S、CH4、CO2、SO2、VOCs等上千種化學物質(zhì)。具有高精度、小體積、多組分、多級報警、實時儲存、響應快、安裝便捷、低功耗、防護高、證書全等特點。

二．產(chǎn)品優(yōu)勢：

• 軟件系統(tǒng)可以與多家無人機制造商包括大疆所有系列適配；

•帶有自動識別功能，可任意設定檢測氣體，并顯示濕度、溫度、PM2.5、O3、PM10、VOCs等上千種氣體實時濃度值；

• 實時顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)，生成對應趨勢曲線，還可隨時與歷史數(shù)據(jù)查看比對。

• 為用戶解決了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、結果呈現(xiàn)、工作匯報、數(shù)據(jù)儲存等一整個流程問題，極大地節(jié)省了時間與人力成本；

• 外殼采用防水、防風、防塵、防撞擊設計，大大增加了儀器的抗風險能力；

• 采集的數(shù)據(jù)具有超高的空間分辨率，可精確到每條街、每棟樓、甚至每個高度，且實現(xiàn)了ppb級別的檢測精度；

• 可同步實時顯示經(jīng)緯度、高度、飛機狀態(tài)、溫度、PM10、PM2.5，以及上千種氣體濃度值；

• 實時數(shù)據(jù)可通過無線傳輸或GPRS傳輸?shù)降椒掌鳎?/p>

三．產(chǎn)品參數(shù)：

四．選配氣體：