[发明专利]基于固定翼无人机的大气污染立体化监控及数据处理方法

权利要求书

1.一种基于固定翼无人机的大气污染立体化监控及数据处理方法，包括固定翼无人机、气态污染物检测模块、风速风向采集模块、温湿度模块、GPS定位模块、无线数据传输模块和数据处理模块；其中：固定翼无人机包括飞行控制模块；温湿度模块为温度传感器与湿度传感器的集成模块；所述气态污染物检测模块安装在固定翼无人机机头位置处；风速风向采集模块通过支撑杆安放在该固定翼无人机上方；温湿度模块及GPS定位模块安装在固定翼无人机机身的上表面；无线数据传输模块安装在该固定翼无人机机舱内；气态污染物检测模块的信号输出端、风速风向采集模块的信号输出端、温湿度模块的信号输出端及GPS定位模块的信号输出端分别通过数据线与无线传输模块的信号输入端相连；数据处理模块与无线数据传输模块通过无线信号相连；飞行控制模块与远程控制端通过无线信号相连；

其特征在于，具体过程是：

步骤1，确定待监测区域、监测网格尺寸和固定翼无人机的航线：

具体过程是：

Ⅰ根据主管部门提供的污染范围，确定待监测区域以及待监测区域的长度A、宽度B和高度H；

Ⅱ确定待监测区域内的监测网格尺寸；

所述监测网格是将待监测区域划分为多个大小一致的最小监测区域单元，每一个网格即为一个监测点，固定翼无人机的飞行航线需要穿过每一个监测网格；确定所述监测网格的长度为a，宽度为b，高度为h；根据待监测区域的高度H及监测网格的高度h，得到待监测区域在高度方向上的层数J；

Ⅲ设定固定翼无人机的航线：

远程控制端根据确定的所述待检测区域、监测网格大小及分布，生成该固定翼无人机的航线；

确定的固定翼无人机航线包括不同的飞行高度层；该固定翼无人机在每个高度层的航线分别为一个飞行段；在各飞行段的飞行中，航线轨迹为S型轨迹，以覆盖该高度层所有的监测网格；

步骤2，机载设备的校准；

步骤3，数据的采集：

具体过程是：

Ⅰ所述固定翼无人机按照设定的航线进行飞行，并通过GPS定位模块得到该固定翼无人机的经度数据、纬度数据及和高度数据；

Ⅱ开启机载的气态污染物检测模块、风速风向采集模块和温湿度模块；所述固定翼无人机按照航线飞行，依次飞经确定的各监测网格，采集各个网格内的大气污染物浓度数据、风速数据、风向数据、温度数据和湿度数据；

步骤4，数据的传输；

步骤5，大气污染物浓度数据的修正：

通过数据处理模块对采集到的不同监测网格的大气污染物浓度数据进行修正；

具体过程是：

通过公式(1)修正大气污染物浓度数据：

公式(1)中：为修正后的W_n浓度；W_n中的W为污染物，n为污染物种类，n＝1，2，3，……；为修正之前的W_n浓度；T为当前监测网格的温度；RH为当前监测网格的湿度；v为当前监测网格的风速；k₁为待确定的温度修正系数；k₂为待确定的湿度修正系数；k₃为待确定的风速修正系数；

步骤6，数据的整理：

数据处理模块将将采集到的各高度层的风向数据、风速数据、温度数据、湿度数据、经度数据、纬度数据、高度数据，以及修正过的大气污染物浓度数据依次按高度层集合为一组，共得到J组数据组m_i，其中：i＝1,2,3,……,J；

步骤7，数据的处理：

所述数据的处理是通过数据处理模块对各组的数据依次进行处理，分别得到大气污染物浓度以及风速、风向可视化视图的过程；具体过程是：

Ⅰ所述数据处理模块根据第m_i组的经度数据、纬度数据、高度数据及修正过后的大气污染物浓度数据，采用插值法依次绘制出第m_i组的大气污染物浓度等值线图；该数据处理模块根据第m_i组的风速数据、风向数据、经度数据、纬度数据及高度数据，依次绘制出第m_i组的风流线图；其中：i＝1,2,3,……,J；

Ⅱ所述数据处理模块依次绘制出第m_i组的大气污染物浓度等值线图与风流线结合图；其中：i＝1,2,3,……,J；

Ⅲ所述数据处理模块依次绘制出第m₁～m_J组的大气污染物浓度等值线图与风流线的结合图，从而得到整个待监测区域内的大气污染物浓度等值线图与风流线结合图。