[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

说明书

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，利用固定翼无人机搭载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，在该待监测区域内按照高度递增的方式飞行并对航线上的气态污染物进行检测，克服了不能实现同时对不同高度的大气污染物检测的不足。本发明将温度、风速、湿度影响大气污染物浓度测量的因素代入大气污染物浓度修正公式，利用径向基神经网络训练方法得到修正系数，提高了监测精度，提出的该大气污染物浓度修正公式可用于多种大气污染物浓度的检测。本发明用于观测和研究污染源排放三维空间动态变化规律，实现污染源对周边环境空气质量影响的评估与预测与污染源异常排放的监控。

技术领域

本发明涉及无人飞行器与大气污染监测领域，具体是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。

背景技术

目前社会对于大气环境管理中的大气污染检测的要求越来越严格，随之投入其中的人力物力也越来越多。小型固定翼无人机以其智能化、自动化、信息化、灵活度高等优点，可以很好的应用到大气污染检测领域上去，以减少人力物力带来的压力。

在大气环境管理或相关科研工作中，常常需要对污染源周边环境质量状况进行监测，以确定污染源对周边环境空气质量的影响程度，并对污染源异常排放情况进行监控。以无人机搭载气态污染物监测模块的测试系统，可实现三维空间长距离动态化监测。立体化监测是对污染源周边三维空间内的污染物进行监测，与传统监测方法相比，立体化监测方法在保证数据质量的同时，可用于观测和研究污染源排放三维空间动态变化规律。第二，针对地面高精度污染物测量站点无法测量任意位置处污染物情况并且便携式气态污染物检测装置测量精度低的问题，本发明提出了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。气态污染物浓度的测量误差是多因素的导致的，所以要准确的测量出大气污染物浓度需要针对多个因素来进行修正。

在公告号为CN 107192645 A的发明创造中提出了一种多旋翼无人机大气污染探测系统及方法，该发明提出的系统包括多旋翼无人机飞行平台、PM2.5及大气参数传感器组、数据无线传输装置、地面监控站、数据处理软件。该发明使用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。但是该发明只能获得每个高度上单个点位置处的污染物数据，并不能在每个高度上测量多个位置处的污染物数据，误差大。在公告号为CN112305163 A的发明创造中提出了基于固定翼无人机的大气污染监测系统及数据处理方法，该发明通过飞行平台携带大气污染物检测模块以及风参数测量模块对大气污染检测区域进行污染物浓度测量及风参数测量，将大气污染物数据与风参数数据相结合，使得到的污染源方位更精确、更有说服力。但该发明仅仅是对某一特定高度层大气污染物的检测，不能实现同时对不同高度的大气污染物检测。

发明内容

为克服现有技术中存在的不能实现同时对不同高度的大气污染物检测的不足，本发明提出了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

本发明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。

本发明的具体过程是：

步骤1：待监测区域的选取、监测网格尺寸的确定及固定翼无人机航线的确定。