污染氣體無人機監測系統技術方案

本發明專利技術涉及一種污染氣體無人機監測系統，其技術特點是：包括安裝在無人機上的數據采集控制模塊、氣體檢測設備、機載GPS、存儲器、機上無線傳輸模塊以及安裝在地面上的工作站、地面無線傳輸模塊，所述的數據采集控制模塊分別與氣體檢測設備相連接、機載GPS相連接、存儲器、機上無線傳輸模塊相連接，該機上無線傳輸模塊通過2.4G無線通信網與地面無線傳輸模塊相連接實現無線數據傳輸功能；地面工作站與地面無線傳輸模塊相連接用于接收無人機上傳輸GPS數據和氣體檢測數據并進行分析處理。本發明專利技術設計合理，實現了對環保監測區域的快速、全面、準確的監測功能，提高了監測的效率和監測的實時性和直觀性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于氣體監測
，尤其是一種污染氣體無人機監測系統。
技術介紹
環保部門在對污染氣體的監測過程中，存在以下一些問題1、由于傳統采樣方式的運輸樣品耗費時間較長，同時也沒有GPS定位數據功能，因此，不能準確確定氣體監測點位置，不能對監測區域進行快速的、大面積的宏觀的氣體監測；2、傳統采樣不能快速地對同一地區進行多種高度、多種氣體的采樣。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的不足，提供一種能夠準確確定氣體監測點位置并能夠對監測區域不同高度空氣中的有毒有害氣體進行監測的污染氣體無人機監測系統。本專利技術解決其技術問題是采取以下技術方案實現的一種污染氣體無人機監測系統，包括安裝在無人機上的數據采集控制模塊、氣體檢測設備、機載GPS、存儲器、機上無線傳輸模塊以及安裝在地面上的工作站、地面無線傳輸模塊，所述的數據采集控制模塊通過A/D接口與氣體檢測設備相連接，用于采集空氣中的氣體數據，該數據采集控制模塊與機載GPS相連接用于與采集氣體數據的同時，同步采集位置信息；數據采集控制模塊與存儲器相連接用于存儲各種氣體數據和GPS數據；數據采集控制模塊與機上無線傳輸模塊相連接，該機上無線傳輸模塊通過2. 4G無線通信網與地面無線傳輸模塊相連接實現無線數據傳輸功能；地面工作站與地面無線傳輸模塊相連接用于接收無人機上傳輸GPS數據和氣體檢測數據并進行分析處理。而且,所述的氣體檢測設備為硫化氫/ 一氧化氮二合一傳感器、一氧化氮傳感器、二氧化氮傳感器、二氧化硫傳感器和氨氣傳感器中的一種或多種。而且，所述的氣體檢測設備為氧氣傳感器、氫氣傳感器、氯氣傳感器、氰化氫傳感器、氯化氫傳感器、二氧化氯傳感器、磷化氫傳感器和二氧化碳傳感器中的一種或多種。而且，所述的氣體檢測設備中包括的傳感器種類最多為五種。而且，所述的數據采集控制模塊通過RS232接口與機載GPS相連接；所述的數據采集控制模塊通過SPI接口與存儲器相連接；所述的數據采集控制模塊通過SPI接口與機上無線傳輸模塊相連接，所述的地面工作站通過RS232接口與地面無線傳輸模塊相連接。而且，所述的數據采集控制模塊采用ATMEGA16單片機，所述的存儲器采用的是SD存儲卡，機上無線傳輸模塊和地面無線傳輸模塊均采用CRM2400ANC無線傳輸芯片。 本專利技術的優點和積極效果是本專利技術在無人機上安裝機載氣體監測設備可以實時采集不同點位、不同氣體濃度的GPS數據和氣體數據并通過2. 4G無線傳輸網絡發送到地面工作站上，地面工作站通過數據處理分析得到無人機所飛區域的多個高度平面的不同氣體濃度，實現了對環保監測區域的快速、全面、準確的監測功能，提高了監測的效率和監測的實時性和直觀性。附圖說明圖I是本專利技術的系統連接示意圖；圖2是本專利技術的無人機上的氣體監測部分連接示意圖；圖3是本專利技術的地面上的工作站部分連接示意圖；圖4是本專利技術的工作流程圖；圖5是本專利技術的地面工作站處理后的分析結果示意圖，其中圖5 Ca)為第一測區150m高度CO濃度專題圖，圖5 (b)為第一測區250m高度CO濃度專題圖，圖5 (c)為第一測區350m高度CO濃度專題圖，圖5 (d)是第一測區150m、250m、350m高度及地面驗證CO濃度三維示意圖。具體實施例方式以下結合附圖對本專利技術做進一步詳述。一種污染氣體無人機監測系統，如圖I所示，包括安裝在無人機上的數據采集控制模塊、氣體檢測設備、機載GPS、存儲器、機上無線傳輸模塊以及安裝在地面上的工作站、地面無線傳輸模塊，機上無線傳輸模塊與地面傳輸模塊通過2. 4G無線通信網相連接。下面對機上部分和地面部分分別進行說明污染氣體無人機監測系統的機上部分，如圖2所示，數據采集控制模塊通過A/D接口與氣體檢測設備相連接，該氣體檢測設備包括硫化氫/ 一氧化氮傳感器(二合一)、一氧化氮傳感器、二氧化氮傳感器、二氧化硫傳感器和氨氣傳感器，能夠對空氣中的一氧化碳、硫化氫、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫和氨氣等氣體成分及濃度進行采集，上述傳感器根據實際需求更換為氧氣傳感器、氫氣傳感器、氯氣傳感器、氰化氫傳感器、氯化氫傳感器、二氧化氯傳感器、磷化氫傳感器和二氧化碳傳感器中的一種或多種(最多五種)。數據采集控制模塊通過RS232接口與機載GPS相連接采集位置信息；數據采集控制模塊通過SPI接口與存儲器相連接，用于存儲各種氣體傳感器采集的數據和GPS數據；數據采集控制模塊通過SPI接口與機上無線傳輸模塊相連接，該機上無線傳輸模塊通過2. 4G無線通信網與地面無線傳輸模塊相連接實現無線數據傳輸功能。在本實施例中，數據采集控制模塊采用ATMEGA16單片機，存儲器采用的是SD存儲卡，機上無線傳輸模塊采用CRM2400ANC無線傳輸芯片，其采用完全透明的傳輸協議，應用在短距離無線傳輸中具有較高的性價比。污染氣體無人機監測系統的地面部分，如圖3所示，包括地面工作站和地面無線傳輸模塊，該地面無線傳輸模塊采用CRM2400ANC無線傳輸芯片，地面工作站通過RS232接口與地面無線傳輸模塊相連接，用于接收無人機上傳輸過來的同一時刻的GPS數據和氣體檢測數據，地面工作站同時對GPS數據和氣體檢測數據進行數據分析處理，得到目標區域遙感影像上的不同監測氣體、不同高度的分布模型專題圖以及與地面驗證的三維示意圖，如圖5所示，其中圖5 (a)、5 (b)、5 (c)分別為第一測區150m高度CO濃度專題圖、第一測區250m高度CO濃度專題圖、第一測區350m高度CO濃度專題圖，圖5(d)是第一測區150m、250m、350m高度及地面驗證CO濃度三維示意圖。如圖4所示，本系統的工作過程為在無人機進入飛行航線后，控制設備判斷無人機所在的位置和飛行高度，當無人機進入指定監測區域后置開始記錄數據，所記錄的數據由設備中的各種傳感器，即硫化氫/ 一氧化氮傳感器(二合一)、一氧化氮傳感器、二氧化氮傳感器、二氧化硫傳感器和氨氣傳感器提供。通過數據采集控制模塊統一控制GPS和各個氣體傳感器的記錄時間，每秒同步采集一個GPS數據和當前各種氣體濃度的瞬時值，并將數據記錄在機載的存儲器中。同時，數據通過無線傳輸模塊通過無線傳輸網絡傳到地面工作站，地面站可以實時收到設備傳回的數據。地面工作站利用軟件將接收到的數據進行數據反演，結合遙感底圖最后分析出監測區域的監測氣體濃度分布圖。需要強調的是，本專利技術所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本專利技術包括并不限于具體實施方式中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據本專利技術的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬于本專利技術保護的范圍。權利要求1.一種污染氣體無人機監測系統，其特征在于包括安裝在無人機上的數據采集控制模塊、氣體檢測設備、機載GPS、存儲器、機上無線傳輸模塊以及安裝在地面上的工作站、地面無線傳輸模塊，所述的數據采集控制模塊通過A/D接口與氣體檢測設備相連接，用于采集空氣中的氣體數據，該數據采集控制模塊與機載GPS相連接用于與采集氣體數據的同時，同步采集位置信息；數據采集控制模塊與存儲器相連接用于存儲各種氣體數據和GPS數據；數據采集控制模塊與機上無線傳輸模塊相連接，該機上無線傳輸模塊通過2. 4G無線通信網與地面無線傳輸模塊相連接實現無線數據傳輸功能；地面工作站與地面無線傳輸模塊相連接用于接收無本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種污染氣體無人機監測系統，其特征在于：包括安裝在無人機上的數據采集控制模塊、氣體檢測設備、機載GPS、存儲器、機上無線傳輸模塊以及安裝在地面上的工作站、地面無線傳輸模塊，所述的數據采集控制模塊通過A/D接口與氣體檢測設備相連接，用于采集空氣中的氣體數據，該數據采集控制模塊與機載GPS相連接用于與采集氣體數據的同時，同步采集位置信息；數據采集控制模塊與存儲器相連接用于存儲各種氣體數據和GPS數據；數據采集控制模塊與機上無線傳輸模塊相連接，該機上無線傳輸模塊通過2.4G無線通信網與地面無線傳輸模塊相連接實現無線數據傳輸功能；地面工作站與地面無線傳輸模塊相連接用于接收無人機上傳輸GPS數據和氣體檢測數據并進行分析處理。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王橋，王晉年，楊海軍，楊一鵬，李儒，張立福，洪運福，張曉紅，孟琳，聶憶黃，田志，顏培勝，
申請(專利權)人：環境保護部衛星環境應用中心，天津中科遙感信息技術有限公司，中國科學院遙感應用研究所，
類型：發明
國別省市：