本發(fā)明涉及一種環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，尤其是無人機(jī)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測是我國環(huán)境保護(hù)工作的重要組成部分，我國目前在大氣環(huán)境監(jiān)測中主要采取實(shí)驗室人工監(jiān)測為主自動化監(jiān)測為輔的監(jiān)測方法，采用人工方式進(jìn)行的空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，大都存在著監(jiān)測實(shí)時性滯后、空間局限、精度低等問題。而自動化監(jiān)測多為固定點(diǎn)監(jiān)測，不能對監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行大面積、多種高度的宏觀的氣體監(jiān)測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種能夠進(jìn)行大面積、多種高度的宏觀氣體監(jiān)測系統(tǒng)，具體技術(shù)方案為：

無人機(jī)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，包括安裝在無人機(jī)上的飛行控制模塊、導(dǎo)航模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、環(huán)境檢測模塊、光學(xué)相機(jī)、氣壓高度計、存儲器、無線傳輸模塊，以及地面工作站；所述飛行控制模塊用于手動或自動控制無人機(jī)飛行，所述導(dǎo)航模塊設(shè)有GPS，用于自動飛行導(dǎo)航；所述環(huán)境檢測模塊檢測空氣中氣體和/或顆粒物含量；所述的數(shù)據(jù)采集模塊通過A/D 接口與環(huán)境檢測模塊連接采集檢測的環(huán)境數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)采集模塊還與GPS和氣壓高度計連接，在采集環(huán)境數(shù)據(jù)時同步采集包括位置和高度的地理數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)采集模塊與存儲器連接存儲各種環(huán)境數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)；所述光學(xué)相機(jī)與存儲器連接，將圖片存儲在存儲器上；數(shù)據(jù)采集模塊和光學(xué)相機(jī)均與無線傳輸模塊相連接，無線傳輸模塊通過無線通信網(wǎng)與地面工作站連接，地面工作站控制無人機(jī)，以及接受環(huán)境數(shù)據(jù)、地理數(shù)據(jù)和圖片數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存儲和分析處理。

優(yōu)選的，所述導(dǎo)向模塊還包括慣性元件，進(jìn)行慣性導(dǎo)航。

優(yōu)選的，所述環(huán)境檢測模塊包括顆粒物檢測模塊和/或氣體檢測模塊和/或氣象參數(shù)檢測模塊。

其中，所述氣體檢測模塊包括硫化氫/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。

所述顆粒物檢測模塊包括PM2.5傳感器和PM10傳感器。

所述氣象參數(shù)檢測模塊包括溫度傳感器、濕度傳感器。

進(jìn)一步，所述地面工作站包括均與計算機(jī)連接的監(jiān)測終端、無線傳輸模塊、顯示器和輸入設(shè)備；所述監(jiān)測終端設(shè)置無人機(jī)的飛行路徑，并控制無人機(jī)，監(jiān)測終端根據(jù)地理信息、圖片和環(huán)境數(shù)據(jù)在顯示器上顯示立體的環(huán)境數(shù)據(jù)的分布圖。

無人機(jī)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，包括以下步驟：

S1設(shè)置飛行路徑，根據(jù)待測地點(diǎn)設(shè)置無人機(jī)的自動飛行路徑，包括測量的起始位置和終端位置，所述起始位置和終端位置均包含經(jīng)緯度和高度，所述飛行路徑為往復(fù)式，來回逐行掃描；

S2安裝環(huán)境檢測模塊，根據(jù)需要監(jiān)測的項目選擇安裝相應(yīng)的顆粒物檢測模塊和/或氣體檢測模塊和/或氣象參數(shù)檢測模塊，以及光學(xué)相機(jī)；

S3開始環(huán)境檢測，無人機(jī)升空后，啟動導(dǎo)航模塊進(jìn)行自動導(dǎo)航，或者通過地面工作站進(jìn)行人工控制飛行，數(shù)據(jù)采集模塊定時檢測無人機(jī)的位置，根據(jù)導(dǎo)航模塊確定無人機(jī)的經(jīng)緯度，根據(jù)氣壓高度計確定無人機(jī)的海拔高度，并與設(shè)定的經(jīng)緯度和高度進(jìn)行對比，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的起始位置時無人機(jī)啟動檢測模塊；

S4數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集模塊采集環(huán)境檢測模塊的數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)，并將環(huán)境檢測數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)存儲到存儲器中，光學(xué)相機(jī)同時將圖片存儲到存儲器中，并同時加入地理數(shù)據(jù)；

S5實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸，開啟實(shí)時傳輸時，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和光學(xué)相機(jī)同時通過無線傳輸模塊將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婀ぷ髡荆?/p>

S6結(jié)束環(huán)境檢測，當(dāng)無人機(jī)到達(dá)終端位置時，即無人機(jī)的經(jīng)緯度和高度與設(shè)定的終端位置相同時，停止環(huán)境檢測和拍照，無人機(jī)返航；

S7數(shù)據(jù)處理，地面工作站的監(jiān)控終端根據(jù)地理信息、圖片和環(huán)境數(shù)據(jù)在顯示器上顯示立體的環(huán)境數(shù)據(jù)的分布圖。

其中，步驟S1還包括多個高度的飛行路徑，即在同一區(qū)域設(shè)置不同的高度監(jiān)測，形成不同高度的環(huán)境數(shù)據(jù)的分布圖。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的無人機(jī)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和監(jiān)測方法在無人機(jī)上安裝機(jī)載環(huán)境檢測模塊可以實(shí)時采集不同點(diǎn)位、不同高度、不同氣體濃度和GPS 數(shù)據(jù)，通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到地面工作站上，地面工作站通過數(shù)據(jù)處理分析得到無人機(jī)所飛行區(qū)域的多個高度平面的不同氣體濃度，實(shí)現(xiàn)了對環(huán)保監(jiān)測區(qū)域的快速、全面、準(zhǔn)確的監(jiān)測功能，提高了監(jiān)測的效率和監(jiān)測的實(shí)時性和直觀性。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

實(shí)施例1

無人機(jī)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，包括安裝在無人機(jī)上的飛行控制模塊、導(dǎo)航模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、環(huán)境檢測模塊、光學(xué)相機(jī)、氣壓高度計、存儲器、無線傳輸模塊，以及地面工作站；所述飛行控制模塊用于手動或自動控制無人機(jī)飛行，所述導(dǎo)航模塊設(shè)有GPS，用于自動飛行導(dǎo)航；所述環(huán)境檢測模塊檢測空氣中氣體和/或顆粒物含量；所述的數(shù)據(jù)采集模塊通過A/D 接口與環(huán)境檢測模塊連接采集檢測的環(huán)境數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)采集模塊還與GPS和氣壓高度計連接，在采集環(huán)境數(shù)據(jù)時同步采集包括位置和高度的地理數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)采集模塊與存儲器連接存儲各種環(huán)境數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)；所述光學(xué)相機(jī)與存儲器連接，將圖片存儲在存儲器上；數(shù)據(jù)采集模塊和光學(xué)相機(jī)均與無線傳輸模塊相連接，無線傳輸模塊通過無線通信網(wǎng)與地面工作站連接，地面工作站控制無人機(jī)，以及接受環(huán)境數(shù)據(jù)、地理數(shù)據(jù)和圖片數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存儲和分析處理。

優(yōu)選的，所述導(dǎo)向模塊還包括慣性元件，進(jìn)行慣性導(dǎo)航。

無人機(jī)導(dǎo)航采用GPS/INS組合導(dǎo)航，該組合具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，GPS能夠消除INS的積累誤差，INS能夠在GPS信號失鎖時提供短時精確的定位GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)以數(shù)據(jù)融合理論作為基礎(chǔ)，以卡爾曼濾波作為主要融合方法，對進(jìn)入組合系統(tǒng)的GPS定位數(shù)據(jù)與INS定位數(shù)據(jù)分別進(jìn)行估計、修正、融合，來解決GPS信號失鎖引起的無法定位問題和INS積累誤差引起的長時間漂移問題.

優(yōu)選的，所述環(huán)境檢測模塊包括顆粒物檢測模塊和/或氣體檢測模塊和/或氣象參數(shù)檢測模塊。

其中，所述氣體檢測模塊包括硫化氫/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。

所述顆粒物檢測模塊包括PM2.5傳感器和PM10傳感器。

所述氣象參數(shù)檢測模塊包括溫度傳感器、濕度傳感器。

進(jìn)一步，所述地面工作站包括均與計算機(jī)連接的監(jiān)測終端、無線傳輸模塊、顯示器和輸入設(shè)備；所述監(jiān)測終端設(shè)置無人機(jī)的飛行路徑，并控制無人機(jī)，監(jiān)測終端根據(jù)地理信息、圖片和環(huán)境數(shù)據(jù)在顯示器上顯示立體的環(huán)境數(shù)據(jù)的分布圖。

實(shí)施例2

無人機(jī)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，包括以下步驟：

S1設(shè)置飛行路徑，根據(jù)待測地點(diǎn)設(shè)置無人機(jī)的自動飛行路徑，包括測量的起始位置和終端位置，所述起始位置和終端位置均包含經(jīng)緯度和高度，所述飛行路徑為往復(fù)式，來回逐行掃描；

S2安裝環(huán)境檢測模塊，根據(jù)需要監(jiān)測的項目選擇安裝相應(yīng)的顆粒物檢測模塊和/或氣體檢測模塊和/或氣象參數(shù)檢測模塊，以及光學(xué)相機(jī)；

S3開始環(huán)境檢測，無人機(jī)升空后，啟動導(dǎo)航模塊進(jìn)行自動導(dǎo)航，或者通過地面工作站進(jìn)行人工控制飛行，數(shù)據(jù)采集模塊定時檢測無人機(jī)的位置，根據(jù)導(dǎo)航模塊確定無人機(jī)的經(jīng)緯度，根據(jù)氣壓高度計確定無人機(jī)的海拔高度，并與設(shè)定的經(jīng)緯度和高度進(jìn)行對比，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的起始位置時無人機(jī)啟動檢測模塊；

S4數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集模塊采集環(huán)境檢測模塊的數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)，并將環(huán)境檢測數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)存儲到存儲器中，光學(xué)相機(jī)同時將圖片存儲到存儲器中，并同時加入地理數(shù)據(jù)；

S5實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸，開啟實(shí)時傳輸時，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和光學(xué)相機(jī)同時通過無線傳輸模塊將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婀ぷ髡荆?/p>

S6結(jié)束環(huán)境檢測，當(dāng)無人機(jī)到達(dá)終端位置時，即無人機(jī)的經(jīng)緯度和高度與設(shè)定的終端位置相同時，停止環(huán)境檢測和拍照，無人機(jī)返航；

S7數(shù)據(jù)處理，地面工作站的監(jiān)控終端根據(jù)地理信息、圖片和環(huán)境數(shù)據(jù)在顯示器上顯示立體的環(huán)境數(shù)據(jù)的分布圖。

其中，步驟S1還包括多個高度的飛行路徑，即在同一區(qū)域設(shè)置不同的高度監(jiān)測，形成不同高度的環(huán)境數(shù)據(jù)的分布圖。