[发明专利]一种基于无人机的PM2_5及其前体物监测系统

说明书

本发明涉及一种基于无人机的PM2.5及其前体物监测系统,此系统包括多旋翼无人机平台、机载气体浓度采集板、地面便携式无线接收端、监测数据库、PM2.5及其前体物浓度数据处理客户端、气象与空气质量数据抓取客户端。利用无人机技术搭载气体浓度检测板到达指定地点检测PM2.5及其前体物浓度，通过2.4G无线模块发送至地面便携式接收端显示实时浓度曲线，同时无人机与地面同步存储监测数据，从而实现PM2.5及其前体物的便携化监测，弥补了只能在空气站获取空气数据的不足，并且无人机快速、便捷、低成本的特点特别适合于个人或组织的零散监测实验、应急监测等。

技术领域

本发明涉及大气监测领域，特别涉及一种基于无人机的PM2.5及其前体物监测系统。

背景技术

一般而言，个人或者小规模环保、科研组织经费、条件设施有限，没有办法自行获得大范围高密度或任意指定区域的空气数据，通常需要依赖官方大型空气监测站逐小时发布的数据，且有时由于监测站的天气、地理位置、环境变化等等因素会导致所发布的数据失去对目标区域的代表性。

市场上的无人机环境监测系统大多为常规空气监测指标(一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、臭氧、PM2.5)而设计，用来监测PM2.5及其前体物测量指标不够全面，缺乏针对性，并且数据来源单一，在PM2.5及其前体物的监测方面暂时还没有专用型的无人机监测系统。例如，公告号为CN 105259303A的中国发明专利，公开了一种“污染气体无人机监测系统”，其能够检测多种气体浓度(硫化氢、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫、氧气、氢气、氯气、氰化氢、氯化氢、二氧化氯、氨气、磷化氢和二氧化碳，且一次检测作业最多检测5～6种气体)，但这其中作为PM2.5前体物的气体只有一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫和氨气，且一氧化氮在空气中会迅速与氧气发生反应，生成二氧化氮。此种无人机监测系统检测气体种类未涉及VOCs、一氧化碳、PM2.5、臭氧等，不能用来监测PM2.5及其前体物空间浓度分布。

发明内容

为解决现有技术中PM2.5及其前体物监测手段较少、针对程度不够、获取数据样本不灵活、便携化程度不高的问题，本发明提供一种基于多旋翼无人机的PM2.5及其前体物监测系统，利用无人机技术搭载气体浓度检测板到达指定地点检测PM2.5及其前体物浓度，通过 2.4G无线模块发送至地面便携式接收端显示实时浓度曲线，同时无人机与地面同步存储实验数据，从而实现PM2.5及其前体物的便携化监测。

为实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种基于无人机的PM2.5及其前体物监测系统，包括多旋翼无人机平台用于搭载传感器空中检测并提供位置和时间数据；机载气体浓度检测板用于空中实时检测污染物浓度并存储至SD卡，同时无线传输至地面接收端；地面便携式无线接收端采用STM32F103系列单片机运行uCOSII实时操作系统实时显示污染物浓度曲线并存储至SD卡(若与计算机USB接口连接则亦发送至计算机)；监测数据库用于存储、管理每次监测作业的数据成果；PM2.5及其前体物浓度显示处理客户端用于后期处理监测作业得到的数据并显示在地图上形成等浓度线图；气象与空气质量数据抓取客户端抓取环保部空气质量数据和中国气象网的气象数据用作辅助数据。

进一步的，所述的机载气体浓度检测板采用STM32F103系列单片机作为控制器，以PM2.5及其前体物作为监测对象选择传感器，包括一氧化碳传感器、二氧化硫传感器、二氧化氮传感器、臭氧传感器、VOC传感器和氨气传感器。传感器与控制器之间通过串口通讯。

进一步的，所述的监测数据库，其数据库表包括气象信息表和空气质量数据表。可通过客户端软件从USB口自动导入数据或人工修改数据，实现便捷的数据管理和维护操作。

进一步的，所述的机载气体浓度检测板通过MavLink协议从飞控处获取GPS坐标、气压等数据，作为时间戳和采样点坐标的数据来源，保证采样点位置的一致性和准确性，节省硬件成本。