[发明专利]一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统

说明书

本发明提供一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统，包括：固定翼无人机、无人机控制单元、科学观测单元和地面控制站；科学观测单元包括移动通量观测系统、GNSS/INS组合定位定姿系统、辅助观测设备、供电电池以及机载控制计算机；移动通量观测系统包括机载5孔湍流探头、机载5孔湍流探头电子模块、快速温度传感器、开路式水汽及二氧化碳气体分析仪、气体分析仪电子机箱和慢响应高精度温度传感器。本发明通过在高性能固定翼无人机平台上集成移动动量观测系统、GNSS/INS组合定位定姿系统、辅助观测设备、供电电池及机载控制计算机，实现对大范围区域生态系统主要功能要素以及景观要素的同步观测。

技术领域

本发明属于无人机观测技术领域，具体涉及一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统。

背景技术

生态系统功能的直接观测是进行生态环境研究、现状调查与评估的基本技术手段，同时也是生态学研究领域的核心科学问题之一。生态系统功能要素的观测主要是指：对陆地生态系统与大气之间的水、热、碳等标量的交换量的测量，对生态系统过程研究以及全球气候变化等领域的研究有着重要的意义。

传统对生态系统功能的观测是通过生态系统观测站点，对生态系统进行长期观测，进而揭示不同时期生态系统及环境要素的变化规律及其动因，但是，观测站点可覆盖的空间区域极为有限，很难获得区域性的生态系统水、热、碳、气等主要功能要素的准确信息。同时，在生态系统的观测研究中，由于基于观测站点的方法和基于遥感的方法在空间尺度上的不一致性，导致对区域性生态系统功能要素的直接观测及研究仍然非常困难。具体的，虽然采用遥感模型或陆面过程模式等方法可以获得大空间尺度的生态系统水、热、碳交换要素的定量信息，但是基于模型的方法通常是基于一定的假设条件发展而来，往往需要与其观测尺度一致的观测真值对其模拟结果进行验证或对模型参数进行调整，才可获得可靠的模拟结果。然而，由于地面生态系统观测站点与遥感方法在观测尺度上的不一致，极大地限制了区域性生态系统过程的研究和相关模型的发展。

因此，如何获得区域性的生态系统水、热、碳、气等主要功能要素的准确信息，并解决生态系统功能要素以及影像信息的同步获取的问题，进而为大区域范围生态系统调查及研究提供区域性的观测数据支撑，实现区域性生态系统的快速调查、研究及相关模型的开发，是目前急需解决的事情。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种多功能生态环境调查研究无人机观测系统，包括：固定翼无人机、无人机控制单元、科学观测单元和地面控制站；

其中，所述科学观测单元包括移动通量观测系统、GNSS/INS组合定位定姿系统、辅助观测设备、供电电池以及机载控制计算机；所述移动通量观测系统、所述GNSS/INS组合定位定姿系统、所述辅助观测设备和所述供电电池，均连接到所述机载控制计算机，由所述机载控制计算机完成接入设备的信号转换、数据采集、数据同步、数据保存及通讯功能；所述移动通量观测系统、所述GNSS/INS组合定位定姿系统、所述辅助观测设备、所述供电电池以及所述机载控制计算机均安装于所述固定翼无人机的平面上面；所述供电电池和所述机载控制计算机安装固定于无人机的机舱内，所述供电电池为所述机载控制计算机供电；所述机载控制计算机用于向所述移动通量观测系统、所述GNSS/INS组合定位定姿系统及所述辅助观测设备供应电力；

其中，所述移动通量观测系统用于测量得到高频率的三维风速、风向、大气温度、水汽浓度和二氧化碳浓度；所述移动通量观测系统包括机载5孔湍流探头、机载5孔湍流探头电子模块、快速温度传感器、开路式水汽及二氧化碳气体分析仪、气体分析仪电子机箱和慢响应高精度温度传感器；