一．項目背景
大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測是我國環(huán)境保護工作的重要組成部分，傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測方式往往以地面設(shè)立監(jiān)測點為主，但是當面對地形廣闊、環(huán)境復雜、監(jiān)測設(shè)施數(shù)量有限等情況時，不僅會提高環(huán)境監(jiān)測的成本，影響工作效率以及數(shù)據(jù)傳輸實時性，還存在獲取的數(shù)據(jù)空間覆蓋程度有限、不能對污染物來源及其變化趨勢分析進行有效預測等問題。
圖1 無人機方案
圣凱安通過無人機技術(shù)、傳感器技術(shù)、GPRS技術(shù)以及軟件設(shè)計技術(shù)開發(fā)了一款基于無人機技術(shù)的大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，通過無人機作為搭載平臺，可以采集多種復雜地區(qū)環(huán)境條件下的大氣環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器，后端人員可實時通過終端對大氣環(huán)境數(shù)據(jù)進行查詢，解決了傳統(tǒng)的人工取樣范圍局限性，數(shù)據(jù)準確性、實時性等問題。
二．方案建設(shè)
1. 建設(shè)依據(jù)
《環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》HJ/T193-2005
《環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》HJ/T193-2013
《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》 GB 3095-2012
《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定》 HJ633-2012
《環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測點位布設(shè)技術(shù)規(guī)范》 HJ664-2013
《環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測規(guī)范》試行
《環(huán)境空氣質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范》（試行）HJ663-2013
《大氣污染防治行動計劃》（國發(fā)﹝2013﹞37 號）
《關(guān)于印發(fā)<2014 年全國環(huán)境監(jiān)測工作要點>的通知》（環(huán)辦﹝2014﹞2 號）
《京津冀及周邊地區(qū) 2017 年大氣污染防治工作方案》
《環(huán)境空氣顆粒物（PM2.5）手工監(jiān)測方法（重量法）技術(shù)規(guī)范》HJ 656-2013
《環(huán)境空氣質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范》（試行）HJ663-2013
《十三五環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量管理工作方案》 （粵環(huán)辦函〔2016〕364 號）
《京津冀及周邊地區(qū) 2017 年大氣污染防治工作方案》
《建筑施工場界噪聲限值》GB12523-90
《社會生活環(huán)境噪聲排放標準》GB22337-2008
2. 建設(shè)原則
▲ 數(shù)據(jù)傳輸實時性：數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性是實施大區(qū)域精準化管理的基礎(chǔ)，高效快速地檢測方式可為后續(xù)一系列的治理措施提供支撐依據(jù)，
▲ 數(shù)據(jù)可視化：數(shù)據(jù)可視化能夠充分挖掘數(shù)據(jù)隱含的空間關(guān)聯(lián)，揭示氣體污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，有助于科研人員、監(jiān)測機構(gòu)科學直觀地判讀并分析大氣污染情況，節(jié)約人力成本。
▲ 高空間分辨率：由于大氣污染物變化遷移的動態(tài)性，高空間分辨率能捕捉到更多的空氣質(zhì)量信息。此外，在污染源監(jiān)測的過程中，由于每種類型的污染源監(jiān)測重點存在一定差異，因此可以實施種類劃分，保證無人機監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用的針對性和有效性。
▲ 數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性：無人機大氣環(huán)境應(yīng)用實時連續(xù)監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)實時匯集至數(shù)據(jù)處理中心進行處理。
▲ 靈活便攜性：高強度的分辨率和靈活性能夠在同一時間內(nèi)進行多組分測試，并全天候、實時、連續(xù)、自動監(jiān)測。
3. 建設(shè)目標：
通過無人機搭載的智能氣體傳感器對大氣污染因子進行數(shù)據(jù)采集，并對采集終端進行統(tǒng)一管理和監(jiān)控，將采集到的大氣環(huán)境數(shù)據(jù)通過無線接入方式存儲到數(shù)據(jù)中心(云平臺)，通過在數(shù)據(jù)中心對采集的原始數(shù)據(jù)進行分析，產(chǎn)生分析結(jié)果數(shù)據(jù)，最終以服務(wù)的方式為演示終端軟件、 移動端APP或者第三方氣象、 環(huán)境應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。
為全面客觀反映區(qū)域的空氣量狀況，了解區(qū)域內(nèi)大氣污染水平分布強度，分析區(qū)域內(nèi)整體大為全面客觀反映區(qū)域的空氣量狀況，了解區(qū)域內(nèi)大氣污染水平分布強度，分析區(qū)域內(nèi)整體大氣污染物的濃度水平和傳輸規(guī)律，研判大氣污染發(fā)生發(fā)展趨勢，為污染減排及監(jiān)控提供數(shù)據(jù)支撐。
三．系統(tǒng)架構(gòu)：
無人機的大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要由大氣環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)匯聚平臺、多媒體應(yīng)用綜合層所組成。
圖2 系統(tǒng)架構(gòu)
大氣環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：該部分主要由PM2.5 傳感器、PM10 傳感器、SO2濃度傳感器、溫濕度傳感、GPRS無線數(shù)據(jù)模塊等組成。由于無人機系統(tǒng)無法搭載質(zhì)量較大的設(shè)備，為了減少整個系統(tǒng)的重量，采用小型系統(tǒng)設(shè)計方案，更大限度地延長整個系統(tǒng)的飛行區(qū)域以及飛行時間。
數(shù)據(jù)匯聚平臺：采集到的數(shù)據(jù)通過GPRS傳輸?shù)皆破脚_，平臺再對采集到的數(shù)據(jù)進行處理、分析和儲存，同時利用ArcGIS Engine服務(wù)，實現(xiàn)采集的實時查詢分析，歷史調(diào)取以及繪制時段的歷史空氣質(zhì)量曲線等功能。
圖3 通訊方式
多媒體應(yīng)用綜合層：用戶可以通過云平臺將無人機采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)實時發(fā)布到多媒體廣告一體機、LED顯示屏、電視機或者平板電腦等各類多媒體顯示屏上。
四．產(chǎn)品介紹：
1. 產(chǎn)品介紹
圖4 無人機氣體檢測儀
圣凱安無人機氣體檢測儀是一款高性能的無人機環(huán)保監(jiān)測設(shè)備，可同時搭載6支傳感器，與無人機、汽車等移動載具相互配合，實現(xiàn)“去到哪里，檢測就到哪里”。同時，圣凱安還配備了專門的分析軟件，可以讓用戶更直觀地對氣體濃度、成分進行查閱。
圖5 產(chǎn)品尺寸圖
檢測儀內(nèi)置的電化學傳感器模組在傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性，能有效抵抗天氣，氣壓，風速等不定因素的影響，以達到高速行駛，快速穩(wěn)定，迅速抓拍，高清像素的效果。在硬件本身的安全方面，圣凱安技術(shù)人員通過改變外殼材料來保障內(nèi)部線路安全，達到防濕、防爆、抗壓的效果，保障監(jiān)測流程的順利進行，監(jiān)測任務(wù)的保質(zhì)保量完成。
智慧云平臺的主要功能是采集數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行處理存儲，以及所在位置的定位，并最終將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛骘@示終端。平臺采用模塊化設(shè)計分別實現(xiàn)相應(yīng)的功能需求，包括通信控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、虛擬儀表與數(shù)據(jù)顯示模塊、電子地圖模塊以及數(shù)據(jù)管理模塊五大模塊。
圖7 監(jiān)測系統(tǒng)框架
1. 平臺模塊
▲ 通信控制模塊：該模塊的功能為控制串口通信的開始關(guān)閉，設(shè)置串口號，傳輸波特率，校驗參數(shù)等；
▲ 數(shù)據(jù)處理模塊：串口接收的數(shù)據(jù)幀經(jīng)由該模塊按照指令定義進行解析處理，再送到虛擬儀表和顯示模塊進行顯示。此外，操作人員下達的控制指令也會經(jīng)該模塊傳至無人機，保證無人機和地面站能穩(wěn)定，高效的通訊；
▲ 虛擬儀表與數(shù)據(jù)顯示模塊：該模塊的功能為飛行數(shù)據(jù)文本顯示及報警。飛行數(shù)據(jù)文本顯示及報警部分通過數(shù)字，文本的形式將數(shù)據(jù)直觀、準確、實時地顯示在操作人員面前；-
▲ 電子地圖模塊：該模塊可以實現(xiàn)電子地圖的加載、地圖層設(shè)置、無人機位置的實時定位、飛行軌跡的繪制4大功能。；
▲ 數(shù)據(jù)管理模塊：無人機飛行數(shù)據(jù)的入庫、查詢、展示、數(shù)據(jù)檢查及數(shù)據(jù)導出等功能都由該模塊完成，分析與管理以飛行數(shù)據(jù)為支撐。
2. 功能優(yōu)勢
● 關(guān)鍵數(shù)據(jù)動態(tài)展示：對檢測區(qū)域實時情況進行展示，包括設(shè)備運行狀態(tài)、環(huán)境數(shù)據(jù)、監(jiān)管參數(shù)等。以量化數(shù)據(jù)直觀、精準展現(xiàn)大氣環(huán)境改善程度，保障治理防護工作開展，以及日常巡護監(jiān)管到位；
● 監(jiān)測參數(shù)實時監(jiān)控：管理人員可以在任何平臺通過瀏覽器登陸系統(tǒng)，查看監(jiān)測現(xiàn)場，直接操作現(xiàn)場設(shè)備；
● 業(yè)務(wù)決策高效率：基于云計算服務(wù)和大數(shù)據(jù)平臺技術(shù)支撐，面向多樣性海量數(shù)據(jù)進行整合處理與關(guān)聯(lián)分析，更大化數(shù)據(jù)信息價值，提高業(yè)務(wù)決策效率；
● GPS實時定位：支持地圖比例尺縮放、搜索、定位等功能，適合客戶對每個下屬監(jiān)控點位進行統(tǒng)一、分組管理，避免雜亂，一目了然。
● 數(shù)據(jù)報表打?。嚎梢愿鶕?jù)時間來制定日報、月報、季報和年報表。并可以導出 EXCEL 表格至本地；
● 統(tǒng)一管理用戶：不同的操作權(quán)限實現(xiàn)了不同級別操作人員對數(shù)據(jù)訪問范圍和數(shù)據(jù)讀寫性的嚴格控制，建立統(tǒng)一用戶管理平臺，實現(xiàn)所有用戶的身份管理。
無人機氣體檢測儀（4G）圣凱安無人機氣體檢測儀是一款高性能的無人機環(huán)保監(jiān)測設(shè)備，可同時搭載6支傳感器，與無人機、汽車等移動載具相互配合，實現(xiàn)“去到哪里，檢測就到哪里”。同時，圣凱安還配備了專門的氣體分析軟件，可以讓用戶更直觀地對氣體濃度、成分進行分析。
此外，利用無人機的靈活性，可在高空對地面進行拍照取證、工廠煙囪排放檢測、污染氣體擴散圖繪制等。內(nèi)置的傳感器模組可以提供實時在線遠程監(jiān)控，比如H2S、CH4、CO2、SO2、VOCs等上千種化學物質(zhì)。具有高精度、小體積、多組分、多級報警、實時儲存、響應(yīng)快、安裝便捷、低功耗、防護高、證書全等特點。
二．產(chǎn)品優(yōu)勢：
• 軟件系統(tǒng)可以與多家無人機制造商包括大疆所有系列適配；
•帶有自動識別功能，可任意設(shè)定檢測氣體，并顯示濕度、溫度、PM2.5、O3、PM10、VOCs等上千種氣體實時濃度值；
• 實時顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)，生成對應(yīng)趨勢曲線，還可隨時與歷史數(shù)據(jù)查看比對。
• 為用戶解決了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果呈現(xiàn)、工作匯報、數(shù)據(jù)儲存等一整個流程問題，極大地節(jié)省了時間與人力成本；
• 外殼采用防水、防風、防塵、防撞擊設(shè)計，大大增加了儀器的抗風險能力；
• 采集的數(shù)據(jù)具有超高的空間分辨率，可精確到每條街、每棟樓、甚至每個高度，且實現(xiàn)了ppb級別的檢測精度；
• 可同步實時顯示經(jīng)緯度、高度、飛機狀態(tài)、溫度、PM10、PM2.5，以及上千種氣體濃度值；
• 實時數(shù)據(jù)可通過無線傳輸或GPRS傳輸?shù)降椒?wù)器，
一．產(chǎn)品介紹：
圣凱安無人機氣體檢測儀是一款高性能的無人機環(huán)保監(jiān)測設(shè)備，可同時搭載6支傳感器，與無人機、汽車等移動載具相互配合，實現(xiàn)“去到哪里，檢測就到哪里”。同時，圣凱安還配備了專門的氣體分析軟件，可以讓用戶更直觀地對氣體濃度、成分進行分析。
此外，利用無人機的靈活性，可在高空對地面進行拍照取證、工廠煙囪排放檢測、污染氣體擴散圖繪制等。內(nèi)置的傳感器模組可以提供實時在線遠程監(jiān)控，比如H2S、CH4、CO2、SO2、VOCs等上千種化學物質(zhì)。具有高精度、小體積、多組分、多級報警、實時儲存、響應(yīng)快、安裝便捷、低功耗、防護高、證書全等特點。
二．產(chǎn)品優(yōu)勢：
• 軟件系統(tǒng)可以與多家無人機制造商包括大疆所有系列適配；
•帶有自動識別功能，可任意設(shè)定檢測氣體，并顯示濕度、溫度、PM2.5、O3、PM10、VOCs等上千種氣體實時濃度值；
• 實時顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)，生成對應(yīng)趨勢曲線，還可隨時與歷史數(shù)據(jù)查看比對。
• 為用戶解決了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果呈現(xiàn)、工作匯報、數(shù)據(jù)儲存等一整個流程問題，極大地節(jié)省了時間與人力成本；
• 外殼采用防水、防風、防塵、防撞擊設(shè)計，大大增加了儀器的抗風險能力；
• 采集的數(shù)據(jù)具有超高的空間分辨率，可精確到每條街、每棟樓、甚至每個高度，且實現(xiàn)了ppb級別的檢測精度；
• 可同步實時顯示經(jīng)緯度、高度、飛機狀態(tài)、溫度、PM10、PM2.5，以及上千種氣體濃度值；
• 實時數(shù)據(jù)可通過無線傳輸或GPRS傳輸?shù)降椒?wù)器，
三．產(chǎn)品參數(shù)：
| 供電 | 12-24V |
| 功耗 | 2W |
| 重量 | 700g |
| GPRS | 有 |
| 檢測氣體 | 見下表 |
| 傳輸方式 | 4G/數(shù)傳 |
| 工作溫度 | -20℃-70℃ |
| 工作濕度 | ＜95%RH |
| 防護等級 | IP65 |
| 精度 | 2%FS |
| 壽命 | 2年 |
| 適用機型 | 多旋翼、固定翼 |
| 適用行業(yè) | 管道巡檢、環(huán)境巡檢、煙道檢測、消防應(yīng)急檢測等 |
四．選配氣體：
| 00 無 | 17 氫氧化物 | 2E 苯乙烯 | 45 環(huán)乙烷 |
| 01 可燃氣體 | 18 二氧化氯 | 2F 異丁烯 | 46 三氯乙烯 |
| 02 一氧化碳 | 19 硅烷 | 30 亞甲基 | 47 二甲苯 |
| 03 氧氣 | 1A 二硫化碳 | 31 笑氣 | 48 氟利昂 |
| 04 氫氣 | 1B氯氣 | 32 天然氣 | 49 一氯甲烷 |
| 05 甲烷 | 1C | 33 光氣 | 4A 二氯甲烷 |
| 06 丙烷 | 1D 鍺烷 | 34 氯化烯 | 4B |
| 07 二氧化碳 | 1E 氫氣 | 35 甲醇 | 4C 一甲胺 |
| 08 臭氧 | 1F 四氫噻吩 | 36 乙醇 | 4D 正戊烷 |
| 09 硫化氫 | 20 乙炔 | 37 異丙醇 | 4E 正己烷 |
| 0A 二氧化硫 | 21 乙烯 | 38 丙酮 | 4F 正庚烷 |
| 0B 氨氣 | 22 甲醛 | 39 乙醛 | 50 異辛烷 |
| 0C 氯氣 | 23 液化石油氣 | 3A 丙烯晴 | 51 乙烷 |
| 0D 環(huán)氧乙烷 | 24 碳氫 | 3B 二甲基硫醚 | 52 石油醚 |
| 0E | 25 苯 | 3C 環(huán)氧氯丙烷 | 53 丁烷 |
| 0F | 26 過氧化氫 | 3D 乙酸乙酯 | |
| 10 溴化氫 | 27 VOC | 3E | |
| 11 | 28 六氟化硫 | 3F 甲硫醇 | |
| 12 | 29 甲苯 | 40 四氯乙烯 | |
| 13 氟化氫 | 2A 聯(lián)乙烯 | 41 亞硫酰氯 | |
| 14 溴氣 | 2B 氧硫化碳 | 42 乙酸乙烯酯 | |
| 15 一氧化氮 | 2C 聯(lián)氨 | 43 硫醇 TBM | |
| 16 二氧化氮 | 2D 硒化氫 | 44 TVOC |
五．智慧云平臺
為更好的服務(wù)于企業(yè)，我司開發(fā)了一款面向企業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測云平臺。該平臺具有實時氣體濃度顯示、歷史曲線輸出、GPS定位、歷史軌跡、歷史數(shù)據(jù)、多級報警、數(shù)據(jù)導入導出、修改LOGO及公司名稱等多項功能。
平臺功能
● 實時查看污染源監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢、報警記錄、統(tǒng)計分析以及查看等；
● 實時監(jiān)控：實時采集現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)，并以表格和動態(tài)曲線的方式顯示在軟件界面上；
● 實時超標報警：以短信的方式向客戶及時推送。
● 歷史數(shù)據(jù)查詢：可以根據(jù)時間段自由選擇查詢歷史實時數(shù)據(jù)、分鐘數(shù)據(jù)、小時數(shù)據(jù)和日● 數(shù)據(jù)，并可以導出EXCEL表格到本地；
● 數(shù)據(jù)報表分析：可以根據(jù)時間來制定日報、月報、季報和年報表。并可以導出 EXCEL 表格至本地；
● GPS實時定位：支持地圖比例尺縮放、搜索、定位等功能，適合客戶對每個下屬監(jiān)控點位進行統(tǒng)一、分組管理，避免雜亂，一目了然。
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