基于多旋翼无人机的高架点源污染物排放监测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于多旋翼无人机的高架点源污染物排放监测系统及方法，包括：多旋翼无人机、污染物采集与检测模块、测风模块、数据传输模块和远程控制终端；多旋翼无人机作为飞行平台，搭载污染物采集与检测模块、测风模块和数据传输模块；污染物采集与检测模块和测风模块均与数据传输模块的一端连接；数据传输模块的另一端与远程控制终端连接。本发明专利技术采用多旋翼无人机技术搭载相关检测设备进行高架点源排放污染物的监测方式，实现了高架点源排放污染物的快速准确监测，提高了监测效率，减小了人力耗费。另外，本发明专利技术实现了高架点源污染物传播方向的追随监测，可对排入至大气中的可凝结颗粒物等污染物进行追随监测，并对其转化规律做出研究。规律做出研究。规律做出研究。

【技术实现步骤摘要】
基于多旋翼无人机的高架点源污染物排放监测系统及方法


[0001]本专利技术属于无人飞行器与大气污染监测
，具体涉及一种基于多旋翼无人机的高架点源污染物排放监测系统及方法。

技术介绍

[0002]以火电、水泥、钢铁等为代表的重点行业污染物排放量大，且其主要工段污染物排放大多通过高架排放口进行。因此，需要对高架点源污染物排放进行监测。
[0003]现有的高架点源污染物排放监测系统，无法实现高架点源排放污染物的快速准确监测。由此带来以下问题：
[0004]高架点源排放的污染物中通常含有可凝结颗粒物，可凝结颗粒物在排放烟道内为气体状态，但当可凝结颗粒物被排放至大气中后，由于温度降低，会立即凝结成颗粒物状态。因此，如果监测的实时性差，高架点源在线监测系统无法监测到可凝结颗粒物排放到大气之后的浓度信息以及转化规律。
[0005]因此，如果实现实时对高架点源排放的污染物进行快速准确监测，具有重要意义。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种基于多旋翼无人机的高架点源污染物排放监测系统及方法，可有效解决上述问题。
[0007]本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]本专利技术提供一种基于多旋翼无人机的高架点源污染物排放监测系统，包括：多旋翼无人机(1)、污染物采集与检测模块(2)、测风模块(3)、数据传输模块(4)和远程控制终端(5)；
[0009]所述多旋翼无人机(1)作为飞行平台，搭载所述污染物采集与检测模块(2)、所述测风模块(3)和所述数据传输模块(4)；所述污染物采集与检测模块(2)和所述测风模块(3)均与所述数据传输模块(4)的一端连接；所述数据传输模块(4)的另一端与所述远程控制终端(5)连接。
[0010]优选的，所述污染物采集与检测模块(2)通过固定装置(10)安装在所述多旋翼无人机(1)的底部。
[0011]优选的，所述固定装置(10)包括固定杆(11)和绑扎带(12)；
[0012]所述固定杆(11)固定连接在所述多旋翼无人机(1)的底部；所述污染物采集与检测模块(2)设置于所述固定杆(11)的下方；所述绑扎带(12)用于将所述固定杆(11)和所述污染物采集与检测模块(2)绑扎固定到一起。
[0013]优选的，所述测风模块(3)通过连接杆(9)安装在所述多旋翼无人机(1)的上方。
[0014]优选的，还包括定位模块(6)；
[0015]所述定位模块(6)安装于所述多旋翼无人机(1)；所述定位模块(6)与所述数据传输模块(4)信号连接；
[0016]和/或
[0017]还包括温度模块(8)；
[0018]所述温度模块(8)安装于所述多旋翼无人机(1)；所述温度模块(8)与所述数据传输模块(4)连接；
[0019]和/或
[0020]还包括时钟模块(7)；
[0021]所述时钟模块(7)安装于所述多旋翼无人机(1)；所述时钟模块(7)与所述数据传输模块(4)连接。
[0022]优选的，还包括云台摄像头(13)；
[0023]所述云台摄像头(13)位于所述多旋翼无人机(1)的下方，用于通过所述云台摄像头(13)监控所述多旋翼无人机(1)在高架排污口附近的飞行状态。
[0024]本专利技术还提供一种基于多旋翼无人机的高架点源污染物排放监测系统的方法，包括以下步骤：
[0025]步骤一，远程控制终端(5)生成飞行至目标位置的飞行指令，并发送至多旋翼无人机(1)的数据传输模块(4)，进而命令多旋翼无人机(1)飞行至目标位置并悬停；其中，初始时，目标位置为需要进行高架点源污染物排放监测的高架排放口位置；
[0026]步骤二，多旋翼无人机(1)根据飞行指令以及定位模块(6)实时获取的多旋翼无人机(1)的实时位置信息，飞行至目标位置并悬停，同时同步执行以下操作：
[0027]1)多旋翼无人机(1)搭载的污染物采集与检测模块(2)采集多旋翼无人机(1)当前所在位置的污染物并检测污染物浓度，生成污染物浓度信息，并将污染物浓度信息传输给所述数据传输模块(4)；
[0028]2)多旋翼无人机(1)搭载的测风模块(3)采集多旋翼无人机(1)当前所在位置的风速信息和风向信息，并将风速信息和风向信息传输给所述数据传输模块(4)；
[0029]3)多旋翼无人机(1)配置的定位模块(6)获取多旋翼无人机(1)当前所在位置的位置信息，并将位置信息传输给所述数据传输模块(4)；
[0030]4)多旋翼无人机(1)搭载的温度模块(8)获取多旋翼无人机(1)当前所在位置的温度信息，并将温度信息传输给所述数据传输模块(4)；
[0031]5)多旋翼无人机(1)配置的时钟模块(7)生成多旋翼无人机(1)的污染物采集与检测模块(2)开始检测目标位置的污染物浓度时的时间信息，并将时间信息传输给所述数据传输模块(4)；
[0032]因此，数据传输模块(4)同时获得与目标位置对应的以下监测信息：污染物浓度信息、风速信息和风向信息、位置信息、温度信息和时间信息；
[0033]步骤三，数据传输模块(4)将与同一个目标位置对应的污染物浓度信息、风速信息和风向信息、位置信息、温度信息和时间信息打包，形成监测信息数据包，并将所述监测信息数据包传输给远程控制终端(5)；
[0034]步骤四，远程控制终端(5)接收到与目标位置对应的监测信息数据包后，远程控制终端(5)对监测信息数据包进行分析，得到目标位置的污染物传播轨迹方向，并根据目标位置的污染物传播轨迹方向，生成追随高架排放口污染物的下一个目标位置，再根据下一个目标位置生成新的飞行指令，并发送至数据传输模块(4)，进而命令多旋翼无人机(1)飞行
至下一个目标位置，对污染物传播进行追随；
[0035]步骤五，重复执行步骤二
‑
步骤四；由此循环执行，直到完成对所有目标位置的监测，多旋翼无人机(1)自动返回起飞点并自行降落；
[0036]步骤六，至此，远程控制终端(5)获得与每个目标位置对应的监测信息数据包；
[0037]对于每个目标位置对应的监测信息数据包，远程控制终端(5)均执行污染物浓度信息修正操作，得到与该目标位置对应的修正后污染物浓度信息；
[0038]步骤七，远程控制终端(5)对各个目标位置对应的修正后污染物浓度信息进行处理，得到修正后污染物浓度变化曲线图，进而得到污染物浓度变化趋势及转化规律。
[0039]优选的，步骤四中，远程控制终端(5)采用以下方法，获得下一个目标位置：
[0040]步骤4.1，假设当前目标位置表示为：目标位置P
i
，其三维坐标位置为(x
i
，y
i
，z
i
)，x
i
，y
i
，z
i
分别为：经度、纬度、海拔高度；风速信息为v
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，风向信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多旋翼无人机的高架点源污染物排放监测系统，其特征在于，包括：多旋翼无人机(1)、污染物采集与检测模块(2)、测风模块(3)、数据传输模块(4)和远程控制终端(5)；所述多旋翼无人机(1)作为飞行平台，搭载所述污染物采集与检测模块(2)、所述测风模块(3)和所述数据传输模块(4)；所述污染物采集与检测模块(2)和所述测风模块(3)均与所述数据传输模块(4)的一端连接；所述数据传输模块(4)的另一端与所述远程控制终端(5)连接。2.根据权利要求1所述的基于多旋翼无人机的高架点源污染物排放监测系统，其特征在于，所述污染物采集与检测模块(2)通过固定装置(10)安装在所述多旋翼无人机(1)的底部。3.根据权利要求2所述的基于多旋翼无人机的高架点源污染物排放监测系统，其特征在于，所述固定装置(10)包括固定杆(11)和绑扎带(12)；所述固定杆(11)固定连接在所述多旋翼无人机(1)的底部；所述污染物采集与检测模块(2)设置于所述固定杆(11)的下方；所述绑扎带(12)用于将所述固定杆(11)和所述污染物采集与检测模块(2)绑扎固定到一起。4.根据权利要求1所述的基于多旋翼无人机的高架点源污染物排放监测系统，其特征在于，所述测风模块(3)通过连接杆(9)安装在所述多旋翼无人机(1)的上方。5.根据权利要求1所述的基于多旋翼无人机的高架点源污染物排放监测系统，其特征在于，还包括定位模块(6)；所述定位模块(6)安装于所述多旋翼无人机(1)；所述定位模块(6)与所述数据传输模块(4)信号连接；和/或还包括温度模块(8)；所述温度模块(8)安装于所述多旋翼无人机(1)；所述温度模块(8)与所述数据传输模块(4)连接；和/或还包括时钟模块(7)；所述时钟模块(7)安装于所述多旋翼无人机(1)；所述时钟模块(7)与所述数据传输模块(4)连接。6.根据权利要求1所述的基于多旋翼无人机的高架点源污染物排放监测系统，其特征在于，还包括云台摄像头(13)；所述云台摄像头(13)位于所述多旋翼无人机(1)的下方，用于通过所述云台摄像头(13)监控所述多旋翼无人机(1)在高架排污口附近的飞行状态。7.一种权利要求1
‑
6任一项所述的基于多旋翼无人机的高架点源污染物排放监测系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，远程控制终端(5)生成飞行至目标位置的飞行指令，并发送至多旋翼无人机(1)的数据传输模块(4)，进而命令多旋翼无人机(1)飞行至目标位置并悬停；其中，初始时，目标位置为需要进行高架点源污染物排放监测的高架排放口位置；步骤二，多旋翼无人机(1)根据飞行指令以及定位模块(6)实时获取的多旋翼无人机
(1)的实时位置信息，飞行至目标位置并悬停，同时同步执行以下操作：1)多旋翼无人机(1)搭载的污染物采集与检测模块(2)采集多旋翼无人机(1)当前所在位置的污染物并检测污染物浓度，生成污染物浓度信息，并将污染物浓度信息传输给所述数据传输模块(4)；2)多旋翼无人机(1)搭载的测风模块(3)采集多旋翼无人机(1)当前所在位置的风速信息和风向信息，并将风速信息和风向信息传输给所述数据传输模块(4)；3)多旋翼无人机(1)配置的定位模块(6)获取多旋翼无人机(1)当前所在位置的位置信息，并将位置信息传输给所述数据传输模块(4)；4)多旋翼无人机(1)搭载的温度模块(8)获取多旋翼无人机(1)当前所在位置的温度信息，并将温度信息传输给所述数据传输模块(4)；5)多旋翼无人机(1)配置的时钟模块(7)生成多旋翼无人机(1)的污染物采集与检测模块(2)开始检测目标位置的污染物浓度时的时间信息，并将时间信息传输给所述数据传输模块(4)；因此，数据传输模块(4)同时获得与目标位置对应的以下监测信息：污染物浓度信息、风速信息和风向信息、位置信息、温度信息和时间信息；步骤三，数据传输模块(4)将与同一个目标位置对应的污染物浓度信息、风速信息和风向信息、位置信息、温度信息和时间信息打包，形成监测信息数据包，并将所述监测信息数据包传输给远程控制终端(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘赵梅，陈洁，刘伟，安伟刚，邓宴郦，马启翔，蕫煜，
申请(专利权)人：陕西省环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：