大气环境监管无人机的应用分析

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摘要:为了生态平衡和资源的可持续发展必须对大气环境进行实时监控并且进行科学的管理。传统的检测手段无法统计到详细的数据信息并且在遭遇突发情况时不能进行及时报告，无人机技术操作方便而且数据记录比较准确，相关人员能够快速了解污染情况。主要探究无人机在大气环境检测中的应用。

关键词:无人机;大气环境;监管

引言

大气是指包围着地球的空气，它为地球生命的存在和繁衍提供了有利的条件，同时大气每一个因素的改变都会影响生物的正常生活。由于科技的发展，人类排放出各种不同的有害气体，这些气体会引起气候的变化，例如酸雨，同时大气也在发生缓慢的变化。如果没有正确的举措去遏制这样的发展趋势就会导致大气环境被破坏，地球所有生物只能趋于灭亡。目前使用比较广泛的大气监测手段大多是在地面完成的，这样的方法不能全面地反应大气的变化。但是无人机能够到达人们需要观测的区域并且能够迅速地统计人们所需要的数据。

1无人机在大气环境监测中的应用

1．1可见光相机

现在我国很多企业在进行大气环境检测时采用的无人机一般都是无人机和可见光设备的结合，这种方式的适用范围非常广泛，并且具有比较优良的拍摄效果。部分环境监测部门甚至会购买多架无人机，根据环境需要进行内部员工培训，并且让他们每1个人操作1台无人机最后形成1个专门的无人机队伍。大家都知道现代的拍摄技术非常发达，每1个相机都可以进行自动对焦，拍摄技术的发展提供给了环境监测新的发展空间。新式的可见光相机可以根据环境的需要进行直接拍照或者录制相关视频。可见光相机对焦比较良好拍摄的图像非常清晰，能够提供给工作人员更加真实准确的信息。但是目前可见光相机还是存在有一定的局限性，它们往往受天气影响比较大，尤其是一些污染强度比较低的地区，因为污染物浓度低所以拍摄难度大。常规的可见光载荷只能够对环保工作有简单的作用，所以环境监测人员对其的使用程度较低，不能够有效使用，甚至最后变为一件道具。

1．2红外成像仪

红外成像仪的出现满足了生活中检查工作的需要，在电能检测方面的应用程度较广。将红外成像仪运用在环境保护方面时，可以将相关设备放置无人机上，确保环境监测能够在白天或者晚上顺利进行。同时，无人的热成像仪拥有热源可视化以及温度测量等功能，使得在夜间进行监测时，能够及时发现排污源头的所在区域和不同工厂的污染情况，进行夜间拍摄，使得相关的高污染企业在没有确凿证据时也可以被追查到。红外成像中的热像仪受到的环境因素影响巨大，而且相关企业在构建模型时，存在较多的问题。因为不同种类的企业的热分布形式不同，排放温度与排放量没有较大的联系，进而导致模型的构建比较困难，使得环境监测的需求不能满足。

2应用方法确定

2．1无人机机型的选择

无人机一般可以分为固定机翼型和旋转机翼型，这两种无人机各有各的优点。一般而言固定翼型能够装载许多传感器，因为机翼固定所以抗风能力比较强而且飞行时间比较长，所以被广泛应用于污染区域检测，但是它起飞环境比较严苛且不能长时间悬浮。而旋翼型的无人机主要是通过内部的机器进而随时改变螺旋桨的旋转速度，虽然其质量比较大但是因为转速能随时改变所以能够进行悬浮监控的工作，而且它能够根据人们的需求自由飞升任意高度。所以在进行大气监测时一般都选择旋翼型的无人机，是因为它产生的噪音比较小且容易携带所以它对起飞环境没有太多要求。

2．2大气监测设备选择

传统的大气检测设备一般都是设置在地面上的，操作工序比较复杂，且所测量的数据信息不全面，工作人员很难根据测绘内容判断具体区域。因此相关部门考虑将大气监测设备设置在无人机上，而旋翼型无人机能够根据技术人员调节进行自主升空和悬浮监控。同时它能够勘测出大气环境中的各种有害气体，包括氨、二氧化硫、一氧化碳、氟化物。而且无人机能够将勘测到的数据和地理位置进行保存，并将数据进行远程分享，有利于相关检测部门统计全面的信息。

2．3采用数据模拟确定应用方案

虽然旋翼型的无人机能够轻松地改变螺旋桨的转速，但是大气环境存在一定的不稳定因素，而风速，气压等条件的变化也会造成最终数据测绘的不准确。所以在进行大气监测前需要进行一系列的数据模拟实验以保障无人机的安全飞行。1)几何模型的建立。无人机的机翼和螺旋桨的选择其实并非完全统一的，针对不同的地区和天气情况需要酌情进行改变。所以前期在实验过程中工作者可以先利用3D打印技术构造几何模型，并且确定叶片最佳质量和状态，进而专门定制适合大气监测设备安装的无人机机型。2)利用三维N-3方程进行数值计算。无人机起飞和悬浮都需要一定的流场而且无人机需要搭载大气监测装备，如果没有将二者合理结合就容易导致测量不准确。而利用三维计算方程，能够确定无人机的流场范围和受空气波动影响较小的位置，这样就能够安装测绘装备并且保证二者之间不会有太大的影响。经过精密的计算，我们能够确定检测装置安装在无人机上方10cm左右的位置是合适的。

3大气监测实验

在进行最终的大气监测时应该先根据具体情况开展大气监测实验，一方面能够保证测量数据的正确性，另一方面的可以确定最终的检测范围。在进行实验时工作人员可以选择气体排放量比较大的地方例如工厂的烟囱处，并且在无人机测绘过程中设置地面监测装备，以进行最终数据的比较。

3．1室外作业

一般无人机的飞行高度是有限的，并且搭载了检测设备，所以在进行室外作业时需要选择合适的高度。例如在烟囱上方10m、30m、50m、70m、90m处进行检测，并且根据检测数据绘制出详细的图表。同时在检测过程中，无人机停留的时间应该是一致的，这样能够提高数据统计的准确性。

3．2数据处理分析

在数据测量结束后，应该将无人机勘测到的数据和地面装置检测的数据进行比较，两者如果之间差距不是特别大的话就能够确定无人机检测的方式是可行的。同时根据检测到的数据，工作人员能够了解有害气体扩散的程度并且判断产生的气体对大气的污染情况。根据这样的方式，工作人员可以进行快速工厂污染废气的检测，避免产生过多污染区域。

4存在问题及改进方向

虽然无人机检测的方式比较方便而且数据记录比较快捷，但是其仍然存在一定的问题。例如无人机的飞行高度是有限的，工作人员也只能够根据检测数据进而判断大气污染情况。同时无人机在飞行过程中螺旋桨旋转容易产生气流，对最终的检测容易产生影响。而现在城市房屋建筑比较高，影响了无人机的飞行路线，所以针对这些问题，技术人员仍然要不断的完善。例如可以在无人机上运用拍摄技术，将无人机的途径区域清晰地记录下来，这样可以方便工作人员的判断。同时相关研发人员也需要对大气监测设备进行完善，例如可以减轻其质量和面积进而能够提高测量数据的准确性。

5结语

大气环境的情况是我们每个人都应该关注的话题，对于一些污染比较严重的区域我们应该采取正确的方法进行改善。同时大气监测的准确性能够帮助我们判断污染情况，相关技术人员应该采用更加完善的技术提高无人机检测的工作能力和数据测试的准确性。

参考文献:

［1］尚春林．提高大气环境监测质量的措施探讨［J］．资源节约与环保，2015(7):124．

［2］冯炜．基于无线以太网面向大气环境监测系统的开发［D］．长春:吉林大学，2016．

［3］严孝鑫，张航，周鑫．基于四旋翼无人机的环境监测系统［J］．自动化与仪器仪表，2016(10):85－86．

作者：刘占波 单位：无棣县职业中等专业学校