无人机航测技术可为环境突发事件、大气污染应急处置、污染源排放监管、区域环境质量评价、遥感和空气质量模型的校准等环境管理方面提供强有力的技术支撑手段。在环保部科技司和环科院各级领导的大力支持和指导下,在国家重大科学仪器设备开发专项“飞行器航测气溶胶的成套仪器设备研发” 的资助下,我院大气化学和气溶胶科技创新基地在无人机航测气溶胶系统研发方面取得了重要进展,建立了无人机航测气溶胶、气体污染物并实时回传数据的能力。
课题组成员完成了无人机平台的选型、航测平台的集成及数据链的实时传输。研发人员对合作企业的无人机进行改装,配置摄像机、PM2.5监测设备(光散射法)、黑碳仪、气体传感器、温湿度传感器和通信中继机等多种任务设备,实现视频监控的实时传输、气溶胶实时测量和空中通信中继等功能。此外,研发人员在无人机航测系统的地面控制站中集成了数传电台接收模块和图传电台接收模块,并通过控制软件实现了对监测数据、图像进行实时采集和可视化监控等功能。
为验证本项目集成的无人机航测气溶胶系统的性能,项目组于2012年7月6日在郊区开展了试飞验证实验。当日天气小雨,为验证无人机航测气溶胶系统的适应能力,课题组决定冒雨飞行检验雨中设备的工作能力。此次飞行无人机配置了摄像机、PM2.5监测设备、温/湿度传感器和通信中继机等任务设备,空速20米/秒,飞行高度在200米和400米两个高度层,飞行方式分为手控飞行和自控飞行,飞行时间30分钟。实验结果显示,无人机航测气溶胶系统:(1)性能稳定可靠,可适应复杂的气象环境;(2)系统的智能化程度较高,简化了人员的操作;(3)监测数据和图像接收灵敏度高,覆盖范围广,延时小。
本次实验是项目组首次将无人机应用于大气气溶胶监测,拓展了无人机航测技术的应用领域。课题组目前正致力于继续优化和测试该系统平台,进一步提高无人机航测系统的稳定性和电磁兼容性,研发适合无人机的小型设备和优化地面指挥系统对航测设备的控制精度,以期形成一种具有自主知识产权的、稳定性好、操作简单、推广性好的无人机航测气溶胶系统,进而为无人机航测气溶胶的规范化和标准化提供的技术支撑。
图1. 测试中的无人机及发射架
图2. 搭载的部分设备
图3. 气溶胶采样进口图示
图4. 地面控制站(左侧为实时回传数据图,右图为机载摄影和操控系统)
图5. 飞行团队及部分课题组成员合影
(大气化学和气溶胶科技创新基地 供稿)