近日，慧航科技助力山西省孝义市启用了无人机进行气体监测。
一、大气污染防治问题严峻
2018年度，山西省孝义市的环境空气质量形势较为严重，各项污染物指标不降反升，面临着大气环境质量改善的巨大压力。
为了落实好十九大提出的蓝天保卫战，加快实现孝义的空气质量好转，孝义市政府制定了《2018年孝义市环保攻坚行动计划》。
但由于大气污染具有涉及区域范围较大、区域之间污染物传输量大、污染源种类多、污染因子相对复杂等特点，环境监管难度非常大。并且传统的空气自动监测站与人工监测难以快速、准确地判断污染源头。
为了在相对较短的时间内实现大范围区域、高效快速的溯源，满足大气污染防治的需要，孝义市采用了大气监测无人机设备进行监测。
二、无人机大气监测服务方案
近年来，无人机以航拍工具的形象进入大众的视野，然而除了航拍的功能，无人机技术还拥有着巨大的潜能。
当无人机应用于环境监测领域时，它成为了环保部门与企业的一个高效、可视化、精准的溯源和监测工具，克服了过往因人工、地形、数据支撑不足所造成的难题和高成本问题。
无人机能够应用于大气环境监测，主要在于以下三个方面：
1、可见光相机
无人机+可见光云台：可以对监测区域进行拍照、视频，对污染浓度较大的可见性染源如黑烟囱、秸秆焚烧等进行监控。
无人机一边在空中巡查时，能够一边拍摄图片。当无人机飞过可见性较大的污染源时，无人机搭载的云台相机所拍摄的图片能够给大气污染物监测带来辅佐的作用。除了监测数据的支撑外，图片能够为监测人员提供污染源周边实地的、直观的信息。
正在排放的黑烟囱
2、气体传感器
无人机+气体传感器：通过无人机搭载多枚高精度气体传感器（如VOCs、SO2、NO2、PM2.5等），在监测区域进行巡查，采集污染物数据。
传统的气体监测，一方面是国控点的监测系统，但国控点位的数量有限；另一方面是人工到实地监测，一个监测人员手持便携式仪器只能测到一个小范围的气体浓度，而要获得一个片区的气体浓度，对于人工监测来说是难以实现的。
而以无人机搭载气体传感器，配合无人机航线规划的自动飞行，一到两个工作人员在20分钟内就能够获得一平方公里片区内的气体浓度。无人机给大气监测带来了极大的便利，首先，无人机监测解决了人工难以实现获得一个片区浓度的可能；其次，它提高了传统监测人员在地面巡查的效率；第三，它同时解决了数据、影像、定位等问题。
气体传感器
无人机上所搭载的气体传感器主要就是将所收集的气体数据信息转化为可用于分析的电信号。目前，慧航的气体传感器精度已经足够满足测量大气污染物浓度的要求，尤其基于光离子化检测器(PID)方法的传感器，其检出限精度甚至可以达到ppb级别。
3、数据可视化
无人机+监测数据可视化：当无人机在空中进行大气监测采集数据时，大气污染物数据会实时传输到地面软件，通过对污染物浓度高低进行可视化的颜色分层，能够揭示气体污染物的迁移转化规律，有助于科研人员、监察机构、科学直观地判读与分析大气污染情况。[1]
原始的飞行数据以Excel文件格式保存，不便于事后的数据分析。
原始飞行数据
而可视化的基本思想就是用图形和图像来表征数据，将隐藏在大量数据中的信息以相对直观、易于领会的图形方式表达出来，加快人们从数据中获取信息的速度。[2]
其中，信息传输的过程通过以下几个步骤实现：
首先，监测人员通过无线遥控器对无人机进行操控；接着，空中的无人机系统按照航线规划对指定监测区域进行气体污染物数据采集，空中的无人机系统包括了机身、飞行控制系统、通信数据链以及气体传感器；最后，飞行数据的采集会实时传输回地面站的监控软件。[3]
无人机系统组成示意图
在地面监控软件中，软件能够实时显示无人机的位置、采集的数据。并且气体污染物浓度从低到高以不同的颜色区间显示，监测人员能够直观地从监控软件中观测到大气污染状况，相对于传统的一堆数据，可视化的数据更容易让监测人员快速地分辨出各个地点之间的气体浓度差异，从而能更快速地集中关注于浓度异常的区域，降低分析的时间成本。
地面站监控软件
三、小结
雨果曾说：“大自然是善良的慈母，同时也是冷酷的屠夫。”
在严峻的大气污染形势下，改善大气环境质量势在必行。此次慧航科技使用大气监测无人机助力孝义市进行气体监测，望能为孝义市开创‘科技+环保’的新局面，为改善孝义市的空气质量献出绵薄之力。
参考资料：
[1]李琪. 无人机在大气环境监测中的应用.[J] 《中国环保产业》. 2018 (2) :54-57
[2] 谭雁英 张波 雷小明.无人机飞行数据的可视化技术[N]西北工业大学学.1999.2.(17)(1):147-151
[3] 李辉杰.无人机地面站监控软件的设计与实现[D]哈尔滨工程大学工学硕士学位论文.2015.3
