近日，慧航科技助力山西省孝義市啟用了無人機進行氣體監測。

一、大氣污染防治問題嚴峻

2018年度，山西省孝義市的環境空氣質量形勢較為嚴重，各項污染物指標不降反升，面臨著大氣環境質量改善的巨大壓力。

為了落實好十九大提出的藍天保衛戰，加快實現孝義的空氣質量好轉，孝義市政府制定了《2018年孝義市環保攻堅行動計劃》。

但由于大氣污染具有涉及區域范圍較大、區域之間污染物傳輸量大、污染源種類多、污染因子相對復雜等特點，環境監管難度非常大。并且傳統的空氣自動監測站與人工監測難以快速、準確地判斷污染源頭。

為了在相對較短的時間內實現大范圍區域、高效快速的溯源，滿足大氣污染防治的需要，孝義市采用了大氣監測無人機設備進行監測。

二、無人機大氣監測服務方案

近年來，無人機以航拍工具的形象進入大眾的視野，然而除了航拍的功能，無人機技術還擁有著巨大的潛能。

當無人機應用于環境監測領域時，它成為了環保部門與企業的一個高效、可視化、精準的溯源和監測工具，克服了過往因人工、地形、數據支撐不足所造成的難題和高成本問題。

無人機能夠應用于大氣環境監測，主要在于以下三個方面：

1、可見光相機

無人機+可見光云臺：可以對監測區域進行拍照、視頻，對污染濃度較大的可見性染源如黑煙囪、秸稈焚燒等進行監控。

無人機一邊在空中巡查時，能夠一邊拍攝圖片。當無人機飛過可見性較大的污染源時，無人機搭載的云臺相機所拍攝的圖片能夠給大氣污染物監測帶來輔佐的作用。除了監測數據的支撐外，圖片能夠為監測人員提供污染源周邊實地的、直觀的信息。

正在排放的黑煙囪

2、氣體傳感器

無人機+氣體傳感器：通過無人機搭載多枚高精度氣體傳感器（如VOCs、SO2、NO2、PM2.5等），在監測區域進行巡查，采集污染物數據。

傳統的氣體監測，一方面是國控點的監測系統，但國控點位的數量有限；另一方面是人工到實地監測，一個監測人員手持便攜式儀器只能測到一個小范圍的氣體濃度，而要獲得一個片區的氣體濃度，對于人工監測來說是難以實現的。

而以無人機搭載氣體傳感器，配合無人機航線規劃的自動飛行，一到兩個工作人員在20分鐘內就能夠獲得一平方公里片區內的氣體濃度。無人機給大氣監測帶來了極大的便利，首先，無人機監測解決了人工難以實現獲得一個片區濃度的可能；其次，它提高了傳統監測人員在地面巡查的效率；第三，它同時解決了數據、影像、定位等問題。

氣體傳感器

無人機上所搭載的氣體傳感器主要就是將所收集的氣體數據信息轉化為可用于分析的電信號。目前，慧航的氣體傳感器精度已經足夠滿足測量大氣污染物濃度的要求，尤其基于光離子化檢測器(PID)方法的傳感器，其檢出限精度甚至可以達到ppb級別。

3、數據可視化

無人機+監測數據可視化：當無人機在空中進行大氣監測采集數據時，大氣污染物數據會實時傳輸到地面軟件，通過對污染物濃度高低進行可視化的顏色分層，能夠揭示氣體污染物的遷移轉化規律，有助于科研人員、監察機構、科學直觀地判讀與分析大氣污染情況。[1]

原始的飛行數據以Excel文件格式保存，不便于事后的數據分析。

原始飛行數據

而可視化的基本思想就是用圖形和圖像來表征數據，將隱藏在大量數據中的信息以相對直觀、易于領會的圖形方式表達出來，加快人們從數據中獲取信息的速度。[2]

其中，信息傳輸的過程通過以下幾個步驟實現：

首先，監測人員通過無線遙控器對無人機進行操控；接著，空中的無人機系統按照航線規劃對指定監測區域進行氣體污染物數據采集，空中的無人機系統包括了機身、飛行控制系統、通信數據鏈以及氣體傳感器；最后，飛行數據的采集會實時傳輸回地面站的監控軟件。[3]

無人機系統組成示意圖

在地面監控軟件中，軟件能夠實時顯示無人機的位置、采集的數據。并且氣體污染物濃度從低到高以不同的顏色區間顯示，監測人員能夠直觀地從監控軟件中觀測到大氣污染狀況，相對于傳統的一堆數據，可視化的數據更容易讓監測人員快速地分辨出各個地點之間的氣體濃度差異，從而能更快速地集中關注于濃度異常的區域，降低分析的時間成本。

地面站監控軟件

三、小結

雨果曾說：“大自然是善良的慈母，同時也是冷酷的屠夫。”

在嚴峻的大氣污染形勢下，改善大氣環境質量勢在必行。此次慧航科技使用大氣監測無人機助力孝義市進行氣體監測，望能為孝義市開創‘科技+環保’的新局面，為改善孝義市的空氣質量獻出綿薄之力。

參考資料：

[1]李琪. 無人機在大氣環境監測中的應用.[J] 《中國環保產業》. 2018 (2) :54-57

[2] 譚雁英 張波 雷小明.無人機飛行數據的可視化技術[N]西北工業大學學.1999.2.(17)(1):147-151

[3] 李輝杰.無人機地面站監控軟件的設計與實現[D]哈爾濱工程大學工學碩士學位論文.2015.3