一种基于无人机的大气污染监测系统及溯源方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115598307A(43)申请公布日2023.01.13(21)申请号202211337927.5(22)申请日2022.10.28(71)申请人信阳农林学院地址464100河南省信阳市平桥区北环路1号(72)发明人张耀军吴桂玲于东云(74)专利代理机构北京子焱知识产权代理事务所(普通合伙)11932专利代理师刘萍(51)Int.Cl.G01N33/00(2006.01)G01S19/14(2010.01)B64C39/02(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图5页(54)发明名称一种基于无人机的大气污染监测系统及溯源方法(57)摘要本发明公开了一种基于无人机的大气污染监测系统及溯源方法，包括无人机搭在平台、机载监测模块、无人机飞控模块、GPS模块、地面站模块、以及数据通讯模块；其中，所述无人机搭在平台为六翼无人机，用于搭在机载监测模块、无人机飞控模块、GPS模块及数据通讯模块；所述机载监测模块包括大气污染监测模块、溯源控制模块，用于实时采集数据并将采集的数据传输溯源控制模块，本发明通过在爬山算法和网格溯源算法的基础上，结合无人机的特点，不仅实现了高效、便捷、快速、准确、智能的大气污染源定位，而且还可以在突发性、应急性环境事故中快速、准确的对污染源进行定位，为现有的大范围地质区域搜索污染的环境监测任务提供数据支撑和便利。CN115598307ACN115598307A权利要求书1/2页1.一种基于无人机的大气污染监测系统，其特征在于，包括无人机搭在平台、机载监测模块、无人机飞控模块、GPS模块、地面站模块、以及数据通讯模块；其中，所述无人机搭在平台为六翼无人机，用于搭在机载监测模块、无人机飞控模块、GPS模块及数据通讯模块；所述机载监测模块包括大气污染监测模块、溯源控制模块，用于实时采集数据并将采集的数据传输溯源控制模块，经过溯源控制模块中的溯源算法处理后输出控制信号，对无人机飞行进行控制，寻找大气污染源；所述地面站模块包括微控制器模块、显示屏及SD卡，用于实时监控无人机的飞行轨迹，飞行速度，飞行位置，无人机的电量及无人机的飞行姿态参数；所述数据通讯模块包括两个无线传输模块，所述无人机上搭载一个无线传输模块，所述地面站模块上设置有一个无线传输模块，无人机上的无线传输模块连接地面站模模块上的无线传输模块和无人机，用于向地面站传输无人机的飞行参数，且该无线传输模块还可实现地面站向无人机传输控制命令，进行数据相互传输。2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的大气污染监测系统，其特征在于，所述机载监测模块包括微控制器、多个与其连接的传感器、以及探测杆d0。3.根据权利要求2所述的一种基于无人机的大气污染监测系统，其特征在于，所述传感器包括细颗粒物传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、恶臭气体传感器、有毒气体传感器、可燃气体传感器及常规气体传感器。4.根据权利要求3所述的一种基于无人机的大气污染监测系统，其特征在于，所述常规气体传感器设置有两个，两个常规气体传感器分别为气体传感器C1及气体传感器C2。5.根据权利要求4所述的一种基于无人机的大气污染监测系统，其特征在于，所述气体传感器C1安装于无人机底部的中心部位，所述探测杆d0的一端固定于无人机的底部，另一端延伸至无人机的外侧、并将气体传感器C2固定于其端部。6.根据权利要求4所述的一种基于无人机的大气污染监测系统，其特征在于，所述气体传感器C1用于测量六旋翼无人机所在位置的大气污染物浓度，所述气体传感器C2用于搜集无人机外部大气污染物的浓度信息。7.根据权利要求1所述的一种基于无人机的大气污染监测系统，其特征在于，所述无人机飞控模块用于控制六翼无人机的位置及姿态。8.一种基于无人机的大气污染监测的溯源方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、初始化各参数，步数Nstep代表了无人机溯源过程中运行代码的迭代次数，避免了死循环，步长step代表了无人机每次行进的距离，探测次数Tnum是无人机对周围各点的探测次数，探测范围d0即探测杆的长度；S2、将溯源无人机放置在污染区的任意位置A(X0，Y0)，无需事先对风速、风向进行测量；S3、无人机垂直升空后开启溯源模式；S4、溯源无人机下方的气体传感器C1读取无人机当前位置的大气污染物浓度Ci并记录，探测杆上的气体传感器C2读取当前位置的大气污染物浓度Cj并记录；S5、比较Ci和Cj的大小；S6、若Cj大于Ci，即气体传感器C2所在位置的大气污染物浓度较大，溯源无人机下一步2CN115598307A权利要求书2/2页的位置为Anext＝Xj＝A+dir*step；S7、若Ci大于Cj，即气体传感器C1所在位置的大气污染物浓度较大，则需判断当前的试探次数j是否大于最大试探次