化工企业废气排放无人机气体监测系统

一、前言 李工 
近几年来我国大气污染状况越来越严重，特别雾霾（颗粒物PM2.5、PM10等）在污染物中所占的比例越来越重，因此我国的大气污染检测与治理的任务也越来越重。国家对此也在大多数城市布设或者完善了颗粒物、气体检测设备，形成了国控点结合省控点分布密集的地面污染源检测网。

不过，大气环境治理首先要知道污染源现状，这是重要的前期监测工作。传统的监测方式以地面监测站为主，现在发展成在线监测，通过网络建立传感系统监测。但从传统监测到网络监测，依然无法满足新时期环境监测的要求，目前无人机已经应用到大气污染环境检测中。

无人机遥感技术作为继行天，行空遥感后的第3代遥感技术：具有立体监测、响应速度快、监测范围广、地形干扰小等优点, 是今后进行大气突发事件污染源识别和浓度监测的重要发展方向之一。

但是由于无人机的载荷有限．要完成高精度的大气环境监测工作需要高精度的传感器荷载．而传统传感器往往在体积、重量等方面的限制可供选择的不多。因此．深圳市圣凯安科技有限公司研究开发适合无人机搭载的小型．轻型传感器荷载来实现无人机大气污染监测、无人机固定污染物。



二、简介

化工企业废气排放无人机气体监测系统（SKA/WRJ-8）是圣凯安科技专为无人机大气环境监测而专门设计的一款产品。标准监测参数包括：SO2，NO2，O3，CO以及可颗粒物PM2.5和PM10等，并实时传输回地面显示无人机飞行所在环境的检测数据及生成对应的趋势曲线。同时通过配置圣凯安科技高精度、体积小、重量轻的智能型7NE系列气体传感器可扩展检测NH3，HCN，HCL及甲烷/非甲烷碳氢化合物、VOC等几百种气体参数，可完美搭载在无人机上进行检测并对无人机飞行不会造成影响。

化工企业废气排放无人机气体监测系统（SKA/WRJ-8）主要包含几部分：采样单元、数据传输单元、数据分析单元等；采样单元监测的数据通过数传或GPRS传输单元传送至地面显示平台进行实时控制、数据管理及图表生成。



三、无人机气体检测荷载特点

●软件可以支持多家无人机制造商包括大疆所有系列。

●上千种气体传感器可以随时更换，系统带有自动识别功能。

●外壳防水、防风、防尘、防撞击设计

●实时显示监测数据，并生成对应的趋势曲线。

●可查看历史实时数据，并同时生成曲线分析图，列表和图表样式显示历史数据，方便对比查看。

●同时显示经纬度、高度、飞机状态、温度、湿度、PM1、PM2.5、PM10、上千种气体实时浓度值。

●检测精度可达到ppb级。

●实时无线传输数据到地面端，也可以通过GPRS实时传输到服务器。



四无人机气体检测荷载参数

●适用：多旋翼无人机、固定翼

●检测气体：PM2.5、PM10、NO2、SO2、CO、O3、VOC等

●电化学、激光

●重量：1000克（7参数）

●尺寸：220×145×60mm

●供电：12-24V

●数据传输方式：GPRS /数传

●工作环境温度：(-30~+60)℃

●工作环境湿度：(15 ~ 95)% RH 无凝露

●设备寿命：气体器件寿命2年

五、无人机气体检测荷载尺寸图



六、无人机气体软件界面及数据分析

地面接收系统的软件Green Ear是专门设计的可用于上述监测检测数据接收、解码、显示、处理、报告并向云端上传的专用软件，它与通用飞控软件Mission Planner相结合，在获取飞行路径规划及飞行器飞行姿态数据的基础上加我司的气体检测设备的实时浓度值进行数据分析融合，并支持多探测器同步数据回传和处理功能。

数据分析平台，主要功能应包括实时数据展示、历史数据查询、区域的GPS经纬度、时间等信息同步传回地面接收系统。

(1)实时数据展示

平台可对各类监测数据进行实时展示。将空气质量气体传感器数据、气体应急监测数据汇入到统一平台，统一管理，综合展示。气体传感器数据以不同颜色代表不同污染级别。

(2)历史数据查询

将各点位的历史监测数据进行简单的统计分析，例如日变化分析、时间序列分析等，帮助采购方节约手动分析时间成本，同时还能够帮助采购方了解基本污染状况。



七、无人机气体检测系统

1 系统结构及工作原理

这套系统主要包括无人飞行器、NE sensor气体检测、数传/GPRS、地面站/服务器、数据处理软件等构成。主要的作用于检测大气空气质量AQI与应急检测有毒有害气体，其精度可以达到1PPB。改变了传统固定点的检测使得气体检测变得灵活、快速、准确、方便。

2 气体浓度数据采集的软件实现

气体检测这块有着成千上万种气体种类、量程、精度等。我司为了简化用户的操作与成本。我司特设计一套7NE系列的传感器。有着一整套完整的软件信息系统，把所有可以检测到的气体种类我们有效的划分开实现全部智能化的识别系统。客户可以根据不同的检测场景搭配不同的传感器；使得无人机气体检测非常灵活不受荷载的影响。数据采集主要如下图所示。

3传输协议

根据7NE系列气体传感器的通讯方式可以采用模拟电压、模拟电流、TTL、RS485，我司的采用的是RS485、TTL两组通讯方式。

串口波特率9600，校验位无，8个数据位，1个停止位；数值为Hex


寄存器地址
 
寄存器内容
 

40001
 
PM2.5
 

40002
 
电路板1号插孔气体实时数值
 

40003
 
电路板2号插孔气体实时数值
 

40004
 
电路板3号插孔气体实时数值
 

40005
 
电路板4号插孔气体实时数值
 

40006
 
电路板5号插孔气体实时数值
 

40007
 
电路板6号插孔气体实时数值
 

40008
 
PM10
 

40009~40010
 
预留
 

40001
 
主板地址寄存器
 

40002~40030
 
预留
 

40031~40036
 
#1~#6号气体模块满量程（40002~40007）
 



八、应用市场

深圳市圣凯安科技有限公司创立于2003年，专业从事国际领先传感器应用硬件、软件及相关系统的应用设计、服务和销售服务的专业系统配套方案提供商，在国内与多所高校和多个研究院所建立了长期紧密的技术合作关系,并与国外多家公司建立了长远的战略伙伴关系。数年来，深圳市圣凯安科技有限公司以“同步国际先进水平，创国际方案服务品牌”为目标，走国际合作、自主开发之路，源源不断地推出了具有国际先进水平的传感器应用方案。公司引进国际传感器及配套方案现已广泛应用于汽车电子、航海航空、动力机车、医疗器械、通信设备、电力控制、石油化工、大气环保、水质监测等行业，近年来持续保持中国市场领先地位，产品优良，配套方案完整赢得了国内外客户的高度赞誉和信赖,同时已成为多家国际知名品牌公司在中国的优秀合作伙伴。