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无人机环境监测技术如何应运而生

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发表于 2019-5-10 15:08:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
当前,我国多地区面临大气环境质量改善巨大压力。对此,业内人士表示,只有精确找到本地污染物排放来源,结合地理、气象、环境衍生等众多原因综合分析,才能实现大气污染治理精准决策和快速应对。
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。传统的空气自动监测站的站房用地面积大,加上其成本及后期运营费用较高,因此很难进行大面积、精密化布点,并且基本上“说不清污染来源“。即使花大价钱采取空气监测站加密的方式进行监控,但以点位进行布置的监测数据始终很难判断污染源迁移和扩散情况,更无从确定污染发生的直接源头。
地方政府需要一套快速、高效监测系统进行实时监控,克服人工、视频、监测站等监管存在的数据支撑不足等问题,实现精准监控,以满足大气污染治防治需求。
“大区域”“精准”“高效快速”,无人机技术仿佛就是面对这样的关键词而生的。
无人机在大气环境监测方面的应用,目前主要有以下三个方向
一、无人机+可见光相机
目前在环保方面应用最广的,就是传统的无人机+可见光云台, 不可否认,单纯的相机甚至变焦相机已经能够给环境监测带来新的思路,但是可见光相机对大气污染物的观测仅停留在拍照、视频阶段,缺乏精准监测数据作为支撑,并且受光照、雨雾、摄像头低分辨率等因素的影响,只能对污染浓度较大的可见性污染源如黑烟囱、秸秆焚烧等进行监控。 常规可见光载荷在环保方面只能算是锦上添花,环监人员难以有效的进行使用,买回来,用不着,最后只会沦为展示道具。
二、搭载红外成像仪的无人机
在环保应用方面,搭载红外成像仪的无人机,可以使无人机在夜间条件下进行监测,热像仪的热分布可视化、测温等特性能够较有效地发现夜间生产的企业,可作为遏制夜间偷排的一种手段。 某企业日间(可见光)和夜间(热成像)风机影像 但是热像仪同样受到环境条件的影响过大,并且,不同种类的企业的热分布形式不一、排放温度与排放量没有必然的关联,相关模型复杂需要长久的比对和监测才能得出检测结论,难以满足环监的迫切需求。
三、无人机+气体传感器
“无人机+气体传感器”即通过无人机搭载多种因子(如VOCsSO2PM2.5)的高精度气体监测传感器或者气体采集装置,在测区进行大范围的巡查,以寻找污染特征因子的监测方式。 随着技术的进步,便携式传感器精度已经达到可以接受的程度,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,已经足够满足测量大气污染物浓度的要求。
ISweek工采网推荐的英国alphansense传感器,专门为大气监测领域推出了环境空气质量传感器,包括有毒气体传感器A4/B4系列、光离子气体传感器PID-AH以及PM2.5PM10传感器OPC-N3,目前已在大气监测领域得到了广泛的应用。
在理论支撑方面,长江学者彭仲仁教授带领的上海交通大学智能交通与无人机应用研究中心早在2011年已经对无人机在空气监测方面的应用进行了研究,其《基于无人机(UAV)技术的城市空气质量4-D监测研究》、《基于无人机观测的PM2.5垂直分布规律研究》等多篇论文已经被多次引用。
在实际应用方面,目前成都、唐山、宁夏等地区率先使用无人机进行监测,协助环监执法,同时环监大队根据无人机的发现进行查处了不少违法企业
根据目前的无人机环境监测发展趋势,无人机搭载气体传感器是最快的发展防线。
在监测结果呈现上,无人机+气体传感器数据呈现可视化,还不够
环境监查执法非常讲究时效性,企业的违法偷排情况可能只会出现在某个时间段、甚至只是某一个瞬间,这也是环监取证难、执法难的原因之一。 无人机气体传感器在大气污染调查工作中会得到大量的实测数据,传统利用excel进行数据分析与管理的办法不仅无法直观展现污染物的空间分布形态,大量的数据需要多个工作日的处理和分析才能得出相关结论,难以为下一步的监测管理和治理工作提供决策支持。而可视化处理能够充分挖掘数据隐含的空间关联,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, 高效快速的检测方式可为后续的一系列的治理措施提供支撑依据,节约人力成本。

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