一．項目背景
大氣環境質量監測是我國環境保護工作的重要組成部分，傳統的環境監測方式往往以地面設立監測點為主，但是當面對地形廣闊、環境復雜、監測設施數量有限等情況時，不僅會提高環境監測的成本，影響工作效率以及數據傳輸實時性，還存在獲取的數據空間覆蓋程度有限、不能對污染物來源及其變化趨勢分析進行有效預測等問題。（湖南圣凱安張133...9..7..3..3..8....5...0..6..）
圖1 無人機方案
圣凱安通過無人機技術、傳感器技術、GPRS技術以及軟件設計技術開發了一款基于無人機技術的大氣環境監測系統，通過無人機作為搭載平臺，可以采集多種復雜地區環境條件下的大氣環境數據，并通過無線網絡上傳至服務器，后端人員可實時通過終端對大氣環境數據進行查詢，解決了傳統的人工取樣范圍局限性，數據準確性、實時性等問題。
二．方案建設
1. 建設依據
《環境空氣質量自動監測系統技術規范》HJ/T193-2005
《環境空氣質量自動監測系統技術規范》HJ/T193-2013
《環境空氣質量標準》 GB 3095-2012
《環境空氣質量指數（AQI）技術規定》 HJ633-2012
《環境空氣質量監測點位布設技術規范》 HJ664-2013
《環境空氣質量監測規范》試行
《環境空氣質量評價技術規范》（試行）HJ663-2013
《大氣污染防治行動計劃》（國發﹝2013﹞37 號）
《關于印發<2014 年全國環境監測工作要點>的通知》（環辦﹝2014﹞2 號）
《京津冀及周邊地區 2017 年大氣污染防治工作方案》
《環境空氣顆粒物（PM2.5）手工監測方法（重量法）技術規范》HJ 656-2013
《環境空氣質量評價技術規范》（試行）HJ663-2013
《十三五環境監測質量管理工作方案》 （粵環辦函〔2016〕364 號）
《京津冀及周邊地區 2017 年大氣污染防治工作方案》
《建筑施工場界噪聲限值》GB12523-90
《社會生活環境噪聲排放標準》GB22337-2008
2. 建設原則
▲ 數據傳輸實時性：數據傳輸的實時性是實施大區域精準化管理的基礎，高效快速地檢測方式可為后續一系列的治理措施提供支撐依據，
▲ 數據可視化：數據可視化能夠充分挖掘數據隱含的空間關聯，揭示氣體污染物的遷移轉化規律，有助于科研人員、監測機構科學直觀地判讀并分析大氣污染情況，節約人力成本。
▲ 高空間分辨率：由于大氣污染物變化遷移的動態性，高空間分辨率能捕捉到更多的空氣質量信息。此外，在污染源監測的過程中，由于每種類型的污染源監測重點存在一定差異，因此可以實施種類劃分，保證無人機監測技術應用的針對性和有效性。
▲ 數據傳輸穩定性：無人機大氣環境應用實時連續監測，監測數據應實時匯集至數據處理中心進行處理。
▲ 靈活便攜性：高強度的分辨率和靈活性能夠在同一時間內進行多組分測試，并全天候、實時、連續、自動監測。
3. 建設目標：
通過無人機搭載的智能氣體傳感器對大氣污染因子進行數據采集，并對采集終端進行統一管理和監控，將采集到的大氣環境數據通過無線接入方式存儲到數據中心(云平臺)，通過在數據中心對采集的原始數據進行分析，產生分析結果數據，最終以服務的方式為演示終端軟件、 移動端APP或者第三方氣象、 環境應用提供數據支撐。
為全面客觀反映區域的空氣量狀況，了解區域內大氣污染水平分布強度，分析區域內整體大氣污染物的濃度水平和傳輸規律，研判大氣污染發生發展趨勢，為污染減排及監控提供數據支撐。
三．系統架構：
無人機的大氣環境監測系統主要由大氣環境數據采集系統、數據匯聚平臺、多媒體應用綜合層所組成。
圖2 系統架構
大氣環境數據采集系統：該部分主要由PM2.5 傳感器、PM10 傳感器、SO2濃度傳感器、溫濕度傳感、GPRS無線數據模塊等組成。由于無人機系統無法搭載質量較大的設備，為了減少整個系統的重量，采用小型系統設計方案，更大限度地延長整個系統的飛行區域以及飛行時間。
數據匯聚平臺：采集到的數據通過GPRS傳輸到云平臺，平臺再對采集到的數據進行處理、分析和儲存，同時利用ArcGIS Engine服務，實現采集的實時查詢分析，歷史調取以及繪制指定時段的歷史空氣質量曲線等功能。
圖3 通訊方式
多媒體應用綜合層：用戶可以通過云平臺將無人機采集到的監測數據實時發布到多媒體廣告一體機、LED顯示屏、電視機或者平板電腦等各類多媒體顯示屏上。
四．產品介紹：
1. 產品介紹
圖4 無人機氣體檢測儀
圣凱安無人機氣體檢測儀是一款高性能的無人機環保監測設備，可同時搭載6支傳感器，與無人機、汽車等移動載具相互配合，實現“去到哪里，檢測就到哪里”。同時，圣凱安還配備了專門的分析軟件，可以讓用戶更直觀地對氣體濃度、成分進行查閱。
圖5 產品尺寸圖
檢測儀內置的電化學傳感器模組在傳統技術的基礎上，提高了設備的穩定性，能有效抵抗天氣，氣壓，風速等不定因素的影響，以達到高速行駛，快速穩定，迅速抓拍，高清像素的效果。在硬件本身的安全方面，圣凱安技術人員通過改變外殼材料來保障內部線路安全，達到防濕、防爆、抗壓的效果，保障監測流程的順利進行，監測任務的保質保量完成。
圖6 產品組成
2. 產品優勢：
? 軟件系統可以與多家無人機制造商包括大疆所有系列適配；
? 帶有自動識別功能，可任意設定檢測氣體，并顯示濕度、溫度、PM2.5、O3、PM10、VOCs等上千種氣體實時濃度值；
? 實時顯示監測數據，生成對應趨勢曲線，還可隨時與歷史數據查看比對。
? 為用戶解決了數據采集、數據分析、結果呈現、工作匯報、數據儲存等一整個流程問題，更大程度上地節省了時間與人力成本；
? 外殼采用防水、防風、防塵、防撞擊設計，大大增加了儀器的抗風險能力；
? 采集的數據具有超高的空間分辨率，可精確到每條街、每棟樓、甚至每個高度，且實現了ppb級別的檢測精度；
? 可同步實時顯示經緯度、高度、飛機狀態、溫度、PM10、PM2.5，以及上千種氣體濃度值；
4. 產品優勢
| 供電 | 12-24V |
| 功耗 | 2W |
| 重量 | 700g |
| GPRS | 有 |
| 檢測氣體 | 見下表 |
| 傳輸方式 | 4G/數傳 |
| 工作溫度 | -20℃-70℃ |
| 工作濕度 | ＜95%RH |
| 防護等級 | IP65 |
| 精度 | 2%FS |
| 壽命 | 2年 |
| 適用機型 | 多旋翼、固定翼 |
| 適用行業 | 管道巡檢、環境巡檢、煙道檢測、消防應急檢測等 |
五．智慧云平臺