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    無人機環境監測技術如何應運而生

    當前,我國多地區面臨大氣環境質量改善巨大壓力。對此,業內人士表示,只有找到本地污染物排放來源,結合地理、氣象、環境衍生等眾多原因綜合分析,才能實現大氣污染治理精準決策和快速應對。

    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。傳統的空氣自動監測站的站房用地面積大,加上其成本及后期運營費用較高,因此很難進行大面積、精密化布點,并且基本上“說不清污染來源“。即使花大價錢采取空氣監測站加密的方式進行監控,但以點位進行布置的監測數據始終很難判斷污染源遷移和擴散情況,更無從確定污染發生的直接源頭。

    地方政府需要一套快速、高效監測系統進行實時監控,克服人工、視頻、監測站等監管存在的數據支撐不足等問題,實現精準監控,以滿足大氣污染治防治需求。

    “大區域”“精準”“高效快速”,無人機技術仿佛就是面對這樣的關鍵詞而生的。

    無人機在大氣環境監測方面的應用,目前主要有以下三個方向

    一、無人機+可見光相機

    目前在環保方面應用廣的,就是傳統的無人機+可見光云臺, 不可否認,單純的相機甚至變焦相機已經能夠給環境監測帶來新的思路,但是可見光相機對大氣污染物的觀測僅停留在拍照、視頻階段,缺乏精準監測數據作為支撐,并且受光照、雨霧、攝像頭低分辨率等因素的影響,只能對污染濃度較大的可見性污染源如黑煙囪、秸稈焚燒等進行監控。 常規可見光載荷在環保方面只能算是錦上添花,環監人員難以有效的進行使用,買回來,用不著,后只會淪為展示道具。

    二、搭載紅外成像儀的無人機

    在環保應用方面,搭載紅外成像儀的無人機,可以使無人機在夜間條件下進行監測,熱像儀的熱分布可視化、測溫等特性能夠較有效地發現夜間生產的企業,可作為遏制夜間偷排的一種手段。 某企業日間(可見光)和夜間(熱成像)風機影像 但是熱像儀同樣受到環境條件的影響過大,并且,不同種類的企業的熱分布形式不一、排放溫度與排放量沒有必然的關聯,相關模型復雜需要長久的比對和監測才能得出檢測結論,難以滿足環監的迫切需求。

    三、無人機+氣體傳感器

    “無人機+氣體傳感器”即通過無人機搭載多種因子(如VOCs、SO2、PM2.5)的高精度氣體監測傳感器或者氣體采集裝置,在測區進行大范圍的巡查,以尋找污染特征因子的監測方式。 隨著技術的進步,便攜式傳感器精度已經達到可以接受的程度,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,已經足夠滿足測量大氣污染物濃度的要求。

    ISweek工采網推薦的英國alphansense傳感器,專門為大氣監測領域推出了環境空氣質量傳感器,包括有毒氣體傳感器A4/B4系列、光離子氣體傳感器PID-AH以及PM2.5、PM10傳感器OPC-N3,目前已在大氣監測領域得到了廣泛的應用。

    在理論支撐方面,長江學者彭仲仁教授帶領的上海交通大學智能交通與無人機應用研究中心早在2011年已經對無人機在空氣監測方面的應用進行了研究,其《基于無人機(UAV)技術的城市空氣質量4-D監測研究》、《基于無人機觀測的PM2.5垂直分布規律研究》等多篇論文已經被多次引用。

    在實際應用方面,目前成都、唐山、寧夏等地區率先使用無人機進行監測,協助環監執法,同時環監大隊根據無人機的發現進行查處了不少違法企業 。

    根據目前的無人機環境監測發展趨勢,無人機搭載氣體傳感器是快的發展防線。

    在監測結果呈現上,無人機+氣體傳感器數據呈現可視化,還不夠

    環境監查執法非常講究時效性,企業的違法偷排情況可能只會出現在某個時間段、甚至只是某一個瞬間,這也是環監取證難、執法難的原因之一。 無人機氣體傳感器在大氣污染調查工作中會得到大量的實測數據,傳統利用excel進行數據分析與管理的辦法不僅無法直觀展現污染物的空間分布形態,大量的數據需要多個工作日的處理和分析才能得出相關結論,難以為下一步的監測管理和治理工作提供決策支持。而可視化處理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、監察機構、科學直觀地判讀與分析大氣污染情況, 高效快速的檢測方式可為后續的一系列的治理措施提供支撐依據,節約人力成本。

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