基于无人机的大气环境监测系统设计与实现

基于无人机的大气环境监测系统设计与实现

作者：缪宁川

来源：《科学与信息化》2018年第16期

摘 要 受到全球环境日益恶化的影响，实时做好大气环境的监测，做好环境污染的预防处理工作十分必要。近年来，无人机技术的快速发展，使基于无人机的大气环境监测系统的设计和应用变得更加可行、实用。本文通过阐述无人机大气环境监测系统的总体设计方案，从无人机大气环境监测系统硬件与软件方面说明其设计方式。该研究以分析无人机大气环境监测系统的设计方法为目的，从而提高基于无人机大气环境监测系统的应用能力。 关键词 无人机；大气；环境监测系统 前言

我国在获得了巨大的经济增长效果成就的同时，也随之形成了严重的环境污染问题，如何予以监测与管控变得十分关键。从有关研究文献中可知，目前国内拥有20多个城市均呈现出恶劣的天气状况，雾霾等极端天气带给出行以及人们健康很大的危害。而当前开展的大气环境监测工作，仍然以实验室的人工式监测方式作为主要方式，自动化监测程度不高，显现出一定的落后、低准确性等方面的不足。当飞行器技术会得极大进步的同时，深入探究和分析基于无人机大气环境监测系统的设计方法具有重要意义。 1 无人机大气环境监测系统的总体设计方案

对于无人机大气环境监测系统而言，涵盖了大气环境数据信息的采集管理系统、无人机系统以及数据整合服务管理中心等部分构成。其中无人机的系统用以到既定的区域完成大气环境相关数据信息的采集处理任务。对于质量很大的设施，无人机系统是难以搭载的，基于使系统的整体重量降低的目的，运用极小系统的设计方式，能够实现系统所飞行的区域和时间方面的最大化延长的效果[1]。

通过借助数据整合服务管理中心，可以完成相关收集数据信息的科学处理与分析，当然也包括存储功能，并依靠的服务作用，达到及时查看与分析所采集的数据信息的目的，同时还可以完成历史信息的查看，并发挥出对某段期间的大气环境质量曲线的绘制处理的作用。此系统的整体构造架构见下图1。

2 无人机大气环境监测系统硬件的科学设计

对于无人机大气环境监测系统硬件的科学设计工作而言，涵盖了无人机系统、大气环境数据信息采集管理系统等部分的科学设计，其中系统的硬件部分构造见下图2。 2.1 无人机的整体设计说明

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从当前的发展情况来看，四、六旋翼的无人机搭载重物是最常见的，由于多旋翼无人机在飞行过程中，呈现出更加便捷、灵活的特征，便于操控，应用广泛。此次设计过程中运用了由大疆公司制造的四旋翼无人机，相关的无人机动力则为、的锂电池。通过运用的电调、飞控、导航的功能模块、相应系列的电机以及两片的浆，能够完成飞行过程中负载 1.3kg重物的任务[2]。

2.2 科学设计相应的数据通信功能模块

对于此系统，基于保证把所采集获得的大气环境数据信息可以及时传送到终端的服务器管理平台当中的目的，主要运用由企业制造的功能模块，使能够处于的状态之下，并运用的封装处理方法，凸显出一定的小尺寸优势，尤其进行简化设计与研发的时候，利用功能模块，对其运用串口传送的形式，实现和的数据信息有效传送的效果，借助内部装设的AT管控指令作用，提高通话和数据传送的效率与质量。 2.3 传感器功能模块的设计

设计传感器的时候，运用的为由夏普制造的，不仅拥有良好的稳定功能、频带宽的响应速度快，而且较高精准度的优势也十分明显，使操控变得更加便利。其主要运用到两类数据信息的输出形式，分别为串口的输出与模拟的端口输出等，通过前者所输出的通信被转换处理以后，获得v0的数值，而采用的模拟形式所输出的信息数据，主要通过端口输出的电压数值v0与相应的系数k 的乘积获取有关的灰尘浓度值，采用进行表示。

此次设计的过程中，通过运用串口输出形式，完成相关数据信息的接收处理，应该布设相应的串口波特率是：，经过10ms便传送一个字节，共计发送7个字节，相应的校验位=，而接收后的数据信息则依据下述公式完成计算，获取v0数值：

对于地区各异的灰尘浓度系数k的数值而言，是有所差异的，相应的灰尘浓度=v0*k。 2.4 二氧化硫气体的传感器功能模块的设计

进行大气当中相应二氧化硫的浓度测定的时候，可以通过利用系统当中的传感器功能模块予以实现。对于该功能模块而言，需要设置相应的工作电极电位，以便发挥出二氧化硫的电化学氧化作用。并以法拉第原理作为有效的根据，此时二氧化硫相应的浓度与感应电流大小呈正比的关系，而传感器的数量与电流的大小情况，则运用AD转换器设备，完成二氧化硫气体浓度的准确计算[3]。

3 无人机大气环境监测系统软件的合理设计 3.1 确保数据信息服务管理中心软件设计的合理性

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此数据信息服务管理中心管控系统运用的为基于Linux内核的操作系统所构建的系统，并利用的方法，完成所采集获取相关数据信息的及时录入处理。面对所采集获取的相应多通道的传感器大气环境的数据信息，则以各个数据信息的属性作为根据，完成种类的划分与集成处理，而关于前台显示终端的相关服务器之间，会将的数据库当作信息共享的前提，利用该数据信息管理中心，实现各个无人机所采集获取的数据信息的整合处理，同时，完成类型的划分与存储，有利于分析工作的开展。

3.2 注重对大气环境数据信息采集管理系统软件的设计

基于使采集管控系统整体效率与质量获得有效提升的目的，此设计运用了Ⅱ的相应嵌入系统，从而实现了对大气环境中相关数据信息的精准采集处理的目的。当系统获取电以后，第一，实施定时器与A/D 转换等硬件构成部分的初始化操作，第二，再进行Ⅱ协议栈相应的初始化处理，并将相关的数据通信功能模块、PM2.5的功能模块以及二氧化硫传感器的功能均启动，实现初始化处理。第三，待全部设施的初始化完毕以后，则进行大气环境质量的有效监测，随后把数据信息传送至相应的终端服务器当中。 4 结束语

从论文的阐述与分析当中可知，深入探究和分析基于无人机大气环境监测系统的设计方法具有重要意义。本文通过阐述无人机大气环境监测系统的总体设计方案，从无人机大气环境监测系统硬件与软件方面说明其设计方式。望此研究的结果，能获得有关人员的关注，从中得到相应的借鉴，以便推进我国无人机大气环境监测系统的发展和进步。 参考文献

[1] 吴昊.基于无人机的大气环境监测系统设计与实现[J].信息通信，2016，21（19）：177-178.

[2] 马国鑫，韩豫，陆建飞，等.基于无人机的施工扬尘污染源自动监测系统设计与实现[J].中国环境监测，2018，30（11）：144-150.

[3] 王帆，吴韵，孙毅.基于无人机及自组网技术应急环境监测系统设计[J].电子世界，2017，32（12）：166-170.