無人機(jī)在大氣環(huán)境監(jiān)管中的應(yīng)用分析

劉占波

(無棣縣職業(yè)中等專業(yè)學(xué)校，山東 濱州 251900)

0 引言

大氣是指包圍著地球的空氣，它為地球生命的存在和繁衍提供了有利的條件，同時(shí)大氣每一個(gè)因素的改變都會(huì)影響生物的正常生活。由于科技的發(fā)展，人類排放出各種不同的有害氣體，這些氣體會(huì)引起氣候的變化，例如酸雨，同時(shí)大氣也在發(fā)生緩慢的變化。如果沒有正確的舉措去遏制這樣的發(fā)展趨勢就會(huì)導(dǎo)致大氣環(huán)境被破壞，地球所有生物只能趨于滅亡。目前使用比較廣泛的大氣監(jiān)測手段大多是在地面完成的，這樣的方法不能全面地反應(yīng)大氣的變化。但是無人機(jī)能夠到達(dá)人們需要觀測的區(qū)域并且能夠迅速地統(tǒng)計(jì)人們所需要的數(shù)據(jù)。

1 無人機(jī)在大氣環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

1.1 可見光相機(jī)

現(xiàn)在我國很多企業(yè)在進(jìn)行大氣環(huán)境檢測時(shí)采用的無人機(jī)一般都是無人機(jī)和可見光設(shè)備的結(jié)合，這種方式的適用范圍非常廣泛，并且具有比較優(yōu)良的拍攝效果。部分環(huán)境監(jiān)測部門甚至?xí)徺I多架無人機(jī)，根據(jù)環(huán)境需要進(jìn)行內(nèi)部員工培訓(xùn)，并且讓他們每1個(gè)人操作1臺(tái)無人機(jī)最后形成1個(gè)專門的無人機(jī)隊(duì)伍。

大家都知道現(xiàn)代的拍攝技術(shù)非常發(fā)達(dá)，每1個(gè)相機(jī)都可以進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦，拍攝技術(shù)的發(fā)展提供給了環(huán)境監(jiān)測新的發(fā)展空間。新式的可見光相機(jī)可以根據(jù)環(huán)境的需要進(jìn)行直接拍照或者錄制相關(guān)視頻?？梢姽庀鄼C(jī)對(duì)焦比較良好拍攝的圖像非常清晰，能夠提供給工作人員更加真實(shí)準(zhǔn)確的信息。但是目前可見光相機(jī)還是存在有一定的局限性，它們往往受天氣影響比較大，尤其是一些污染強(qiáng)度比較低的地區(qū)，因?yàn)槲廴疚餄舛鹊退耘臄z難度大。常規(guī)的可見光載荷只能夠?qū)Νh(huán)保工作有簡單的作用，所以環(huán)境監(jiān)測人員對(duì)其的使用程度較低，不能夠有效使用，甚至最后變?yōu)橐患谰摺?/p>

1.2 紅外成像儀

紅外成像儀的出現(xiàn)滿足了生活中檢查工作的需要，在電能檢測方面的應(yīng)用程度較廣。將紅外成像儀運(yùn)用在環(huán)境保護(hù)方面時(shí)，可以將相關(guān)設(shè)備放置無人機(jī)上，確保環(huán)境監(jiān)測能夠在白天或者晚上順利進(jìn)行。同時(shí)，無人的熱成像儀擁有熱源可視化以及溫度測量等功能，使得在夜間進(jìn)行監(jiān)測時(shí)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)排污源頭的所在區(qū)域和不同工廠的污染情況，進(jìn)行夜間拍攝，使得相關(guān)的高污染企業(yè)在沒有確鑿證據(jù)時(shí)也可以被追查到。紅外成像中的熱像儀受到的環(huán)境因素影響巨大，而且相關(guān)企業(yè)在構(gòu)建模型時(shí)，存在較多的問題。因?yàn)椴煌N類的企業(yè)的熱分布形式不同，排放溫度與排放量沒有較大的聯(lián)系，進(jìn)而導(dǎo)致模型的構(gòu)建比較困難，使得環(huán)境監(jiān)測的需求不能滿足。

2 應(yīng)用方法確定

2.1 無人機(jī)機(jī)型的選擇

無人機(jī)一般可以分為固定機(jī)翼型和旋轉(zhuǎn)機(jī)翼型，這兩種無人機(jī)各有各的優(yōu)點(diǎn)。一般而言固定翼型能夠裝載許多傳感器，因?yàn)闄C(jī)翼固定所以抗風(fēng)能力比較強(qiáng)而且飛行時(shí)間比較長，所以被廣泛應(yīng)用于污染區(qū)域檢測，但是它起飛環(huán)境比較嚴(yán)苛且不能長時(shí)間懸浮。而旋翼型的無人機(jī)主要是通過內(nèi)部的機(jī)器進(jìn)而隨時(shí)改變螺旋槳的旋轉(zhuǎn)速度，雖然其質(zhì)量比較大但是因?yàn)檗D(zhuǎn)速能隨時(shí)改變所以能夠進(jìn)行懸浮監(jiān)控的工作，而且它能夠根據(jù)人們的需求自由飛升任意高度。所以在進(jìn)行大氣監(jiān)測時(shí)一般都選擇旋翼型的無人機(jī)，是因?yàn)樗a(chǎn)生的噪音比較小且容易攜帶所以它對(duì)起飛環(huán)境沒有太多要求。

2.2 大氣監(jiān)測設(shè)備選擇

傳統(tǒng)的大氣檢測設(shè)備一般都是設(shè)置在地面上的，操作工序比較復(fù)雜，且所測量的數(shù)據(jù)信息不全面，工作人員很難根據(jù)測繪內(nèi)容判斷具體區(qū)域。因此相關(guān)部門考慮將大氣監(jiān)測設(shè)備設(shè)置在無人機(jī)上，而旋翼型無人機(jī)能夠根據(jù)技術(shù)人員調(diào)節(jié)進(jìn)行自主升空和懸浮監(jiān)控。同時(shí)它能夠勘測出大氣環(huán)境中的各種有害氣體，包括氨、二氧化硫、一氧化碳、氟化物。而且無人機(jī)能夠?qū)⒖睖y到的數(shù)據(jù)和地理位置進(jìn)行保存，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程分享，有利于相關(guān)檢測部門統(tǒng)計(jì)全面的信息。

2.3 采用數(shù)據(jù)模擬確定應(yīng)用方案

雖然旋翼型的無人機(jī)能夠輕松地改變螺旋槳的轉(zhuǎn)速，但是大氣環(huán)境存在一定的不穩(wěn)定因素，而風(fēng)速，氣壓等條件的變化也會(huì)造成最終數(shù)據(jù)測繪的不準(zhǔn)確。所以在進(jìn)行大氣監(jiān)測前需要進(jìn)行一系列的數(shù)據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)以保障無人機(jī)的安全飛行。

1)幾何模型的建立。無人機(jī)的機(jī)翼和螺旋槳的選擇其實(shí)并非完全統(tǒng)一的，針對(duì)不同的地區(qū)和天氣情況需要酌情進(jìn)行改變。所以前期在實(shí)驗(yàn)過程中工作者可以先利用3D打印技術(shù)構(gòu)造幾何模型，并且確定葉片最佳質(zhì)量和狀態(tài)，進(jìn)而專門定制適合大氣監(jiān)測設(shè)備安裝的無人機(jī)機(jī)型。

2)利用三維N-3方程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。無人機(jī)起飛和懸浮都需要一定的流場而且無人機(jī)需要搭載大氣監(jiān)測裝備，如果沒有將二者合理結(jié)合就容易導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確。而利用三維計(jì)算方程，能夠確定無人機(jī)的流場范圍和受空氣波動(dòng)影響較小的位置，這樣就能夠安裝測繪裝備并且保證二者之間不會(huì)有太大的影響。經(jīng)過精密的計(jì)算，我們能夠確定檢測裝置安裝在無人機(jī)上方10 cm左右的位置是合適的。

3 大氣監(jiān)測實(shí)驗(yàn)

在進(jìn)行最終的大氣監(jiān)測時(shí)應(yīng)該先根據(jù)具體情況開展大氣監(jiān)測實(shí)驗(yàn)，一方面能夠保證測量數(shù)據(jù)的正確性，另一方面的可以確定最終的檢測范圍。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)工作人員可以選擇氣體排放量比較大的地方例如工廠的煙囪處，并且在無人機(jī)測繪過程中設(shè)置地面監(jiān)測裝備，以進(jìn)行最終數(shù)據(jù)的比較。

3.1 室外作業(yè)

一般無人機(jī)的飛行高度是有限的，并且搭載了檢測設(shè)備，所以在進(jìn)行室外作業(yè)時(shí)需要選擇合適的高度。例如在煙囪上方10 m、30 m、50 m、70 m、90 m處進(jìn)行檢測，并且根據(jù)檢測數(shù)據(jù)繪制出詳細(xì)的圖表。同時(shí)在檢測過程中，無人機(jī)停留的時(shí)間應(yīng)該是一致的，這樣能夠提高數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性。

3.2 數(shù)據(jù)處理分析

在數(shù)據(jù)測量結(jié)束后，應(yīng)該將無人機(jī)勘測到的數(shù)據(jù)和地面裝置檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，兩者如果之間差距不是特別大的話就能夠確定無人機(jī)檢測的方式是可行的。同時(shí)根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)，工作人員能夠了解有害氣體擴(kuò)散的程度并且判斷產(chǎn)生的氣體對(duì)大氣的污染情況。根據(jù)這樣的方式，工作人員可以進(jìn)行快速工廠污染廢氣的檢測，避免產(chǎn)生過多污染區(qū)域。

4 存在問題及改進(jìn)方向

雖然無人機(jī)檢測的方式比較方便而且數(shù)據(jù)記錄比較快捷，但是其仍然存在一定的問題。例如無人機(jī)的飛行高度是有限的，工作人員也只能夠根據(jù)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)而判斷大氣污染情況。同時(shí)無人機(jī)在飛行過程中螺旋槳旋轉(zhuǎn)容易產(chǎn)生氣流，對(duì)最終的檢測容易產(chǎn)生影響。而現(xiàn)在城市房屋建筑比較高，影響了無人機(jī)的飛行路線，所以針對(duì)這些問題，技術(shù)人員仍然要不斷的完善。例如可以在無人機(jī)上運(yùn)用拍攝技術(shù)，將無人機(jī)的途徑區(qū)域清晰地記錄下來，這樣可以方便工作人員的判斷。同時(shí)相關(guān)研發(fā)人員也需要對(duì)大氣監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行完善，例如可以減輕其質(zhì)量和面積進(jìn)而能夠提高測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)語

大氣環(huán)境的情況是我們每個(gè)人都應(yīng)該關(guān)注的話題，對(duì)于一些污染比較嚴(yán)重的區(qū)域我們應(yīng)該采取正確的方法進(jìn)行改善。同時(shí)大氣監(jiān)測的準(zhǔn)確性能夠幫助我們判斷污染情況，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該采用更加完善的技術(shù)提高無人機(jī)檢測的工作能力和數(shù)據(jù)測試的準(zhǔn)確性。