基于多旋翼无人机平台的有毒有害气体探测系统的制作方法

本发明属于应急监测技术领域，涉及一种气体探测系统，具体是一种基于多旋翼无人机平台的有毒有害气体探测系统。

背景技术：

近年来我国的多次重大突发事件，如2015年4月“古雷PX项目爆炸”、2015年8月“天津港危化品爆炸”等灾害，由于现场诸如道路不通、因现场混乱造成交通堵塞、因环境污染使得救援人员无法靠近等情况，无法全面、快速、准确、高效地获取应急现场信息，存在应急救援监测监控中的“最后1公里”、“最后10公里”瓶颈问题。在环境污染偷排偷放方面，存在取证难、取证不及时等问题。

此外，由于石油化工企业因其特殊生产工业环境限制，如有些工业环境区域内不允许或不方便布线、供电等因素，给安全生产事故预防及救援造成困难。一旦发生危化品事故，如有毒气体泄漏、装置泄漏事故以及危化品引起的火灾爆炸事故等，人们多数是根据经验做出应急响应指令的，采取的应急监测手段也是基于地面监测，人工布点测量效率低，缺乏对事故现场有毒有害气体浓度的实时立体监测。

目前，无人机用于有毒有害气体应急监测领域主要通过固定翼或单旋翼无人机搭载有毒有害气体探测装置，前者不能固定悬停测量某一位置区域不同时刻的气体浓度，后者搭载的有毒有害气体探测装置重量、尺寸大且价格昂贵。多旋翼无人机因其具有固定悬停、起飞场地要求低、携带方便等优点而广泛应用于应急监测领域。通过搭载有毒有害气体探测系统，多旋翼无人机可满足突发事件现场有毒有害气体应急监测以及环境污染偷排偷放取证等需求。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于多旋翼无人机平台的有毒有害气体探测系统，能够实时监测不同空间位置有毒有害气体浓度。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

基于多旋翼无人机平台的有毒有害气体探测系统，包括飞行器端和地面控制端，所述飞行器端包括飞行器主控制模块、机载有毒有害气体探测模块、机载GPS定位仪、定高气压计、高清摄像机以及机载无线通信模块；

所述飞行器主控制模块，用于控制多旋翼无人机的飞行路径以及机载有毒有害气体探测模块、高清摄像机、机载GPS定位仪和定高气压计的工作状态；

所述机载有毒有害气体探测模块，用于完成目标区域有毒有害气体的探测，采集目标区域的气体种类和相应浓度数据，经机载无线通信模块输出到地面控制端；

所述机载GPS定位仪，用于实时采集多旋翼无人机的地理位置数据，经机载无线通信模块输出到地面控制端；

所述定高气压计，用于实时采集多旋翼无人机的高度定位数据，经机载无线通信模块输出到地面控制端；

高清摄像机，用于实时采集多旋翼无人机的航拍视频以及目标区域的视频图像，经机载无线通信模块输出到地面控制端；

所述地面控制端包括地面无线通信模块、地面主控制模块、数据分析融合模块、显示模块以及数据上传模块；

所述地面主控制模块，根据工作人员的操作，输出相应的控制指令，经地面无线通信模块输出到飞行器端，控制多旋翼无人机的飞行路径以及机载有毒有害气体探测模块、高清摄像机、机载GPS定位仪和定高气压计的工作状态；

所述数据分析融合模块，用于接收机载气体探测模块采集到的气体种类和相应浓度数据、机载GPS定位仪采集的地理位置数据以及定高气压计采集的高度定位数据，并将接收的数据进行融合，得到气体浓度与空间位置相对应的关系数据，输出到显示模块进行显示，并经数据上传模块输出到远程监控中心和云服务终端；

所述显示模块，用于接收和显示飞行器端输出的视频图像以及数据分析融合模块输出的气体浓度与空间位置对应关系数据，并基于地理信息系统GIS显示目标区域具体坐标位置及检测结果；

所述数据存储模块，用于存储飞行器端输出的视频图像以及数据分析融合模块输出的气体浓度与空间位置对应关系数据。

进一步地，所述机载有毒有害气体探测模块采用串联方式将HCl传感器、NO₂传感器、NO传感器、SO₂传感器、H₂S传感器、CH₄传感器、CO传感器以及PID传感器多种气体传感器通过泵吸式采样泵连接在一起。

本发明的有益效果：

本发明通过搭载在多旋翼无人机上的有毒有害气体探测模块完成目标区域有毒有害气体的探测，通过高清摄像机采集目标区域的实时视频图像，通过机载GPS定位仪和定高气压计采集目标区域的空间位置，并对所有采集数据进行分析融合，一方面可以为突发事件现场应急处置人员提供安全数据，另一方面可以为环境污染偷排偷放执法取证提供佐证材料，同时满足突发事件现场有毒有害气体应急监测以及环境污染偷排偷放取证等需求。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

图1是本发明的系统示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种基于多旋翼无人机平台的有毒有害气体探测系统，包括飞行器端以及与飞行器端无线通信连接的地面控制端。

飞行器端包括安装在多旋翼无人机上的飞行器主控制模块、机载有毒有害气体探测模块、机载GPS定位仪、定高气压计、高清摄像机以及机载无线通信模块。

飞行器主控制模块，用于控制多旋翼无人机的飞行路径以及机载有毒有害气体探测模块、高清摄像机、机载GPS定位仪和定高气压计的工作状态。

机载有毒有害气体探测模块，采用串联方式将HCl传感器、NO₂传感器、NO传感器、SO₂传感器、H₂S传感器、CH₄传感器、CO传感器以及PID传感器等多种气体传感器通过泵吸式采样泵连接在一起，通过搭载在多旋翼无人机上，完成目标区域有毒有害气体的探测，采集目标区域的气体种类和相应浓度数据，经机载无线通信模块输出到地面控制端。

机载GPS定位仪，用于实时采集多旋翼无人机的地理位置数据，经机载无线通信模块输出到地面控制端。

定高气压计，用于实时采集多旋翼无人机的高度定位数据，经机载无线通信模块输出到地面控制端。

高清摄像机，用于实时采集多旋翼无人机的航拍视频以及目标区域的视频图像，经机载无线通信模块输出到地面控制端。

机载无线通信模块，采用3G/4G或微波传输方式无线连接地面控制端，实现飞行器端与地面控制端间的无线数据传输。

地面控制端包括安装在地面站内的地面无线通信模块、地面主控制模块、数据分析融合模块、显示模块以及数据上传模块。

地面无线通信模块，采用3G/4G或微波传输方式无线连接飞行器端，实现飞行器端与地面控制端间的无线数据传输。

地面主控制模块，根据工作人员的操作，输出相应的控制指令，经地面无线通信模块输出到飞行器端，控制多旋翼无人机的飞行路径以及机载有毒有害气体探测模块、高清摄像机、机载GPS定位仪和定高气压计的工作状态。

数据分析融合模块，用于接收机载气体探测模块采集到的气体种类和相应浓度数据、机载GPS定位仪采集的地理位置数据以及定高气压计采集的高度定位数据，并将接收的数据进行融合，得到气体浓度与空间位置相对应的关系数据，即空中某一具体位置处的不同气体实时浓度值以及空中不同位置处同一气体实时浓度值，输出到显示模块进行显示，并经数据上传模块输出到远程监控中心和云服务终端。

显示模块，用于接收和显示飞行器端输出的视频图像以及数据分析融合模块输出的气体浓度与空间位置对应关系数据，并基于地理信息系统GIS显示目标区域具体坐标位置及检测结果。

数据存储模块，用于存储飞行器端输出的视频图像以及数据分析融合模块输出的气体浓度与空间位置对应关系数据。

数据上传模块，用于将飞行器端输出的视频图像以及数据分析融合模块输出的气体浓度与空间位置对应关系数据上传到远程监控中心和云服务终端。

本发明的工作方式：

1、突发事件发生时，多旋翼无人机挂载高清摄像机和机载有毒有害气体探测模块两套任务系统，在事故现场进行起飞，通过无线通信进行地面控制端操作空中飞行器端的飞行路径，飞行器端将高清摄像机拍摄的实时视频图像传至地面控制端，判断多旋翼无人机是否处于目标区域上空；同时通过地面控制端进行控制操作，开启机载有毒有害气体探测模块，此时，地面控制端接收机载有毒有害气体探测模块采集的气体种类、浓度等数据以及机载GPS和定高气压计采集的地理位置和高度定位数据，通过地面端数据分析融合模块将这几类数据进行融合，得到气体浓度与空间位置相对应的关系数据，即空中某一具体位置处的不同气体实时浓度值以及空中不同位置处同一气体实时浓度值，地面控制端将数据通过云服务端在线反馈给前方应急处置人员，提供安全数据，给予安全预警，保障人员安全。

2、针对地面取证难、取证不及时的偷排偷放等环境污染问题，多旋翼无人机挂载高清摄像机和机载有毒有害气体探测模块两套任务系统，在事故现场进行起飞，通过地面控制端进行控制操作，开启机载有毒有害气体探测模块，飞行器端将高清摄像机拍摄的实时视频图像以及机载有毒有害气体探测模块采集的气体种类、浓度等数据传至地面控制端，通过该视频图像以及实时气体浓度值是否显著升高来判定多旋翼无人机是否抵达目标区域；确定抵达目标区域后，通过地面控制端操作高清摄像机进行高清图像拍照，并与实时气体浓度值、地理位置和高度定位数据进行融合，最终得到污染现场的偷排偷放佐证数据，为环境执法提供佐证依据。

本发明通过搭载在多旋翼无人机上的有毒有害气体探测模块完成目标区域有毒有害气体的探测，通过高清摄像机采集目标区域的实时视频图像，通过机载GPS定位仪和定高气压计采集目标区域的空间位置，并对所有采集数据进行分析融合，一方面可以为突发事件现场应急处置人员提供安全数据，另一方面可以为环境污染偷排偷放执法取证提供佐证材料，同时满足突发事件现场有毒有害气体应急监测以及环境污染偷排偷放取证等需求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。