专利名称：有毒有害气体应急监测无人机系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及环境应急领域，特别是指一种有毒有害气体应急监测无人机系 统。
背景技术：
无人机即无人驾驶飞机(Unmanned Aerial Vehicle)简称UAV。它自20世纪初诞 生以来，至今已有80多年历史。特别是在电子和航空技术飞速发展的推动下，无人机的发 展受到了各国的重视。近年来无人机在民用领域的应用日益得到重视，相关技术日渐成熟。民用领域无 人机主要以搭载视频传输和数字相机两类设备为主。视频传输可用于森林防护、空中巡逻、 交通监管等监控领域，其突出优点是数据传输实时高效；数码相机拍摄主要用于城镇、开发 区、厂矿、居民小区等小范围的测绘，其优点是高度低受天气影响小且精度高。此外，在科研 领域无人机作为一种低空探测的平台也被广泛使用。常见的有气象监测无人机，通过搭载 气象参数传感器飞行，实现对不同高度处气象参数的测量。目前无人机在环境领域的应用主要集中在两个方面。采用无人机对污染范围、景 观格局演化等进行大面积调查。只是对视频传输和航拍功能加以应用的一种拓展，技术相 对成熟；但采用拍摄的方法，只能通过照片和图像显示气体的污染，无法对一定区域内各个 位置的有害气体的参数进行监测并预报。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型在于提供一种有毒有害气体应急监测无人机系统，以解决 有毒有害气体突然泄漏时，无法对一定区域内各个位置的有害气体的参数进行监测并预报 的问题。为解决上述问题，本实用新型提供一种有毒有害气体应急监测无人机系统，包括 无人机、任务载荷、地面信息处理与飞控中心；所述无人机为固定翼无人机或无人直升机。所述任务载荷包括检测有毒有害气体浓度的气体检测仪；检测气象参数的气象参数监测仪；所述气体检测仪和所述气象参数监测仪将采集的数据传输至连接的机载飞行控 制器，所述机载飞行控制器将自身的飞行参数、以及所述气体浓度的数据、气象参数通过连 接的发射机发送；所述地面信息处理与飞控中心包括接收来自所述无人机数据的接收机，所述接收机连接飞行控制系统、和监测信息 处理系统；所述飞行控制系统通过接收的所述飞行参数，生成在地理信息系统GIS显示的位置坐标；所述监测信息处理系统处理所述气体浓度的数据以及气象参数，建立处理后的结 果与所述位置坐标的对应关系。进一步地，所述气体检测仪可配备的气体检测传感器包括CO传感器、H2S传感器、SO2传感器、NO2传感器、NO传感器、CI2传感器、HCN传感 器、NH3传感器、PH3传感器、CIO2传感器、HCI传感器和VOC传感器等中的至少一种传感器。进一步地，所述气象参数监测仪包括检测气温的热敏电阻、检测湿度的湿敏电容、检测气压的硅气压传感器，所述热敏 电阻、湿敏电容和硅气压传感器经过连接的测量电路生成相应的参数，所述测量电路受控 于连接的单片机。本实用新型通过气体检测仪和气象参数监测仪采集到的信号进行处理后，通过机 载飞行控制器经过发射机发送到地面的地面信息处理与飞控中心，地面信息处理与飞控中 心按照飞机的飞行参数，在GIS系统上显示相应的坐标，并显示与坐标相应的气体浓度数 据以及气象参数。从而准确的统计出各个坐标位置的气体分布情况。在突发性环境事件现场，可以实现快速大范围的监测，弥补现有环境应急监测体 系在复杂地形环境下应急监测车和人力难以到达的不足。同时，采集的气体检测数据和气 象参数监测数据通过无人机飞行控制数据链路发送给地面信息处理与飞控系统进行综合 分析，可为有毒有害气体的检测与判别、污染范围和危险区域的界定、污染物扩散的趋势判 断提供有效数据，为环境应急决策支持提供依据。
图1是实用新型的系统原理图；图2是实施例的系统结构图。
具体实施方式
为清楚说明本实用新型中的技术方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说 明。参见图1所示的系统结构原理图，无人机飞行器可采用固定翼无人机/无人直升 机。无人机的任务载荷配置有气体检测仪和气象参数监测仪，安装在飞行器上。气体检测仪可一次同时搭载多种气体检测传感器，例如搭载4种气体检测传感 器，通过气体检测传感器的灵活选用可实现对多种有毒有害气体的检测，包括CO传感器、 H2S传感器、SO2传感器、NO2传感器、NO传感器、CI2传感器、HCN传感器、NH3传感器、PH3传 感器、CIO2传感器、HCI传感器和VOC传感器等中的至少一种传感器。通过连接的气体检测 传感器，从而检测到有毒有害气体后，气体检测仪测量出这些气体的浓度，通过数据接口发 送。气象参数监测仪由气温、气压、湿度传感器、数据处理单元和发送接口组成。采用 热敏电阻测温、湿敏电容(霍尼韦尔)测湿、硅气压传感器测量气压。将采集到的测量值经 过单片机和和测量电路处理后，完成数据采集、处理，最后通过数据接口发送。[0029]下面通过实施例说明本实用新型的系统结构，参见图2所示的系统结构图，在此 实施例中，气体检测仪和气象参数监测仪分别连接机载飞行控制器，机载飞行控制器在从 接收机接收到信号后，按照信号的标识将信号转发至气体检测仪、或气象参数监测仪；将气 体检测仪、和气象参数监测仪发出的信号通过发射机发送出去。接收机和发射机均采用飞机航空通信的射频要求，通过射频信号与地面信息处理 与飞控中心的收发机无线连接。地面信息处理与飞控中心，是基于地理信息系统(GIS，Geographic Information System)平台进行开发，实现了飞行控制和监测数据处理的集成，可实基于GIS实时显示 温、压、湿和气体检测数据。从而实时显示出各个地理位置的空气浓度、以及空气中的有毒、 有害其气体的浓度等。其中，飞行控制系统用于处理飞机的飞行参数，从而实现相应的飞行 控制，并按照飞行参数获取飞行路线，将飞行路线与GIS系统对应，即在GIS系统上显示飞 机飞行的具体位置坐标，由监测信息处理系统将气体检测仪和气象参数监测仪采集的气体 浓度数据以及气象参数处理，将处理的结果与相应的位置坐标对应，从而实现在各个位置 坐标上显示飞机采集的气体浓度数据以及气象参数。下面说明本实用新型的各个部件的优选参数1、无人机飞行器(1)固定翼无人机标准任务载荷> 5kg、起降抗风能力> 5级、起飞滑跑距离
<30m、最大平飞速度150km/h、正常巡航速度110km/h、升限5000m、飞行半径70km、通信 距离(无中继)可达20km以上(无遮挡)、带最大任务载荷续航时间>2h、降落滑跑距离
<60m。(2)无人直升机最大飞行高度可达2500m，最大载荷15Kg、最大留空时间> 1. 5h。2、气体检测传感器重量< 3kg克(含电池)，电池工作时间>8小时连续工作，采样泵内置式，流速 400CC/min、温度-10 +40°C、工作湿度0% 95%相对湿度(无冷凝)。量程C0 0-500ppm、H2S 0-100ppm、SO2 0_20ppm、NO2 0_20ppm、NO 0_250ppm、 CI2 0-10ppm、HCN 0_100ppm、NH3 0_50ppm、PH30_5ppm、CIO2 0_lppm、HCL 0_10ppm、VOC lppb-10000ppm。3、气象参数监测传感器温度测量范围_90°C 50°C ；测量精度小于为0. 30C ；湿度测量范围为0 100% ； 测量精度小于为5% ；气压测量范围为500 1050hPa ；测量精度小于为0. 5hPa。通过上述的优选参数可使本实用新型的系统达到最佳的性能。本实用新型通过气体检测仪和气象参数监测仪采集到的信号进行处理后，通过机 载飞行控制器经过发射机发送到地面的地面信息处理与飞控中心，地面信息处理与飞控中 心按照飞机的飞行参数，在GIS系统上显示相应的坐标，并显示与坐标相应的气体浓度数 据以及气象参数。从而准确的统计出各个坐标位置的气体分布情况，在有毒有害气体泄漏 时提供了准确的数据，为应急指挥提供了依据。对于本实用新型各个实施例中所阐述的系统，凡在本实用新型的精神和原则之 内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种有毒有害气体应急监测无人机系统，其特征在于，包括无人机、地面信息处理与飞控中心；所述无人机包括检测并识别气体的气体检测传感器，所述气体检测传感器连接检测气体浓度的气体检测仪；检测气象参数的气象参数监测仪；所述气体检测仪和所述气象参数监测仪将采集的数据传输至连接的机载飞行控制器，所述机载飞行控制器将自身的飞行参数、以及所述气体浓度的数据、气象参数通过连接的发射机发送；所述地面信息处理与飞控中心包括接收来自所述无人机数据的接收机，所述接收机连接飞行控制系统、和监测信息处理系统；所述飞行控制系统通过接收的所述飞行参数，生成在地理信息系统GIS显示的位置坐标；所述监测信息处理系统处理所述气体浓度的数据以及气象参数，建立处理后的结果与所述位置坐标的对应关系。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气体检测传感器包括CO传感器、战S传感器、SO2传感器、NO2传感器、NO传感器、CI2传感器、HCN传感器、NH3 传感器、PH3传感器、CIO2传感器、HCI传感器和VOC传感器等中的至少一种传感器。
3.根据权利要求1所述的系统，所述气象参数监测仪包括检测气温的热敏电阻、检测湿度的湿敏电容、检测气压的硅气压传感器，所述热敏电 阻、湿敏电容和硅气压传感器经过连接的测量电路生成相应的参数，所述测量电路受控于 连接的单片机。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无人机为固定翼无人机或无人直升机。
专利摘要本实用新型公开了提供一种有毒有害气体应急监测无人机系统，包括无人机包括气体检测传感器、检测气象参数的气象参数监测仪；气体检测仪和气象参数监测仪将采集的数据传输至连接的机载飞行控制器，机载飞行控制器将自身的飞行参数、以及气体浓度的数据、气象参数通过连接的发射机发送；地面信息处理与飞控中心包括接收来自无人机数据的接收机，接收机连接飞行控制系统、和监测信息处理系统；飞行控制系统通过接收的飞行参数，生成在GIS显示的位置坐标；监测信息处理系统处理气体浓度的数据以及气象参数，建立处理后的结果与位置坐标的对应关系。可有效的检测各个位置的有毒有害气体浓度，为大气污染事件应急响应提供依据。
文档编号G01W1/02GK201707324SQ20102023515
公开日2011年1月12日 申请日期2010年6月24日 优先权日2010年6月24日
发明者刘俊, 刘锐, 姚新, 孙世友, 曹世凯, 蒋益民, 谢涛, 顾伟伟, 鹿强 申请人:中科宇图天下科技有限公司;中科宇图(北京)资源环境科学研究院