本发明涉及无人机气象探测技术领域，具体涉及一种基于无人机的模块化气象探测系统。
背景技术：
气象探测主要以探测大气各高度上的温度、湿度、气压、风向、风速为主，其他还有一些特殊项目，如大气成分、臭氧、辐射、大气电等。气象探测按照探测方法可分为目测、器测两类。器测分为直接观测和遥感观测的方式，器测方式通过将传感器直接置于大气中的方式获得大气的气象参数，比如气压、温度、湿度等信息；遥感方式通过电磁波在大气中传播的信号变化反映出大气要素的变化。大气气溶胶的是指大气与悬浮在其中的固体和液体微粒共同组成的多相体系，大气气溶胶的观测方法和手段主要包括：直接地面观测、卫星遥感和激光雷达。
中国专利申请号：201610035319.7，专利名称为：基于多旋翼无人机的气象监测系统。该专利研究一种气象检测系统，但并没有涉及模块化气象探测，有线和无线双通信技术，系留跟车技术等技术领域的研究。
技术实现要素：
本发明的目地旨在提供一种基于无人机的模块化气象探测系统，利用无人机，根据实际应用场景搭载不同的传感器进行气象探测，并提供模块化传感器选择，有线和无线的双通信方式以及使用系留跟车技术的无人机支持控制和数据处理分发平台。
本发明的技术方案如下：
一种基于无人机的模块化气象探测系统，包括无人机、模块化气象探测装置和地面系留跟踪车，所述模块化气象探测装置固定安装在无人机上，所述地面系留跟踪车与无人机进行数据传输。所述模块化气象探测装置设有气溶胶探测仪，风向风速装置，机载雷达测绘系统和其他气象参数传感器中的一种或多种。
优选的，所述无人机为多旋翼工业级无人机，包括机体、任务模块挂载云台和数据通信设备。
优选的，所述数据通信设备支持有线和无线双模式。
优选的，所述无人机设有rs485数据接口。
优选的，所述地面系留跟踪车上设有无人机的控制设备、供电设备。
优选的，所述地面系留跟踪车与无人机使用光电复合线缆进行数据传输。
优选的，所述地面系留跟踪车还设有分发传感器数据的地面站。
优选的，所述模块化气象探测系统还包括应用终端。
优选的，所述应用终端包括移动终端和网络设备
本发明相对于现有技术具有以下优点：
1、本发明基于无人机的模块化气象探测系统，通过模块化气象探测装置，能够实现多种传感器组合搭载，根据实际需求进行功能定制，包括气溶胶探测仪，风向风速装置，机载雷达测绘系统和其他专业气象参数传感器，在实现功能多样化的同时能够尽可能的节约成本。
2、本发明基于无人机的模块化气象探测系统，使用多旋翼工业级无人机作为搭载平台，最大负载达到15kg，抗恶劣环境能力强，体积小，起飞快，反应灵活。
3、本发明基于无人机的模块化气象探测系统，使用无线和有线双通信方式进行无人机和地面系留跟踪车辆通信，工作方式更灵活，通信稳定性强。
4、本发明基于无人机的模块化气象探测系统，使用系留跟车技术，能够结合地面移动环境监测车进行工作，支持环境监测的移动执法取证。
5、本发明基于无人机的模块化气象探测系统，主要针对气溶胶探测，通过无人机在一定高度对重点位置坐标周边进行全方位三维立体扫描，反演出大气气溶胶消光系数，能够进行溯源分析，追踪监测并找到排污源，结合机载摄像头进行取证。
6、本发明基于无人机的模块化气象探测系统，使用模块化搭载不同探测仪器探测不同高度的气象要素和自然现象，避免了在中低空使用一次性探空气球而造成的资源浪费和普通机载雷达时效性差造成的大气资料缺失。
附图说明
图1为本发明基于无人机的模块化气象探测系统结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的一种基于无人机的模块化气象探测系统做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明通过将体积较小，飞行路线灵活，起飞时间较短的多旋翼工业级无人机作为仪器的搭载平台，结合专业的气象探测仪器，可提供精度高于常规气象观测手段的气溶胶、风速等气象数据，且通过模块化设计使其适用范围较广，可实现对观测目标进行三维实时的全方位观测。可在一定范围内取代传统的探空气球，系留飞艇等，降低观测成本。同时可以结合地面车辆使用，进行实时环境监测的移动执法取证。
如图1所示，五要素一体气象传感器可同时测量大气温度、大气湿度、风速、风向、气压等五种主要气象要素；一体式扬尘监测传感器可监测风向、风速、温湿度、气压、光照、紫外等气象要素，还可监测pm2.5、pm10等环境要素；高清摄影摄像设备可用于执法取证；扫描激光雷达可探测立体空间区域的大气气溶胶的分布，监测烟尘的排放及分布；微脉冲雷达可探测垂直或空间气溶胶廓线、水汽/冰晶识别、云高、对流层结构、气溶胶排放源、对流层气溶胶层等。这些模块化气象探测设备通过无人机的任务载荷云台进行挂载，并统一采用rs-485数据接口与无人机平台数传模块进行数据通信和指令传输。
利用气溶胶探测装置(扫描激光雷达和微脉冲雷达)，能够采用多种散射探测技术，对大气气溶胶、沙尘和云进行探测，可以获得大气能见度、消光系数等光学特性的分布和时空演变特征。携带该仪器的无人机在一定高度对某些重点工厂单位周边进行全方位立体扫描，反演出大气气溶胶消光系数，进行追踪溯源监测定位，找到排污源，并可利用搭载的摄像装置进行取证。
其中，无人机平台通过无线和有线两种方式和地面终端进行数据传输。无线方式，有线方式的数据传输方式。
无人机平台的无线连接方式，通过无人机上装载的无线收发装置进行数据传输，能够实现更灵活的机动能力，可以对一些边远突发热点地区，如地震、泥石流等自然灾害损毁严重地区进行快速机动部署，及时测量现场气象要素值。
无人机平台的有线连接方式，借助于连接无人机平台和地面车辆的光电复合线缆进行数据传输和供电，能够借助地面端实现更强大的控制和支持设备，大大增加无人机的续航时间，适合与需要长时间监测的应用场景。
地面系留跟踪车辆包括无人机的控制设备、供电设备，以及处理和分发传感器数据的地面站，地面系留跟踪车辆能够对无人机传回的数据进行处理和分析，得到实时的气象监测结果。地面车辆可以结合地面移动环境监测车进行工作，实现环境监测的移动执法取证。
地面数据处理和分发站支持监测结果的多种分发，通过网络传输的方式，达成将信息传输到web页面，移动终端或监管部门终端，实现全方位的信息分发。
无人机的飞行参数和传感器检测参数，可以在控制终端实时观测，并且能够实时观测到无人机传回的飞行图像。
本发明基于无人机的模块化气象探测系统的工作方式灵活，流程为：根据实际场景选择并定制模块化的气象探测装置，根据监测区域位置条件和监测时间和高度选择无人机的工作方式，在无人机起飞后进行实时可视化控制和数据分析，服务于气象科学观测、灾害应急处置、企事业单位内部环境监测和环境监督执法，可以结合地面执法车辆进行实时的监督取证。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。