专利名称：污染气体无人机监测系统的制作方法
技术领域：
本发明属于气体监测技术领域，尤其是一种污染气体无人机监测系统。
背景技术：
环保部门在对污染气体的监测过程中，存在以下一些问题1、由于传统采样方式的运输样品耗费时间较长，同时也没有GPS定位数据功能，因此，不能准确确定气体监测点位置，不能对监测区域进行快速的、大面积的宏观的气体监测；2、传统采样不能快速地对同一地区进行多种高度、多种气体的采样。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够准确确定气体监测点位置并能够对监测区域不同高度空气中的有毒有害气体进行监测的污染气体无人机监测系统。本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的一种污染气体无人机监测系统，包括安装在无人机上的数据采集控制模块、气体检测设备、机载GPS、存储器、机上无线传输模块以及安装在地面上的工作站、地面无线传输模块，所述的数据采集控制模块通过A/D接口与气体检测设备相连接，用于采集空气中的气体数据，该数据采集控制模块与机载GPS相连接用于与采集气体数据的同时，同步采集位置信息；数据采集控制模块与存储器相连接用于存储各种气体数据和GPS数据；数据采集控制模块与机上无线传输模块相连接，该机上无线传输模块通过2. 4G无线通信网与地面无线传输模块相连接实现无线数据传输功能；地面工作站与地面无线传输模块相连接用于接收无人机上传输GPS数据和气体检测数据并进行分析处理。而且,所述的气体检测设备为硫化氢/ 一氧化氮二合一传感器、一氧化氮传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器和氨气传感器中的一种或多种。而且，所述的气体检测设备为氧气传感器、氢气传感器、氯气传感器、氰化氢传感器、氯化氢传感器、二氧化氯传感器、磷化氢传感器和二氧化碳传感器中的一种或多种。而且，所述的气体检测设备中包括的传感器种类最多为五种。而且，所述的数据采集控制模块通过RS232接口与机载GPS相连接；所述的数据采集控制模块通过SPI接口与存储器相连接；所述的数据采集控制模块通过SPI接口与机上无线传输模块相连接，所述的地面工作站通过RS232接口与地面无线传输模块相连接。而且，所述的数据采集控制模块采用ATMEGA16单片机，所述的存储器采用的是SD存储卡，机上无线传输模块和地面无线传输模块均采用CRM2400ANC无线传输芯片。 本发明的优点和积极效果是本发明在无人机上安装机载气体监测设备可以实时采集不同点位、不同气体浓度的GPS数据和气体数据并通过2. 4G无线传输网络发送到地面工作站上，地面工作站通过数据处理分析得到无人机所飞区域的多个高度平面的不同气体浓度，实现了对环保监测区域的快速、全面、准确的监测功能，提高了监测的效率和监测的实时性和直观性。
图I是本发明的系统连接示意图；图2是本发明的无人机上的气体监测部分连接示意图；图3是本发明的地面上的工作站部分连接示意图；图4是本发明的工作流程图；图5是本发明的地面工作站处理后的分析结果示意图，其中图5 Ca)为第一测区150m高度CO浓度专题图，图5 (b)为第一测区250m高度CO浓度专题图，图5 (c)为第一测区350m高度CO浓度专题图，图5 (d)是第一测区150m、250m、350m高度及地面验证CO
浓度三维示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明做进一步详述。一种污染气体无人机监测系统，如图I所示，包括安装在无人机上的数据采集控制模块、气体检测设备、机载GPS、存储器、机上无线传输模块以及安装在地面上的工作站、地面无线传输模块，机上无线传输模块与地面传输模块通过2. 4G无线通信网相连接。下面对机上部分和地面部分分别进行说明污染气体无人机监测系统的机上部分，如图2所示，数据采集控制模块通过A/D接口与气体检测设备相连接，该气体检测设备包括硫化氢/ 一氧化氮传感器(二合一)、一氧化氮传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器和氨气传感器，能够对空气中的一氧化碳、硫化氢、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫和氨气等气体成分及浓度进行采集，上述传感器根据实际需求更换为氧气传感器、氢气传感器、氯气传感器、氰化氢传感器、氯化氢传感器、二氧化氯传感器、磷化氢传感器和二氧化碳传感器中的一种或多种(最多五种)。数据采集控制模块通过RS232接口与机载GPS相连接采集位置信息；数据采集控制模块通过SPI接口与存储器相连接，用于存储各种气体传感器采集的数据和GPS数据；数据采集控制模块通过SPI接口与机上无线传输模块相连接，该机上无线传输模块通过2. 4G无线通信网与地面无线传输模块相连接实现无线数据传输功能。在本实施例中，数据采集控制模块采用ATMEGA16单片机，存储器采用的是SD存储卡，机上无线传输模块采用CRM2400ANC无线传输芯片，其采用完全透明的传输协议，应用在短距离无线传输中具有较高的性价比。污染气体无人机监测系统的地面部分，如图3所示，包括地面工作站和地面无线传输模块，该地面无线传输模块采用CRM2400ANC无线传输芯片，地面工作站通过RS232接口与地面无线传输模块相连接，用于接收无人机上传输过来的同一时刻的GPS数据和气体检测数据，地面工作站同时对GPS数据和气体检测数据进行数据分析处理，得到目标区域遥感影像上的不同监测气体、不同高度的分布模型专题图以及与地面验证的三维示意图，如图5所示，其中图5 (a)、5 (b)、5 (c)分别为第一测区150m高度CO浓度专题图、第一测区250m高度CO浓度专题图、第一测区350m高度CO浓度专题图，图5(d)是第一测区150m、250m、350m高度及地面验证CO浓度三维示意图。如图4所示，本系统的工作过程为在无人机进入飞行航线后，控制设备判断无人机所在的位置和飞行高度，当无人机进入指定监测区域后置开始记录数据，所记录的数据由设备中的各种传感器，即硫化氢/ 一氧化氮传感器(二合一)、一氧化氮传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器和氨气传感器提供。通过数据采集控制模块统一控制GPS和各个气体传感器的记录时间，每秒同步采集一个GPS数据和当前各种气体浓度的瞬时值，并将数据记录在机载的存储器中。同时，数据通过无线传输模块通过无线传输网络传到地面工作站，地面站可以实时收到设备传回的数据。地面工作站利用软件将接收到的数据进行数据反演，结合遥感底图最后分析出监测区域的监测气体浓度分布图。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式
中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
权利要求
1.一种污染气体无人机监测系统，其特征在于包括安装在无人机上的数据采集控制模块、气体检测设备、机载GPS、存储器、机上无线传输模块以及安装在地面上的工作站、地面无线传输模块，所述的数据采集控制模块通过A/D接口与气体检测设备相连接，用于采集空气中的气体数据，该数据采集控制模块与机载GPS相连接用于与采集气体数据的同时，同步采集位置信息；数据采集控制模块与存储器相连接用于存储各种气体数据和GPS数据；数据采集控制模块与机上无线传输模块相连接，该机上无线传输模块通过2. 4G无线通信网与地面无线传输模块相连接实现无线数据传输功能；地面工作站与地面无线传输模块相连接用于接收无人机上传输GPS数据和气体检测数据并进行分析处理。
2.根据权利要求I所述的污染气体无人机监测系统，其特征在于所述的气体检测设备为硫化氢/ 一氧化氮二合一传感器、一氧化氮传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器和氨气传感器中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的污染气体无人机监测系统，其特征在于所述的气体检测设备为氧气传感器、氢气传感器、氯气传感器、氰化氢传感器、氯化氢传感器、二氧化氯传感器、磷化氢传感器和二氧化碳传感器中的一种或多种。
4.根据权利要求2或3所述的污染气体无人机监测系统，其特征在于所述的气体检测设备中包括的传感器种类最多为五种。
5.根据权利要求I至3任一项所述的污染气体无人机监测系统，其特征在于所述的数据采集控制模块通过RS232接口与机载GPS相连接；所述的数据采集控制模块通过SPI接口与存储器相连接；所述的数据采集控制模块通过SPI接口与机上无线传输模块相连接，所述的地面工作站通过RS232接口与地面无线传输模块相连接。
6.根据权利要求I至3任一项所述的污染气体无人机监测系统，其特征在于所述的数据采集控制模块采用ATMEGA16单片机，所述的存储器采用的是SD存储卡，机上无线传输模块和地面无线传输模块均采用CRM2400ANC无线传输芯片。
全文摘要
本发明涉及一种污染气体无人机监测系统，其技术特点是包括安装在无人机上的数据采集控制模块、气体检测设备、机载GPS、存储器、机上无线传输模块以及安装在地面上的工作站、地面无线传输模块，所述的数据采集控制模块分别与气体检测设备相连接、机载GPS相连接、存储器、机上无线传输模块相连接，该机上无线传输模块通过2.4G无线通信网与地面无线传输模块相连接实现无线数据传输功能；地面工作站与地面无线传输模块相连接用于接收无人机上传输GPS数据和气体检测数据并进行分析处理。本发明设计合理，实现了对环保监测区域的快速、全面、准确的监测功能，提高了监测的效率和监测的实时性和直观性。
文档编号G08C17/02GK102980977SQ20121052804
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者王桥, 王晋年, 杨海军, 杨一鹏, 李儒 , 张立福, 洪运福, 张晓红, 孟琳, 聂忆黄, 田志, 颜培胜 申请人:环境保护部卫星环境应用中心, 天津中科遥感信息技术有限公司, 中国科学院遥感应用研究所