無人機在大氣環境監管中的應用分析

劉占波

(無棣縣職業中等專業學校，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，同時大氣每一個因素的改變都會影響生物的正常生活。由于科技的發展，人類排放出各種不同的有害氣體，這些氣體會引起氣候的變化，例如酸雨，同時大氣也在發生緩慢的變化。如果沒有正確的舉措去遏制這樣的發展趨勢就會導致大氣環境被破壞，地球所有生物只能趨于滅亡。目前使用比較廣泛的大氣監測手段大多是在地面完成的，這樣的方法不能全面地反應大氣的變化。但是無人機能夠到達人們需要觀測的區域并且能夠迅速地統計人們所需要的數據。

1 無人機在大氣環境監測中的應用

1.1 可見光相機

現在我國很多企業在進行大氣環境檢測時采用的無人機一般都是無人機和可見光設備的結合，這種方式的適用范圍非常廣泛，并且具有比較優良的拍攝效果。部分環境監測部門甚至會購買多架無人機，根據環境需要進行內部員工培訓，并且讓他們每1個人操作1臺無人機最后形成1個專門的無人機隊伍。

大家都知道現代的拍攝技術非常發達，每1個相機都可以進行自動對焦，拍攝技術的發展提供給了環境監測新的發展空間。新式的可見光相機可以根據環境的需要進行直接拍照或者錄制相關視頻。可見光相機對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準確的信息。但是目前可見光相機還是存在有一定的局限性，它們往往受天氣影響比較大，尤其是一些污染強度比較低的地區，因為污染物濃度低所以拍攝難度大。常規的可見光載荷只能夠對環保工作有簡單的作用，所以環境監測人員對其的使用程度較低，不能夠有效使用，甚至最后變為一件道具。

1.2 紅外成像儀

紅外成像儀的出現滿足了生活中檢查工作的需要，在電能檢測方面的應用程度較廣。將紅外成像儀運用在環境保護方面時，可以將相關設備放置無人機上，確保環境監測能夠在白天或者晚上順利進行。同時，無人的熱成像儀擁有熱源可視化以及溫度測量等功能，使得在夜間進行監測時，能夠及時發現排污源頭的所在區域和不同工廠的污染情況，進行夜間拍攝，使得相關的高污染企業在沒有確鑿證據時也可以被追查到。紅外成像中的熱像儀受到的環境因素影響巨大，而且相關企業在構建模型時，存在較多的問題。因為不同種類的企業的熱分布形式不同，排放溫度與排放量沒有較大的聯系，進而導致模型的構建比較困難，使得環境監測的需求不能滿足。

2 應用方法確定

2.1 無人機機型的選擇

無人機一般可以分為固定機翼型和旋轉機翼型，這兩種無人機各有各的優點。一般而言固定翼型能夠裝載許多傳感器，因為機翼固定所以抗風能力比較強而且飛行時間比較長，所以被廣泛應用于污染區域檢測，但是它起飛環境比較嚴苛且不能長時間懸浮。而旋翼型的無人機主要是通過內部的機器進而隨時改變螺旋槳的旋轉速度，雖然其質量比較大但是因為轉速能隨時改變所以能夠進行懸浮監控的工作，而且它能夠根據人們的需求自由飛升任意高度。所以在進行大氣監測時一般都選擇旋翼型的無人機，是因為它產生的噪音比較小且容易攜帶所以它對起飛環境沒有太多要求。

2.2 大氣監測設備選擇

傳統的大氣檢測設備一般都是設置在地面上的，操作工序比較復雜，且所測量的數據信息不全面，工作人員很難根據測繪內容判斷具體區域。因此相關部門考慮將大氣監測設備設置在無人機上，而旋翼型無人機能夠根據技術人員調節進行自主升空和懸浮監控。同時它能夠勘測出大氣環境中的各種有害氣體，包括氨、二氧化硫、一氧化碳、氟化物。而且無人機能夠將勘測到的數據和地理位置進行保存，并將數據進行遠程分享，有利于相關檢測部門統計全面的信息。

2.3 采用數據模擬確定應用方案

雖然旋翼型的無人機能夠輕松地改變螺旋槳的轉速，但是大氣環境存在一定的不穩定因素，而風速，氣壓等條件的變化也會造成最終數據測繪的不準確。所以在進行大氣監測前需要進行一系列的數據模擬實驗以保障無人機的安全飛行。

1)幾何模型的建立。無人機的機翼和螺旋槳的選擇其實并非完全統一的，針對不同的地區和天氣情況需要酌情進行改變。所以前期在實驗過程中工作者可以先利用3D打印技術構造幾何模型，并且確定葉片最佳質量和狀態，進而專門定制適合大氣監測設備安裝的無人機機型。

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

3 大氣監測實驗

在進行最終的大氣監測時應該先根據具體情況開展大氣監測實驗，一方面能夠保證測量數據的正確性，另一方面的可以確定最終的檢測范圍。在進行實驗時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，并且在無人機測繪過程中設置地面監測裝備，以進行最終數據的比較。

3.1 室外作業

一般無人機的飛行高度是有限的，并且搭載了檢測設備，所以在進行室外作業時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處進行檢測，并且根據檢測數據繪制出詳細的圖表。同時在檢測過程中，無人機停留的時間應該是一致的，這樣能夠提高數據統計的準確性。

3.2 數據處理分析

在數據測量結束后，應該將無人機勘測到的數據和地面裝置檢測的數據進行比較，兩者如果之間差距不是特別大的話就能夠確定無人機檢測的方式是可行的。同時根據檢測到的數據，工作人員能夠了解有害氣體擴散的程度并且判斷產生的氣體對大氣的污染情況。根據這樣的方式，工作人員可以進行快速工廠污染廢氣的檢測，避免產生過多污染區域。

4 存在問題及改進方向

雖然無人機檢測的方式比較方便而且數據記錄比較快捷，但是其仍然存在一定的問題。例如無人機的飛行高度是有限的，工作人員也只能夠根據檢測數據進而判斷大氣污染情況。同時無人機在飛行過程中螺旋槳旋轉容易產生氣流，對最終的檢測容易產生影響。而現在城市房屋建筑比較高，影響了無人機的飛行路線，所以針對這些問題，技術人員仍然要不斷的完善。例如可以在無人機上運用拍攝技術，將無人機的途徑區域清晰地記錄下來，這樣可以方便工作人員的判斷。同時相關研發人員也需要對大氣監測設備進行完善，例如可以減輕其質量和面積進而能夠提高測量數據的準確性。

5 結語

大氣環境的情況是我們每個人都應該關注的話題，對于一些污染比較嚴重的區域我們應該采取正確的方法進行改善。同時大氣監測的準確性能夠幫助我們判斷污染情況，相關技術人員應該采用更加完善的技術提高無人機檢測的工作能力和數據測試的準確性。