劉占波

(無棣縣職業(yè)中等專業(yè)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(fā)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(fā)生緩慢的變化。如果沒有正確的舉措去遏制這樣的發(fā)展趨勢就會導致大氣環(huán)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(jiān)測手段大多是在地面完成的，這樣的方法不能全面地反應(yīng)大氣的變化。但是無人機能夠到達人們需要觀測的區(qū)域并且能夠迅速地統(tǒng)計人們所需要的數(shù)據(jù)。

1 無人機在大氣環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

1.1 可見光相機

現(xiàn)在我國很多企業(yè)在進行大氣環(huán)境檢測時采用的無人機一般都是無人機和可見光設(shè)備的結(jié)合，這種方式的適用范圍非常廣泛，并且具有比較優(yōu)良的拍攝效果。部分環(huán)境監(jiān)測部門甚至會購買多架無人機，根據(jù)環(huán)境需要進行內(nèi)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(xiàn)代的拍攝技術(shù)非常發(fā)達，每1個相機都可以進行自動對焦，拍攝技術(shù)的發(fā)展提供給了環(huán)境監(jiān)測新的發(fā)展空間。新式的可見光相機可以根據(jù)環(huán)境的需要進行直接拍照或者錄制相關(guān)視頻?？梢姽庀鄼C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(qū)，因為污染物濃度低所以拍攝難度大。常規(guī)的可見光載荷只能夠?qū)Νh(huán)保工作有簡單的作用，所以環(huán)境監(jiān)測人員對其的使用程度較低，不能夠有效使用，甚至最后變?yōu)橐患谰摺?/p>

1.2 紅外成像儀

紅外成像儀的出現(xiàn)滿足了生活中檢查工作的需要，在電能檢測方面的應(yīng)用程度較廣。將紅外成像儀運用在環(huán)境保護方面時，可以將相關(guān)設(shè)備放置無人機上，確保環(huán)境監(jiān)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(jiān)測時，能夠及時發(fā)現(xiàn)排污源頭的所在區(qū)域和不同工廠的污染情況，進行夜間拍攝，使得相關(guān)的高污染企業(yè)在沒有確鑿證據(jù)時也可以被追查到。紅外成像中的熱像儀受到的環(huán)境因素影響巨大，而且相關(guān)企業(yè)在構(gòu)建模型時，存在較多的問題。因為不同種類的企業(yè)的熱分布形式不同，排放溫度與排放量沒有較大的聯(lián)系，進而導致模型的構(gòu)建比較困難，使得環(huán)境監(jiān)測的需求不能滿足。

2 應(yīng)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(zhuǎn)機翼型，這兩種無人機各有各的優(yōu)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(yīng)用于污染區(qū)域檢測，但是它起飛環(huán)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(nèi)部的機器進而隨時改變螺旋槳的旋轉(zhuǎn)速度，雖然其質(zhì)量比較大但是因為轉(zhuǎn)速能隨時改變所以能夠進行懸浮監(jiān)控的工作，而且它能夠根據(jù)人們的需求自由飛升任意高度。所以在進行大氣監(jiān)測時一般都選擇旋翼型的無人機，是因為它產(chǎn)生的噪音比較小且容易攜帶所以它對起飛環(huán)境沒有太多要求。

2.2 大氣監(jiān)測設(shè)備選擇

傳統(tǒng)的大氣檢測設(shè)備一般都是設(shè)置在地面上的，操作工序比較復(fù)雜，且所測量的數(shù)據(jù)信息不全面，工作人員很難根據(jù)測繪內(nèi)容判斷具體區(qū)域。因此相關(guān)部門考慮將大氣監(jiān)測設(shè)備設(shè)置在無人機上，而旋翼型無人機能夠根據(jù)技術(shù)人員調(diào)節(jié)進行自主升空和懸浮監(jiān)控。同時它能夠勘測出大氣環(huán)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?qū)⒖睖y到的數(shù)據(jù)和地理位置進行保存，并將數(shù)據(jù)進行遠程分享，有利于相關(guān)檢測部門統(tǒng)計全面的信息。

2.3 采用數(shù)據(jù)模擬確定應(yīng)用方案

雖然旋翼型的無人機能夠輕松地改變螺旋槳的轉(zhuǎn)速，但是大氣環(huán)境存在一定的不穩(wěn)定因素，而風速，氣壓等條件的變化也會造成最終數(shù)據(jù)測繪的不準確。所以在進行大氣監(jiān)測前需要進行一系列的數(shù)據(jù)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(tǒng)一的，針對不同的地區(qū)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(shù)構(gòu)造幾何模型，并且確定葉片最佳質(zhì)量和狀態(tài)，進而專門定制適合大氣監(jiān)測設(shè)備安裝的無人機機型。

2)利用三維N-3方程進行數(shù)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(jiān)測裝備，如果沒有將二者合理結(jié)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(jīng)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(jiān)測實驗

在進行最終的大氣監(jiān)測時應(yīng)該先根據(jù)具體情況開展大氣監(jiān)測實驗，一方面能夠保證測量數(shù)據(jù)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(shè)置地面監(jiān)測裝備，以進行最終數(shù)據(jù)的比較。

3.1 室外作業(yè)

一般無人機的飛行高度是有限的，并且搭載了檢測設(shè)備，所以在進行室外作業(yè)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(jù)檢測數(shù)據(jù)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(yīng)該是一致的，這樣能夠提高數(shù)據(jù)統(tǒng)計的準確性。

3.2 數(shù)據(jù)處理分析

在數(shù)據(jù)測量結(jié)束后，應(yīng)該將無人機勘測到的數(shù)據(jù)和地面裝置檢測的數(shù)據(jù)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(jù)檢測到的數(shù)據(jù)，工作人員能夠了解有害氣體擴散的程度并且判斷產(chǎn)生的氣體對大氣的污染情況。根據(jù)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(chǎn)生過多污染區(qū)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(shù)據(jù)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(jù)檢測數(shù)據(jù)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(zhuǎn)容易產(chǎn)生氣流，對最終的檢測容易產(chǎn)生影響。而現(xiàn)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(shù)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(shù)，將無人機的途徑區(qū)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(guān)研發(fā)人員也需要對大氣監(jiān)測設(shè)備進行完善，例如可以減輕其質(zhì)量和面積進而能夠提高測量數(shù)據(jù)的準確性。

5 結(jié)語

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