无人机三维空气质量监测研究

张兴瑶，吴冬梅

（新疆石河子市环境监测站，新疆 石河子 832000）

前言

随着社会的发展，很多工业生产企业废气排放严重超标，导致空气质量越来越差，其中PM2.5、PM10、CO，SO2、NO2、O3、VOC有毒有害气体对人民身体健康影响非常大，可以说，现代社会发展过程中对于高水平的空气质量监测工作的需求已经非常高。随着时间的推移、国内的社会经济和科学技术都实现了快速的发展，其重要表现之一就是无人机设备的出现和应用。

1 国内无人机三维空气质量监测工作整体情况和环境情况分析

近年以来，我国的国民经济得到了快速的发展，其中传统工业、化工业等等行业做出了巨大的贡献，但是这些行业在发展过程中对于环境也产生了比较大的负面影响，尤其是这些行业的不断发展和扩张对于空气质量产生了比较大的污染。国内对于空气污染的治理工作比较重视，并且已经取得了一定的进展，但是与标准的控制质量要求还存在着一定的差距，甚至已经对人类的身体健康形成了负面影响[1]，依据公开的数据可以发现，由于大气污染的逐渐增强，导致城市地面水污染比较严重，并且呈现出逐渐恶化的趋势，由大气污染现象而导致的烟尘、酸雨污染程度加大，全国内三分之二的河流和大面积的农田被污染，从中不难看出，大气污染情况已经对国内社会实际的发展产生了比较大的影响，从宏观角度上来说这影响的是我国的核心竞争力，难以应对日益激烈的国际竞争形势。

虽然无人机技术在国内的发展水平已经比较高，但是无人机市场中却存在着参差不齐的现象，真正意义上掌控无人机飞行精准控制核心技术的企业依旧是比较少的，很多标榜无人机销售的企业，其本质上只能简单进行无人机的组装工作，并不能为无人机提供良好的技术支撑，就不用说在实际的空气质量监测工作中进行运用了[2]。另外，无人机三维空气质量监测，其本质上属于一个相对新兴的领域，环保无人机虽然出现在广大人民群众的视野当中，但是还未形成一个比较成熟的产业链，很多无人机设备在空气质量监测工作中运用的都是其自身的航拍功能，然而，无人机设备于空气质量监测工作的价值不仅仅是拍摄，简单来说，现阶段无人机三维空气质量监测工作还未能将无人机的作用和价值完全发挥出来，也就是说，无人机三维空气质量监测工作方面还具有非常大的提升空间。

2 无人机三维空气质量监测设备的构成分析

AM510颗粒物检测器——3台，单台AM510颗粒物检测器的重量大约为540 g；

2B POM™ O3检测器——2台，单台2B POM™ O3检测器的重量大约为340 g；

Langan T15n CO检测器——3台，单台Langan T15n CO 检测器的重量为400 g；

HOBO U12 温湿度传感器——2台，单台HOBO U12 温湿度传感器重量大约为46 g；

Davis 6250可移动式微型地面气象站1台；

Waspmote微型设备2套；

高光谱相机2套。

另外，为了提升无人机三维空气质量监测工作的具体效果，可以将大气样本采集便携设备 TSI DustTrak DRX进行运用[3]，以此为基础对空气质量进行化学成分的分析，进而探索不同高度的空气质量的化学成分情况。以上诸多设备都是为了在无人机飞行时采集大气参数发挥作用，因此在地面移动空气质量监测过程中也可以进行运用。在进行正式的无人机三维空气质量监测工作之前，所有使用到的监测设备都需要进行严格的校准，并且采取户外监测站及实验室测试两种方式进行设备评价。

3 无人机三维空气质量监测的具体运用

3.1 具体的采样方案设计

无人机三维空气质量监测工作于传统的空气治理监测模式和方法具有比较大的区别，因此更加需要重视不同因素对于无人机三维空气质量监测工作的影响，包含采样时间、地点、无人驾驶平台、航线、辅助监测装置等等，在确定具体的采样方案之后，需要针对突发事件、因素进行良好的处理，这就需要综合考量具体的天气情况，譬如，针对长三角地区典型城市，需要依据城市具体的形态、地理因素、气候特征以及大气污染源特征进行采样方案的设计，设计处具有良好针对性的数据和信息采集方案，具体的空间采样方案可以依据下图为主体进行相对应的设计工作；

图1 无人机三维空气质量监测的空间采样方案图

简单来说，在进行无人机三维空气质量监测的数据采样方案设计工作中，需要综合考量各个方面的因素，以此来降低无人机自身的数据采样的不稳定性，使得无人机三维空气质量监测能够获取到相对精确的空气质量数据和信息，从而为实际的空气质量提升提供坚实的基础，这也是进行无人机三维空气质量监测工作的主要原因之一，这一点需要给予足够的重视，使得无人机三维空气质量监测的数据采样方案具有科学合理的主要特点。

3.2 数据准确性和可靠性的校正

虽然无人机三维空气质量监测能够取得很好的作用和效果，但不可避免的是，无人机设备作为大气污染的空中监测工具，其可靠性比较低，并且无人机设备的空中飞行控制也是比较难的，这使得采集到的数据和信息缺少准确性检验，目前经常对无人机三维空气质量监测设备进行单一的地面校正，以此来阐明相关数据和信息的有效性，即可以围绕地面固定的空气监测站进行飞行，使得二者的高度接近统一，采集到的数据与地面监测站的数据进行对比，以此为基础进行校正。

3.3 大气污染四维时空变化规律探索

国内的大气污染具有明显的时空分布和时空变化的特征，这种特性本身就具有复杂的特点，再加上气象条件和不规律的三维城市形态的影响，会使得这种现象变得更加复杂，对于无人机三维空气质量监测工作会产生明显的影响，因此相关的工作人员和空气质量监测机构需要进行大气污染四维时空变化规律探索，从而更加准确、有效地刻画出区域大气污染的真实情况，而且进行不同时间、不同采样区、不同垂直高度上大气污染物的时空分布及变化规律的解析工作，也有利于进行后期的空气质量监测工作。

4 结论

综上所述，本文针对无人机三维空气质量监测工作的系统研究和分析，从文中阐述内容中不难看出，传统的空气质量监测工作具有较多的不足，尤其是在高空空气质量监测方面，无人机三维空气质量监测就能够很好地解决这一问题。但是在实际的操作过程中，无人机三维空气质量监测工作的影响因素比较多，在这种情况下，就需要重视具体的数据采样方案，避免其他因素产生的影响，提升无人机三维空气质量监测的效果，为空气质量预报提供更加科学和精确的数据支持，也为城市规划时环境评估提供数据支持。