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基于高光谱技术的大气环境监测系统及其监测设备

来源:赛斯拜克 发表时间:2023-08-11 浏览量:307 作者:awei

本文将详细介绍基于高光谱技术的大气环境监测系统及其监测设备。该系统利用高光谱相机获取大气环境中的光谱信息,结合先进的图像处理和数据分析技术,实现对大气环境的多参数、高精度监测。本文将介绍系统的基本组成、工作原理、技术特点、应用领域以及实际应用案例,并分析其在大气环境监测领域中的优势和前景。

SF500无人机测量系统

技术领域

本发明涉及大气环境监测技术领域,尤其涉及一种基于高光谱技术的大气环境监测系统及其监测装置。

背景技术

一般意义上的有毒有害性气体主要包括易燃、易爆性气体、有毒无机气体及易挥发性有机化合物。

 传统的空气污染监测方式需要检测人员携带采样设备包括(采样器、吸收瓶、苏玛罐等)进入企业生产厂区进行监测和采样工作,对环境监测人员而言,人身安全不能得到保障。


发明内容

 本发明的目的是为了解决现有技术中存在“传统的空气污染监测方式需要检测人员携带采样设备进入企业生产厂区进行监测和采样工作,对环境监测人员而言,人身安全不能得到保障”的缺点,而提出一种基于高光谱技术的大气环境监测系统。为了实现上述目的,


本发明采用了如下技术方案:

一种基于高光谱技术的大气环境监测系统,该系统包括:无人机、数据采集模块、数据发射模块、数据输送模块、数据接收模块、数据分析模块、数据处理模块、数据存储模块、数据输出模块;

其中所述无人机用于对某一地区的大气环境进行监测,无人机通过遥控站工作人员进行指挥巡航,并通过RTK定位模块进行及时的位置信息反馈,以便无人机发生偏航,所述无人机通过地面站与拓展设备建立连接,对无人机图传发送指定频段的扫频指令,所述拓展设备对接收的频率谱密度进行显示;


其中所述数据采集模块包括高光谱相机与气体光学传感器,其中所述高光谱相机用于短波红外波段的高质量光谱成像,利用单一光路及单一探测器,获取全部波段的高光谱数据,也可选择不同的测量波段,只获取实际需要的波段图像,所述气体光学传感器根据分子结构不同、浓度不同和能量分布的差异而有各自不同的吸收光谱,通过这种光谱测定对气体进行定性、定量分析;


 其中所述数据发射模块用于将高光谱相机与气体光学传感器采集的数据进行滤波处理,经过数据天线发送出去;其中所述数据输送模块连接在云端服务器上,用于同无人机进行数据交互;其中所述数据接收模块用于接收云端服务器所传输的数据信息,该所述数据接收模块由A/D转换单元、采集控制单元组成,所述A/D转换单元与采集控制单元相连;


其中所述数据分析模块用于分析数据接收模块发送过来的数据,对数据进行分类形成不同类型的数据指标;其中所述数据处理模块用于对数据分析模块传输过来的数据指标进行进一步处理,形成可视化的数据模型;其中所述数据存储模块用于存储数据处理模块的启动程序,根据读取的数据处理模块的信息,确定存储数据处理模块的启动程序的存储地址;其中所述数据输出模块根据处理后数据模型判定大气层环境有害气体是否处于正常值,从而评判该区域大气是否发生污染。

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优选的,该系统还包括四种数据获取模式:连续测量模式、区域测量模式、航线测量模式、启停点测量模式,系统根据高精度的INS数据,自动识别是否开始或停止测量,直接获取任务区域的数据,避免了传统设备因仅能连续测量而带来的大量无效数据,从而提高作业效率,减小数据后处理的难度。


优选的,所述RTK定位模块包括RTK基准站,遥控站工作人员通过遥控设备发射无线通信讯号,无人机可获取所述RTK基准站发送的定位差分数据确定地理位置信息。[0013] 一种应用于如上所述的一种基于高光谱技术的大气环境监测系统的监测装置,包括无人机体,所述无人机体的外侧端固定连接有多个水平杆,每个所述水平杆上均设置有旋桨机翼,多个所述旋桨机翼呈对称分布,所述无人机体上侧固定安装有飞行控制箱,所述无人机体底侧固定安装有高光谱相机,所述无人机体底侧对称设置有起落架组件,所述无人机体尾部设置有平衡装置,所述无人机体通过定位杆固定连接有气体光学传感器。


优选的,所述无人机体上还分别设置有信号接收天线和信号发射天线,所述信号接收天线与信号发射天线均分布在无人机体的尾部。

优选的,所述平衡装置包括金属定型管,所述金属定型管固定连接在无人机体的尾部,所述金属定型管远离无人机体的一端固定连接有配重块。

优选的,所述起落架组件包括竖向支撑杆与横向支撑杆,所述横向支撑杆上设置有套轴,所述套轴上套接有竖向支撑杆,所述套轴内对称固定连接有橡胶柱,所述竖向支撑杆内开设有与橡胶柱相配合的弹簧槽,所述橡胶柱与弹簧槽底壁之间固定连接有减震弹簧。

优选的,所述竖向支撑杆上设置有活塞环,所述套轴上对称开设有阻尼小孔。



与现有技术相比,本发明的有益效果是:


1、通过将高光谱相机、气体光学传感器与无人机的航测模块进行集成,两者相互配合对环境数据进行精确的采集,然后经过数据输送模块发送至云端服务器,云端服务器的数据接收模块接收数据后,进行进一步的分析处理,对每一次的所采集的数据进行备份存储,最终得出大气层环境有害气体是否处于正常值,从而评判该区域大气是否发生污染,该系统通过地面站以及遥控站工作人员进行远程操控监测,不需要检测人员携带采样设备进入企业生产厂区进行监测和采样工作,对环境监测人员而言,人身安全能得到了有效的保障。


2、通过在无人机体尾部设置配重块使其在飞行时可以有效避免机体前倾,维持重力平衡,且当无人机体在进行降落时竖向支撑杆向套轴内侧进行移动,橡胶柱向弹簧槽内部进行移动,使得橡胶柱与减震弹簧发生挤压,在两者的共同弹性作用下,从而对降落时的冲击力进行缓冲,同时活塞环向下滑动从而挤压套轴内部空气,气体急剧压缩从阻尼小孔排出,此时气体与孔壁之间产生阻尼作用,进一步的将降落时的冲击能量转换为空气摩擦热能,从而减少机体降落时所受的冲击作用。

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