系留汽艇/无人机科学实验 | 灵嗅助力长江中游重霾区大气污染外场综合观测试验-深圳市可飞科技有限公司

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系留汽艇/无人机科学实验 | 灵嗅助力长江中游重霾区大气污染外场综合观测试验

项目背景及目的

 

       长江中游重霾区大气污染外场综合观测试验由中国气象局武汉暴雨研究所联合南京信息工程大学、中国地质大学(武汉)、江苏省气象科学研究所和长江大学农学院共同开展,由信大智能科技(江苏)有限公司作为代理合作方提供无人机相关运维服务。该外场观测试验有助于人们认识长江流域中游大气气溶胶变化成因和机理,对丰富我国不同区域大气重污染形成机制差异的科学认识,提升长江经济带大气环境改善应对决策能力及服务区域经济社会可持续发展都具有重要应用价值与战略意义。Sniffer4D灵嗅超本地大气移动监测系统作为本次观测试验的主要探测设备之一,在试验数据的采集和分析中发挥了重要作用。

 

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中国气象局武汉暴雨研究所咸宁试验基地

 

 

项目简介及进展

 

       据中国气象局武汉暴雨研究所介绍,项目已于2019年1月16日完成了为期20天的首轮观测试验,目前正在进行第二轮观测试验,将从2019年5月20日一直持续到2019年6月10日。试验期间,科研人员在分别位于湖北咸宁、荆州、襄阳的三个观测场进行每日8次的同步加密探测。试验采用无人机和系留气艇(氦气),搭载灵嗅、气象传感器、黑炭仪等观测仪器。科研人员克服了恶劣天气、GPS搜星异常、飞行过程中设备数据采集不稳定等困难,扫描出大气边界层1500米高度内的二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、臭氧、黑炭和不同粒径气溶胶的浓度廓线,以及风速、风向、温度、湿度、气压等气象要素的垂直廓线。

 

 

选择灵嗅的原因

 

       武汉暴雨研究所表示,选择灵嗅作为此次观测试验主要监测设备之一的原因包括:

  • 小型轻量化:灵嗅的轻量化设计(500-600g)使其可以轻易地搭载在小型无人机和系留气艇上,并且对无人机的留空时长影响较小;

  • 三维坐标标记:灵嗅会为每一组监测数据(1Hz)标记经纬度(通过GPS)以及相对高度(通过气压计),能帮助研究人员便捷地扫描出目标污染物与颗粒物的浓度廓线;

  • 可灵活组合:灵嗅可以同时监测最多9种污染物与颗粒物项目,并且可根据使用场景的需要灵活组合,可以满足探测目标多样化的要求;

  • 数据完整:在使用无线数据传输时,支持数据断点续传,在高空数据链路中断时的监测数据不会丢失,并且会在无线连接重新建立后自动追回;同时,灵嗅机上配备的SD卡数据备份模块也会同时记录监测数据;灵嗅的无线数据断点续传+本地数据备份可以最大程度上保证任务数据的完整性;

  • 数据质量可量化:客观上来讲,采用传感器法的小型、低成本监测设备目前在数据准确性方面与科学级别监测设备存在较大差距;但在本项目中利用重量重、体积大、价格昂贵的科学级别监测设备获取高空数据可操作性不强;灵嗅研发团队提供的《长期监测数据相关性比对结果》、华南国家计量测试中心为灵嗅出具的《校准证书》等材料,为量化采集数据的可信程度提供了一定的依据。

相关性测试

 

灵嗅与超级监测站长期(2个月,宽温湿范围)监测数据相关性比对结果

 

 

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灵嗅校准证书uu彩票

 

 

如何应用灵嗅

 

       试验开始前,科研人员首先将灵嗅等探测设备搭载在无人机旋翼平面的上方及系留气艇的网兜里,正确连接好所有的设备配件及连接线后,开启灵嗅进行预热(强制预热时间为5分钟,为了满足科研项目对数据质量的要求,建议预热10-20分钟),预热完成后检查GPS、SD卡备份等指示灯均显示正常后,科研人员通过操纵无人机飞行及放飞系留气艇的方式做垂直扫描。建议采用0.5~1m/s的上升/下降速度进行垂直扫描,尽可能规避气压过快变化对电化学传感器造成的影响。

 

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灵嗅+无人机大气移动监测系统

 

 

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科研人员操纵无人机采集数据

 

 

徐博士

 

科研人员对系留气艇(氦气)探测系统做调试工作

 

 

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系留气艇探测系统试验正式开始

 

 

       试验过程中,通过灵嗅配备的数据可视化分析软件——Sniffer4D Mapper 可实时生成三维点云污染物浓度分布热力图,并且还可实时显示二维网格空气污染分布热力图、二维等值线空气污染分布热力图及气体检测仪的工作状态等等,为观测试验提供实时、直观的数据情况。为防止通信中断等因素导致的数据丢失情况的发生,试验采用的是数传传输接收数据和SD卡数据备份双保险的形式。

 

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Sniffer4D Mapper软件中实时绘制的臭氧三维点云分布热力图(由无人机垂直升降监测)

 

 

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系留气艇探测系统臭氧三维点云分布热力图

 

 

       采集任务结束后,在软件中加载本地保存的任务数据文件,在“任务栏-输出”板块选择“导出数据表格(CSV)”,表格中涵盖有海拔高度、经纬度、温湿度、气压及各种探测目标气体的浓度等数据。通过对表格的数据进行分析处理,得到目标气体的浓度廓线,为整个项目提供强有力的数据及结果分析支撑。

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软件任务栏导出数据表格(CSV)示意图

 

 

以下为某次试验任务数据文件导出的数据表格截图:

 

数据表格

 

数据表格(CSV)

 

 

以下为通过对某次试验的数据表格进行简单分析所生成的O3、SO2及NO2的浓度廓线图:

 

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两种搭载方式的优劣对比 

 
 
 

优势

劣势

无人机载

探测系统

更加现代化,机动性能良好,自动化程度更高;

 

定点能力更强,能够精确到具体的海拔高度和经纬度;

 

能为灵嗅提供良好的搭载环境,试验过程中灵嗅的硬件设备晃动较少,对其起到良好的保护作用。

对试验操作人员有一定的要求限制,需要其有专业的飞手执照;

 

 因无人机续航能力的原因,试验过程中很难将速度降低至建议采用的扫描速度范围内,可能致使灵嗅的数据质量降低。

 

系留气艇载探测系统

更加传统经济,操作要求相比无人机载来说较低;

 

能够将速度降低至建议采用的扫描速度范围内,使得灵嗅采集的数据质量可靠性更高。

 

为灵嗅提供的搭载环境一般,试验过程中的网兜的摇晃和设备间的碰撞对设备的使用寿命和GPS搜星情况有所影响;

 

试验能否进行受天气的影响较大。以本次探测试验中使用的系留气艇为例,要求地表风速在4m/s以内,高空风速不能超过6m/s。

 

 

以客户为中心

 

       灵嗅目前已在多个国家及国内多个省份的不同行业内投入使用。为了给客户更好的使用体验,灵嗅的研发团队也在持续更新信号处理算法、嵌入式软件与数据分析软件;除此之外,针对某些科研项目团队的特殊需求,我们也会定制开发特定功能版的灵嗅,帮助其解决实际问题。

 

2019年9月19日 21:41
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