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原文传递基于无人机机载的气溶胶粒子垂直观测系统及采样方法

专利名称：	基于无人机机载的气溶胶粒子垂直观测系统及采样方法
摘要：	本发明公开了无人机机载的气溶胶粒子垂直观测系统及采样方法，系统包括无人机机载平台系统、无人机地面操控平台、地面数据采集处理中心系统以及地面数据采集对比系统；采样方法包括，采用四叶螺旋桨轻型无人机，携带便携激光泵式气溶胶粒子参数测量仪器、多种气象传感器和光学图像摄录装置，按照预先设定的高度和航线自动悬停驾驶飞行，可以连续测量特定目标空域的垂直大气气溶胶粒子质量浓度和数浓度，以及温度、压力、湿度等大气环境参数和光学影像资料，并将采集到的数据通过无线协议发送到地面数据采集处理中心，跟地面数据采集对比系统进行质控后完成对数据的显示，分析和处理。整个系统结构紧凑，易于控制和调节，系统稳定性高且成本低廉。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	连云港市气象局
发明人：	姚雷;颜佳任;刘瑞翔;朱毅;周红根;缪明榕;王鹏;刘子扬;邱航
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-08T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-08T00:00:00+0800
申请号：	CN201910609839.8
公开号：	CN110308023A
代理机构：	南京众联专利代理有限公司
代理人：	张伟
分类号：	G01N1/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N1
申请人地址：	222000 江苏省连云港市新浦区嬴洲路8号
主权项：	1.一种无人机机载的气溶胶粒子垂直观测系统，其特征在于：包括无人机机载平台系统、无人机地面操控平台、地面数据采集处理中心系统以及地面数据采集对比系统；所述的无人机机载平台系统用于进行精准悬停低空垂直观测，同时采集不同高度光学影像、气溶胶粒子和气象参数数据，通过近距离无线传输方式向地面数据采集处理中心系统实时传输探测数据，并将实时监控任务飞行状态数据传输至无人机地面操作平台；所述的无人机地面操控平台，用于无人机的实时操控；用于进行任务规划，输入飞行参数，所述飞行参数包含飞行区域、飞行高度和频次；用于实时接收飞行状态数据；所述的地面数据采集处理中心系统，用于各类探测数据采集分析处理，获得不同垂直高度气溶胶粒子质量浓度和数浓度数据，风、气压、温度和湿度等气象参量分布数据；将地面数据采集对比系统的数据与无人机采集的数据进行数据质控；对不同垂直高度光学影像进行图像识别处理，获得监测区域不同高度的垂直和水平方向的基于图像识别的能见度数据；所述的地面数据采集对比系统，采集同区域地面观测站、大气成分、探空仪等数据，传送至地面数据采集中心供分析对比。 2.根据权利要求1所述的无人机机载的气溶胶粒子垂直观测系统，其特征在于：所述的无人机机载平台系统包括图像摄录装置、云台、气象要素传感器、气溶胶粒子采样装置和数据传输模块。 3.根据权利要求2所述的无人机机载的气溶胶粒子垂直观测系统，其特征在于：所述图像摄录装置和云台安装在无人机机载平台系统的正下方，用于获取垂直和水平方向的基于图像识别的能见度数据；根据权利要求3所述的无人机机载的气溶胶粒子垂直观测系统，其特征在于：所述气象要素传感器包括温度、湿度、气压传感器；根据权利要求2所述的无人机机载的气溶胶粒子垂直观测系统，其特征在于：所述气溶胶粒子采样装置内置有强力抽气泵吸入气体，利用后向散射探测气溶胶粒子，其包括激光发生模块、光电检测模块、光电转换模块、流量监控模块、流量调节模块、气泵、过滤器、控制模块、接口模块、通信模块和显示模块。 4.根据权利要求2所述的无人机机载的气溶胶粒子垂直观测系统，其特征在于：所述数据传输模块用于采用无线方式向地面数据采集处理中心系统和远程服务器传输探测的数据。 5.根据权利要求1所述的无人机机载的气溶胶粒子垂直观测系统，其特征在于：所述的无人机地面操控平台包括飞行控制模块，用于控制飞机进行精准低空悬停飞行；任务规划模块，用于每次开展飞行任务前，输入飞行参数，所述飞行参数包含：飞行区域、飞行高度和频次；任务监控模块，用于飞行中通实时监控飞机工作状态；数据采集存储传输模块，用于无人机的经纬度、海拔、高度等坐标信息进行实时采集并存储到存储模块里。 6.根据权利要求3所述的无人机机载的气溶胶粒子垂直观测系统，其特征在于：所述的地面数据采集处理中心系统包括：数据接收存储模块，接收来自无人机机载平台系统传来的实时数据和地面数据采集对比系统传上来的对比分析数据；数据预处理模块，用于对接收的数据进行分类导出、规整、订正，获得时间序列和不同高度分类数据；数据质控模块，采用质控算法和基于图像识别的算法，获得质控后的时间序列和不同高度分类数据及能见度数据；数据分析模块，用于利用线性拟合方法，获得气溶胶粒子质量浓度和数浓度与高度、温度、湿度间的相关关系，用于分析不同高度气溶胶粒子质量浓度和数浓度的分布趋势及与相关气象参数之间的关系；利用基于图像识别的算法分析能见度垂直分布数据，绘制气溶胶粒子和大气能见度垂直分布曲线；与同区域地面自动站、大气成分站和探空站数据进行比对分析；数据显示模块，对数据分析模块产生的数据进行数据显示、存储、查询、生成报表。 7.根据权利要求3所述的无人机机载的气溶胶粒子垂直观测系统，其特征在于：所述的地面数据采集对比系统包括：地面气象自动站，采集同区域内的地面气象要素；大气成分站，采集近地面的大气成分参数；探空仪，负责探测垂直高度的气象要素。 8.一种机载气溶胶粒子垂直观测采样方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）、基于一次雾霾天气过程，选取采样地点和时间，做好垂直采样观测前准备；（2）、将无人机机载平台系统展开，搭载上图像摄录装置、云台、气象要素传感器、气溶胶粒子采样装置和数据传输模块，系统进入开机自检模式，通过无人机地面操控平台确定飞行系统状态正常；（3）、进行静态通电调试，校准图像摄录装置的位置、气象要素传感器和气溶胶粒子采样装置；（4）、通过无人机地面操控平台规划划线和飞行高度，设航线逐层垂直上升，在50 m、100m、150 m、200 m、250 m、300 m、350 m、400m、450m、500m十个高度层悬停进行数据采集，当该高度层执行完毕，爬升50 m 至下一个高度层，每次悬停采样时间为30s；（5）、无人机升飞进行低空垂直采样观测，同步采集不同高度的气象要素数据，通过远程无线传输方式，向地面数据采集处理中心系统实时传输探测到数据，同时实时监控任务飞行状态；（6）、地面数据采集处理中心系统获取地面数据采集对比系统的对比数据，与实时传输探测数据进行比对，对各类探测数据进行去噪、订正和拟合处理，获得不同高度气溶胶粒子、气压、温度、湿度分布数据；（7）利用基于图像识别的算法分析能见度垂直分布数据，绘制气溶胶粒子和大气能见度垂直分布曲线。
所属类别：	发明专利