無人機航測技術(shù)可為環(huán)境突發(fā)事件、大氣污染應急處置、污染源排放監(jiān)管、區(qū)域環(huán)境質(zhì)量評價、遙感和空氣質(zhì)量模型的校準等環(huán)境管理方面提供強有力的技術(shù)支撐手段。在環(huán)保部科技司和環(huán)科院各級領(lǐng)導的大力支持和指導下，在國家重大科學儀器設(shè)備開發(fā)專項“飛行器航測氣溶膠的成套儀器設(shè)備研發(fā)” 的資助下，我院大氣化學和氣溶膠科技創(chuàng)新基地在無人機航測氣溶膠系統(tǒng)研發(fā)方面取得了重要進展，建立了無人機航測氣溶膠、氣體污染物并實時回傳數(shù)據(jù)的能力。
課題組成員完成了無人機平臺的選型、航測平臺的集成及數(shù)據(jù)鏈的實時傳輸。研發(fā)人員對合作企業(yè)的無人機進行改裝，配置攝像機、PM2.5監(jiān)測設(shè)備（光散射法）、黑碳儀、氣體傳感器、溫濕度傳感器和通信中繼機等多種任務設(shè)備，實現(xiàn)視頻監(jiān)控的實時傳輸、氣溶膠實時測量和空中通信中繼等功能。此外，研發(fā)人員在無人機航測系統(tǒng)的地面控制站中集成了數(shù)傳電臺接收模塊和圖傳電臺接收模塊，并通過控制軟件實現(xiàn)了對監(jiān)測數(shù)據(jù)、圖像進行實時采集和可視化監(jiān)控等功能。
為驗證本項目集成的無人機航測氣溶膠系統(tǒng)的性能，項目組于2012年7月6日在郊區(qū)開展了試飛驗證實驗。當日天氣小雨，為驗證無人機航測氣溶膠系統(tǒng)的適應能力，課題組決定冒雨飛行檢驗雨中設(shè)備的工作能力。此次飛行無人機配置了攝像機、PM2.5監(jiān)測設(shè)備、溫/濕度傳感器和通信中繼機等任務設(shè)備，空速20米/秒，飛行高度在200米和400米兩個高度層，飛行方式分為手控飛行和自控飛行，飛行時間30分鐘。實驗結(jié)果顯示，無人機航測氣溶膠系統(tǒng)：（1）性能穩(wěn)定可靠，可適應復雜的氣象環(huán)境；（2）系統(tǒng)的智能化程度較高，簡化了人員的操作；（3）監(jiān)測數(shù)據(jù)和圖像接收靈敏度高，覆蓋范圍廣，延時小。
本次實驗是項目組首次將無人機應用于大氣氣溶膠監(jiān)測，拓展了無人機航測技術(shù)的應用領(lǐng)域。課題組目前正致力于繼續(xù)優(yōu)化和測試該系統(tǒng)平臺，進一步提高無人機航測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電磁兼容性，研發(fā)適合無人機的小型設(shè)備和優(yōu)化地面指揮系統(tǒng)對航測設(shè)備的控制精度，以期形成一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、穩(wěn)定性好、操作簡單、推廣性好的無人機航測氣溶膠系統(tǒng)，進而為無人機航測氣溶膠的規(guī)范化和標準化提供的技術(shù)支撐。
圖1. 測試中的無人機及發(fā)射架
圖2. 搭載的部分設(shè)備
圖3. 氣溶膠采樣進口圖示
圖4. 地面控制站（左側(cè)為實時回傳數(shù)據(jù)圖，右圖為機載攝影和操控系統(tǒng)）
圖5. 飛行團隊及部分課題組成員合影
（大氣化學和氣溶膠科技創(chuàng)新基地 供稿）
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