本發(fā)明涉及生態(tài)環(huán)境監(jiān)測，具體涉及一種溫室氣體及大氣污染物協(xié)同監(jiān)測的多旋翼無人機(jī)。

背景技術(shù)：

1、溫室氣體排放與大氣污染物排放具有同根、同源、同過程的特點。當(dāng)前，我國生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)入了以降碳為重點戰(zhàn)略方向、推動減污降碳協(xié)同增效、實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善由量變到質(zhì)變的關(guān)鍵時期。開展工業(yè)企業(yè)(包括火電、鋼鐵、石油開采、煤炭開采等相關(guān)行業(yè)企業(yè))運營生產(chǎn)過程中的溫室氣體和大氣污染物排放濃度與強(qiáng)度監(jiān)測，是認(rèn)識典型行業(yè)溫室氣體與大氣污染物協(xié)同排放與傳輸機(jī)制，科學(xué)提升地區(qū)降碳減污協(xié)同治理效能的重要基礎(chǔ)。

2、現(xiàn)階段，國內(nèi)外對溫室氣體及大氣污染物排放量化的方法主要包括物料平衡法、排放因子法和在線監(jiān)測法。其中物料平衡法和排放因子法皆屬于計算方法，技術(shù)規(guī)程完善，核算過程簡單，有利于企業(yè)提升自身溫室氣體和大氣污染物的管理水平。但是參數(shù)的測定，尤其是排放因子的本土化測定存在較大不足，選擇默認(rèn)值會對企業(yè)溫室氣體與大氣污染排放量與實際排放量帶來較大誤差。在線監(jiān)測法主要是在排放端設(shè)置在線監(jiān)測儀器開展監(jiān)測，需要測量煙道內(nèi)的煙氣流量、溫度、濃度等參數(shù)來換算排放量，可以較為直觀地反應(yīng)實時的溫室氣體及大氣污染物排放量，使用實際測量法進(jìn)行氣體排放量測量時，能減少對排放源的燃料特性等假設(shè)。但是實際研究表明，工業(yè)企業(yè)氣體排放形式非常復(fù)雜，既包括點源有組織排放，又包括逸散排放，既包括生產(chǎn)工藝排放，又包括治理設(shè)施排放，因此難以準(zhǔn)確衡量整個生產(chǎn)過程內(nèi)的排放情況。此外，大氣污染物主要關(guān)注其排放濃度是否超標(biāo)，溫室氣體主要關(guān)注其排放總量，并要求能夠準(zhǔn)確測定氣體流量，而多數(shù)廢氣現(xiàn)場直管段長度不足、流速不均，流速監(jiān)測設(shè)備難以實現(xiàn)現(xiàn)場校準(zhǔn)和溯源。加之測量點位的代表性、儀器運行維護(hù)規(guī)范性、丟失數(shù)據(jù)補遺的有效性等影響，實際獲得的企業(yè)溫室氣體與大氣污染物的排放量核算數(shù)據(jù)不確定性較大，可信度不高。由此可見，準(zhǔn)確、高質(zhì)量的企業(yè)排放端溫室氣體與大氣污染物排放量進(jìn)行協(xié)同監(jiān)測的問題目前仍然沒有得到很好地解決。

3、基于無人機(jī)多旋翼平臺的氣體排放監(jiān)測技術(shù)為工業(yè)企業(yè)整體溫室氣體和大氣污染物排放協(xié)同監(jiān)測提供了另外一種可行的技術(shù)手段。目前，國內(nèi)外已有了相關(guān)的多旋翼無人機(jī)碳排放監(jiān)測系統(tǒng)能夠開展ch4和co2濃度、水平風(fēng)速以及大氣溫、濕、壓的同步監(jiān)測，并計算水平方向溫室氣體的傳輸通量，也有無人機(jī)搭載多參數(shù)大氣環(huán)境監(jiān)測傳感器進(jìn)行大氣污染物濃度的監(jiān)測系統(tǒng)裝備。但是，目前的多旋翼無人機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)缺乏可以同步開展溫室氣體與大氣污染物排放監(jiān)測的系統(tǒng)裝備，且只考慮了二維水平方向的氣體傳輸過程，沒有考慮垂直方向的氣體傳輸過程，導(dǎo)致了溫室氣體與大氣污染物監(jiān)測缺乏協(xié)同，進(jìn)而導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)核算的排放量被低估，不確定性較大。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、(一)要解決的技術(shù)問題

2、鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點和不足，本發(fā)明提供一種溫室氣體及大氣污染物協(xié)同監(jiān)測的多旋翼無人機(jī)，其解決了現(xiàn)有的多旋翼無人機(jī)對于溫室氣體與大氣污染物的監(jiān)測協(xié)同性較差導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)精度較低的技術(shù)問題。

3、(二)技術(shù)方案

4、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的溫室氣體及大氣污染物協(xié)同監(jiān)測的多旋翼無人機(jī)包括多旋翼平臺、三維超聲風(fēng)速儀、綜合分析儀、進(jìn)氣管路、支撐桿、主gnss天線、副gnss天線、溫濕度傳感器與減震件；

5、所述綜合分析儀設(shè)置于所述多旋翼平臺的下方；所述減震件的一端與所述所述多旋翼平臺連接，另一端與所述綜合分析儀連接；

6、所述支撐桿固定于所述綜合分析儀的頂端的中心線上，所述支撐桿穿出所述多旋翼平臺與所述綜合分析儀之間的間隙；所述三維超聲風(fēng)速儀和所述主gnss天線對應(yīng)設(shè)置于所述支撐桿的第一端端頭和第一端桿身上；所述所述副gnss天線和所述溫濕度傳感器對應(yīng)設(shè)置于所述支撐桿的第二端桿身和第二端端頭上；

7、所述進(jìn)氣管路固定于所述支撐桿的下方；所述進(jìn)氣管路的一端設(shè)置于所述三維超聲風(fēng)速儀的下方，另一端與所述綜合分析儀連通。

8、可選地，所述綜合分析儀包括機(jī)箱以及設(shè)置于所述機(jī)箱內(nèi)的溫室氣體分析儀、大氣污染物監(jiān)測模組、激光測距儀、真空泵、gnss/ins組合導(dǎo)航模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、電力分配模塊和機(jī)載控制計算機(jī)；

9、所述溫室氣體分析儀、所述大氣污染物監(jiān)測模組、所述真空泵、所述gnss/ins組合導(dǎo)航模塊、所述激光測距儀、所述機(jī)載控制計算機(jī)、所述溫濕度傳感器和所述三維超聲風(fēng)速儀對應(yīng)與所述電力分配模塊電連接；

10、所述溫室氣體分析儀、所述大氣污染物監(jiān)測模組、所述gnss/ins組合導(dǎo)航模塊、所述激光測距儀、所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、所述溫濕度傳感器和所述三維超聲風(fēng)速儀對應(yīng)與所述機(jī)載控制計算機(jī)電連接；

11、所述主gnss天線和所述副gnss天線對應(yīng)與所述gnss/ins組合導(dǎo)航模塊電連接。

12、可選地，所述大氣污染物監(jiān)測模組設(shè)置有氣體檢測探頭；

13、所述進(jìn)氣管路與所述氣體檢測探頭連通，且兩者可拆卸連接；

14、所述大氣污染物監(jiān)測模組能夠?qū)m10、no2、o3、pm2.5、so2、tvoc、惡臭或co的氣體濃度進(jìn)行檢測。

15、可選地，所述綜合分析儀還包括雜質(zhì)過濾器、第一三通管道和第二三通管道；

16、所述進(jìn)氣管路與所述雜質(zhì)過濾器連通；所述第一三通管道的三個管口對應(yīng)與所述雜質(zhì)過濾器、所述溫室氣體分析儀和所述大氣污染物監(jiān)測模組連通；

17、所述第二三通管道的三個管口對應(yīng)與所述溫室氣體分析儀、所述大氣污染物監(jiān)測模組和所述真空泵的進(jìn)氣端連通；所述溫室氣體分析儀與所述大氣污染物監(jiān)測模組的氣體管路并聯(lián)；

18、所述真空泵的出氣端貫通所述機(jī)箱的外壁。

19、可選地，所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊接收來自經(jīng)所述機(jī)載控制計算機(jī)整合后的監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括經(jīng)緯度和海拔的導(dǎo)航信息，ch4、co2和h2o溫室氣體的濃度信息，pm10、no2、o3和pm2.5的大氣污染物濃度信息，氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向氣象信息以及相對高度；

20、所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊通過接入數(shù)傳天線，實時發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)到地面遠(yuǎn)程監(jiān)控終端。

21、可選地，所述機(jī)載控制計算機(jī)通過內(nèi)部嵌入式軟件將所采集的各類傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，并將數(shù)據(jù)通過4g通訊和公有云發(fā)送至數(shù)據(jù)計算中心，進(jìn)行溫室氣體與大氣污染物排放強(qiáng)度計算以及監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化。

22、可選地，所述電力分配模塊與外置機(jī)載電池連接，用于根據(jù)不同傳感器的額定電壓向所述綜合分析儀供電，并提供過載保護(hù)。

23、可選地，所述支撐桿上套設(shè)有多個安裝塊；

24、所述主gnss天線、所述副gnss天線、所述三維超聲風(fēng)速儀和所述溫濕度傳感器一一對應(yīng)地與多個所述安裝塊可拆卸連接，以使四者的安裝方向均為豎直向上。

25、可選地，所述支撐桿上還套設(shè)有多個三角塊；

26、所述三角塊的底端開設(shè)有通孔；所述進(jìn)氣管路穿過所述通孔；所述安裝塊設(shè)置于所述進(jìn)氣管路的上方。

27、可選地，所述支撐桿的內(nèi)部開設(shè)有中空通道；

28、所述主gnss天線、所述副gnss天線、所述三維超聲風(fēng)速儀和所述溫濕度傳感器的信號線通過所述中空通道對應(yīng)與所述綜合分析儀電連接。

29、(三)有益效果

30、本發(fā)明的有益效果是：

31、支撐桿固定于綜合分析儀上部的中心線上，并從綜合分析儀與多旋翼平臺之間間隙處穿過，有效利用了多旋翼無人機(jī)的安裝空間，進(jìn)而能夠減小多旋翼無人機(jī)的重量和體積，提升多旋翼無人機(jī)對于小型作業(yè)環(huán)境的監(jiān)測適應(yīng)性。也有利于提升多旋翼無人機(jī)飛行過程中的平衡性，提升溫室氣體檢測工裝和大氣污染物檢測工裝集成后的可靠性。

32、支撐桿的長度需保證三維超聲風(fēng)速儀以及溫濕度傳感器所處的安裝位置不受無人機(jī)旋翼擾流的影響，從而確保三維超聲風(fēng)速儀和溫濕度傳感器的檢測精度。將三維超聲風(fēng)速儀和溫濕度傳感器對應(yīng)安裝于支撐桿的兩自由端，能夠有效降低對支撐桿的長度需求，進(jìn)而降低支撐桿的重量和占用空間。

33、進(jìn)氣管路設(shè)置于三維超聲風(fēng)速儀的下方，使得在三維超聲風(fēng)速儀檢測風(fēng)速的同時，進(jìn)氣管路能夠同步抽取氣體，提升了多旋翼無人機(jī)的檢測效率。

34、基于平臺通過對人為生產(chǎn)活動區(qū)域開展溫室氣體濃度、大氣污染物濃度、三維風(fēng)速、大氣溫度、濕度、氣壓的同步監(jiān)測，根據(jù)大氣標(biāo)量物質(zhì)守恒和散度定理，可實現(xiàn)對監(jiān)測區(qū)域內(nèi)人為生產(chǎn)活動排放的溫室氣體、大氣污染物水平、垂直排放通量以及整體排放強(qiáng)度的協(xié)同監(jiān)測。本發(fā)明的多旋翼無人機(jī)具有實地監(jiān)測飛行實施操作簡單，監(jiān)測效率高，覆蓋區(qū)域大，低資金及時間成本低等優(yōu)點，可應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)溫室氣體與大氣污染物排放強(qiáng)度監(jiān)測核算，溫室氣體與大氣污染物排放因子本土化以及突發(fā)涉氣環(huán)境事件的應(yīng)急監(jiān)測等情景中。