ZWIN-YCF06無人機環境監測系統方案

一、項目背景

隨著我國近幾年來大氣污染狀況越來越嚴重，特別霧霾（顆粒物PM2.5、PM10等）在污染物中所占的比例越來越重，因此我國的大氣污染檢測與治理的任務也越來越重。國家對此也在大多數城市布設或者完善了顆粒物、氣體檢測設備，形成了國控點結合省控點分布密集的地面污染源檢測網。

然而我們也能清楚的看到，依據國控點地面檢測數據所作出的預測與實際環境污染狀況的發展還是存在較大差距，此外，依據地面監測數據所實施的治理手段，如地面灑水、建筑工地遮蓋、交通限行、工業限產、鍋爐改造、脫硫脫硝處理等方案，效果也不盡如人意。

作為第3代遙感技術的無人機遙感技術，具有立體監測、響應速度快、監測范圍廣、地形干擾小等優點, 是今后進行大氣突發事件污染源識別和濃度監測的重要發展方向之一。

由于大眾對環境保護認知度的提升，我國在環保工作上的投入力度逐步增大，作為環境保護先頭兵的環境監測領域也是一路高歌，突飛猛進。眾多的技術與突破，使得我國的環境監測愈驅成熟，其中不可忽視的新興技術就要數無人遙感技術了。近年來，無人監測設備的運用已經成為主流趨勢之一，無人機遙感監測更是在環保監測領域掀起一股熱浪。

二、無人機氣體監測系統

1 系統結構及工作原理

智易時代無人機環境監測系統主要包括無人飛行器、智易時代sensor氣體檢測、數傳/GPRS、地面站/服務器、數據處理軟件等構成。主要的作用于檢測大氣空氣質量AQI與應急檢測有毒有害氣體，其精度可以達到1PPB。改變了傳統固定點的檢測使得氣體檢測變得靈活、快速、準確、方便。

2 氣體濃度數據采集的軟件實現

氣體檢測這塊有著成千上萬種氣體種類、量程、精度等。為了簡化用戶的操作與成本，我司特設計一套系列的傳感器。有著一整套完整的軟件信息系統，把所有可以檢測到的氣體種類我們有效的劃分開實現全部智能化的識別系統。客戶可以根據不同的檢測場景搭配不同的傳感器；使得無人機氣體檢測非常靈活不受荷載的影響。數據采集主要如下圖所示。

根據氣體傳感器的通訊方式可以采用模擬電壓、模擬電流、TTL、RS485，我司的采用的是RS485通訊方式。

串口波特率9600，校驗位無，8個數據位，1個停止位；數值為Hex

三、無人機環境監測軟件界面及數據分析

地面接收系統的軟件是我司專門設計的可用于上述監測數據接收、解碼、顯示、處理、報告并向云端上傳的軟件，它與通用飛控軟件Mission Planner相結合，在獲取飛行路徑規劃及飛行器飛行姿態數據的基礎上加我司的氣體檢測設備的實時濃度值進行數據分析融合，并支持多探測器同步數據回傳和處理功能。

數據分析平臺，主要功能應包括實時數據展示、歷史數據查詢、區域的GPS經緯度、時間等信息同步傳回地面接收系統。

(1)實時數據展示

平臺可對各類監測數據進行實時展示。將空氣質量氣體傳感器數據、有毒有害體應急監測數據匯入到統一平臺，統一管理，綜合展示。氣體傳感器數據以不同顏色代表不同污染級別。

以下為近1小時內的實時數據顯示：

(2)歷史數據查詢

將各點位的歷史監測數據進行簡單的統計分析，例如日變化分析、時間序列分析等，幫助采購方節約手動分析時間成本，同時還能夠幫助采購方了解基本污染狀況。

(3)區域污染概率分析

通過計算一段時間內，各區域污染超標的累積概率，能夠得到經常發生污染的區域，即為超標重點區域，也可能為潛在污染源，管理者可根據分析結果對此類區域進行重點監管。

(4)污染排名統計

實時排名分析讓采購方掌握新的污染動態，歷史排名分析可以幫助采購方查找重點污染區域。

(5)移動GIS開發平臺

1.數據編輯：空間地物點選、框選、任意多邊形的拾取；空間地物的增、刪、查、改功能；地物節點的增、刪、查、改及捕捉功能；回退與撤銷1.功能；快速草圖編輯、繪制功能。

2.數據管理：項目式數據采集管理模式；方便的數據查詢和坐標數據現場自動更新功能；可定制文檔報表輸出，包括位置、屬性、照片及統計內容。

3.數據交互：平臺端+移動端可建立起基于通訊網絡模式的數據交換，可實現平臺端；查看移動端作業模式，軌跡上傳、下載、內部OA流通訊，任務工單；下達、上傳，遠程數據調取，并完成基于LBS的相關位置數據交互服務。

4.數據采集：GPS手動/自動/平滑、手繪、偏距等采集方式；公共點、公共邊、多線段及含面地物的空間拓撲采集；由點成線/面、由線成點/面、由面成點/線的多種幾何轉換功能；現場照片、聲音、視頻信息的采集并與坐標自動匹配；可通過藍牙無線協同測距儀、探測儀、專業數碼相機等外設進行作業。

5.地圖應用：海量柵格與矢量數據的秒級瀏覽；的行業數字地圖及Google地圖應用；豐富的柵格、矢量數據疊加渲染風格；快速的矢量圖元疊加分析功能、專題化分析結果展示。

6.基于ARC GIS類似軟件開發。

(6)無人機航線規劃平臺

1、智能手持終端中使用“全自動作業”APP可選定監測區域并智能規劃。規劃區塊后，只需填寫速度及高度要求，即可自動生成航線、劃分架次等功能，實現飛行。★

2、實現云端、本地雙重備份。

3、搭載RTK模塊繪制顆粒物實時云圖。

(8)數據庫服務器

CPU配置：8核并支持超高主頻實例；

內存配置：內存從32G到768G 自由擴展。為了能更好發揮計算性能，CPU和內存的配比比例是1:4或者1:8；

存儲配置：支持從虛擬機鏡像及云盤啟動，讓分鐘交付成為可能。支持掛載多塊云盤，讓存儲彈性盡情展現；

網絡配置：支持虛擬專有云（VPC）網絡，保持和普通ECS實例以及其它云產品的互聯互通。同時，也提供和物理機網絡相媲美的性能和穩定性。

(9)巡檢無人機系統

巡檢無人機參數：

1、載荷：不低于1500g★

2、機身材質：碳纖維+鋁合金

3、飛行速度：≤15m/s

4、續航時間：標準負載（攜帶顆粒物檢測模塊）不低于40min

5、飛行相對高度：≤400m

6、起降方式：垂直起降

7、抗風能力：≤6級

8、定位精度：垂直0.1m ，水平0.1m

9、工作溫度：-10°C至40°C

10、搭載RTK高精度定位定向模塊★

智能電池參數：

1、標稱電量：不低于16000mAh（360Wh）

2、循環次數：不低于300次

(10)移動采集終端

1.操作系統:Android 5.1以上★

2.處理器:不低于1.7GHz主頻,8核處理器

3.內存:不小于2GB RAM內存

4.閃存:不小于32GB大容量閃存

5.顯示:分辨率不小于1280×1080,5點觸控，支持電容手套操作

6.定位技術:GPS+北斗+GIONASS+SBAS+AGPS

7.定位時間：不大于25秒

8.SBAS定位精度：1-2米

9.cors定位精度：0.8米★

10.數據更新頻率不低于1HZ

11．通訊制式：4G全網通（移動，聯通，電信）★

12.WIFI：IEEE 802.11b/g/n,AP wapi

13.藍牙：BlueTooth 4.0，支持BLE

14.擴展卡：T-Flash存儲卡；支持不小于128GB Micro-SD擴展存儲

15.USB：TypeC，具有OTG功能

16.容量：鋰電池容量不低于5000mAh，支持在線充電★

17.工作時間：單塊電池可連續工作不低于10-12小時

18.攝像頭：不低于1300萬像素，自動對焦，高亮LED閃光燈

19.麥克風、揚聲器：支持

20.耳機：3.5mm音頻插孔，支持耳機通話，外置耳機可當FM天線

21.感應器類型：重力傳感器、電子羅盤、氣壓計

22.RFID讀寫/NFC：支持

23.重量：不大于350g★

24.工作溫度：不低于-40℃～+85℃

25.存儲溫度：不低于-50℃～+85℃

26.防塵防水：不低于IP65

27.防震：全強固式設計，抗1.5米自由跌落

四、環境監測設備

我司專門針對大氣中氣體的監測研發出一款智能型“四氣兩塵”傳感器組件。該組件的傳感器采用高靈敏的進口電化學傳感器，采取擴散式氣體檢測方法；該組件操作方便、測量準確、工作可靠、體積輕小；利用我們設計的支架可以方便安裝至無人機上，利用無人機的*優勢可以實現空中軌跡的氣體監測。同時利用我們的軟件平臺，集成顯示經緯度、高度、飛機狀態、溫度、濕度、PM2.5、PM10、CO、O3、SO2、NO2、VOC等參數的實時監測和三維可視化展示。為三維立體空間的空氣質量分析提供一個有效的監測手段。

五、主要技術指標

●適用：多旋翼無人機、固定翼

1.揚塵在線監測設備技術指標

1）顆粒物傳感器：

技術原理：激光散射式

測量精度：≧±20%

顆粒物讀數范圍：PM2.5、PM10（0-999ug/m3）

分辨率：1ug/m3

★NO2：測量范圍/分辨率：0-1/0.001ppm

★CO：測量范圍/分辨率：0-10/0.01ppm

★SO2：測量范圍/分辨率：0-1/0.001ppm

★O3：測量范圍/分辨率：0-1/0.001ppm

★PM2.5、PM10：檢測范圍：0～1000ug/m3；分辨率：0.1ug/m3；

2）電源系統

太陽能板功率：不低于6W*2

高密度鋰電池：不低于4000mAh/7.4V＊2

電源管理系統：自動讀取實時電壓，智能充放電。

供電時間：在陰雨天氣下，持續工作 7天

3）通訊系統：

數據傳輸：3G/4G

支持運營商：支持聯通、移動、電信4G數據SIM卡

4）設備參數：

輸入電壓：7.4V

防護等級：IP65；防風等級：十級

響應時間：4s；傳輸間隔：5min

5）內置系統：

更新方式：支持OTA（空中升級）

處理器：ARM

2.相對誤差：≤±15%

3.重復誤差：≤±15%

4.采樣時間：無限制

5.總功耗：約為2.4W

6.電源電壓：DC12V

7.供電方式：采用12V蓄電池（鋰電池）供電

8.供電時長：1小時

9.數據：可采用本地存儲或上傳數據

10.尺寸：長×寬×高（2600mm×110mm×90mm）

11.工作環境、濕度：-20-70℃；10～95%RH(非凝結）

2.氣體檢測模塊

●勻速抽取螺旋槳上方氣體進行檢測

●內部有氣室設計、保障氣體全面接觸

●采用進口高精度氣體傳感器

3.環保應用

六、無人機氣體監測荷載特點

無人機整體效果圖

●軟件可以支持多家無人機制造商包括大疆所有系列。
●上千種氣體傳感器可以隨時更換，系統帶有自動識別功能。
●外殼防水、防風、防塵、防撞擊設計
●實時顯示監測數據，并生成對應的趨勢曲線。
●可查看歷史實時數據，并同時生成曲線分析圖，列表和圖表樣式顯示歷史數據，方便對比查看。
●同時顯示經緯度、高度、飛機狀態、溫度、濕度、PM1、PM2.5、PM10、上千種氣體實時濃度值。
●檢測精度可達到ppb級。
●實時無線傳輸數據到地面端，也可以通過GPRS實時傳輸到服務器。

無人機氣體監測荷載尺寸圖：

（4）建議機型（參考）

七、質保運維服務

為保證無人機環境監測系統在合理使用期限內正常使用，將嚴格遵循合同的約定（包括工期、質量、安全等條款）。

1 工程服務范圍 

本次無人機環境監測系統的服務范圍包括方案設計、設備的提供、運輸、預埋、安裝、接線、調試、試運行、測試驗收、開通、培訓及售后服務等工作。

2 產品質量保證

我方承諾本工程用到的所有產品均為正規廠家生產的，設備安裝前提供產品監測報告、合格證等相關資料。施工質量保證達到一次性驗收合格。

3 保質期

無人機環境監測系統提供一年的質量保修期，質量保修期從項目經相關管理部門竣工驗收合格后算起。

4 維護保養

在保質期內提供每季度一次的免費對整個系統的維護和保養，記錄系統各項運行數據，并形成維護保養書面報告。同時保證在按使用方要求提前做好系統監測服務。

在保質期結束時，須由專業工程師對設備進行再一次測試，屬于本項目范圍內的任何缺陷由我公司負責修理。解決后，我方需一式兩份報告給貴方，內容包括故障原因，解決措施，完成修理所費時間及恢復正常運行日期。

5 售后服務其他內容 

（1）服務人員

本項目投入運行起兩個月內有工程師常駐現場。在保質期間，我公司會派工程師一名常駐現場協助使用方工作。另外公司設有具有相當維修經驗人員組成的售后維修部門，而且配有專門的維修車和維修電話，維修電話24小時開通。

正常時間可聯絡公司。其余時間可聯絡維修部經理電話。

（2）備件供應

經驗表明，任何實際的系統，在運行過程都難免出現某些緊急異常情況，因此處理這類突發事件、建立緊急異常情況的處理保障體系是非常有必要的。我司在工程項目保修期負責條款以及保修期后的維護合同中對這類緊急異常情況的處置作出明確規定。

我公司倉庫存有大量的工程常用設備作為備品，對于暫時無法解決的系統問題，我司會采用相應的備品保證系統正常運行，損壞設備等到維修后經監測正常再重新投入使用。

（3）工程回訪

維修部門組織定期或不定期的工程回訪，聽取用戶意見，并填寫《用戶回訪反饋信息表》。對于回訪反饋的信息，維修部門會同項目部研究，確屬工程質量問題的，保修期內按照合同條款執行，保修期外由維修部門提出處理方案并與用戶協商解決。處理結果填寫于《用戶回訪反饋信息表》。

（4）解答用戶問題

維修部門收到用戶關于系統的咨詢和提問，要耐心給予解答，直到用戶滿意為止，必要時可派人去現場指導。工作結果填寫于《用戶解答及指導記錄》。

（5）受理用戶投訴

維修部門隨時受理用戶關于工程質量的投訴，收到投訴后記錄于《用戶投訴及處理記錄》。維修部門根據投訴內容會同項目部、技術部研究探討，確屬工程質量問題的，保修期內按照合同條款執行，保修期外由服務中心提出處理方案并與用戶協商解決。處理結果填寫于《用戶投訴及處理記錄》。

（6）服務驗證

每項服務工作完成后，都要及時通報用戶，并邀請用戶驗證結果，請用戶代表在相應工作記錄上簽署意見。

如果在服務過程中發生或發現屬公司責任的質量事故，要及時處理并立即報告公司質管部，質管部要責成其制訂切實有效的糾正預防措施，防止類似問題再發生。對責任部門和責任者，要按照公司有關規定進行處罰。

（7）完整的系統文檔

我公司在系統調試交接時，嚴格按照合同規定，提供完整的完工圖紙，軟、硬件文檔，操作、維護手冊，設備清單等，并幫助業主建立系統的運行、管理和維護文檔，以便在發生故障時能及時提供資料，迅速找到并排除故障，將損失減至小。

6 售后服務具體事項 

1）技術培訓服務

自設備安裝調試完成會為用戶提供免費的技術培訓，包括產品的相關知識，數據分析，運行維護等。

2）產品服務

本項目所采購的設備硬件原廠免費質保期不低于1年，質保日期從驗收合格之日起計算，質保期內所有設備免費維護，升級。更換及軟件升級，并提供每個點位每年不少于6次的巡檢，質保期后軟件系統提供*升級。

3）應急響應服務

自設備安裝調試完成后即提供24*7小時無中斷服務，當設備發生故障時，響應時間確保在三十分鐘以內，并在三小時內提供上門維修，力爭24小時內解決問題，如24小時內無法解決問題，免費提供備用機。

7項目實施領導小組及工作機構

為了保證環境監測和應急指揮系統的順利實施，確保項目質量并達到預期建設目標，系統建設建立統一領導、分工明確、職責清楚、層次分明、同時又能協調配合的組織體系。保定市環境監測站具體負責本項目需求及運行維護工作。

項目的組織管理與職責分工如下：

（1）項目領導小組：確定項目目標、建設內容、項目建設的組織方式；解決項目建設中所出現的重大問題。

（2）項目專家組：負責為本項目的涉及與實施提供咨詢和建議，協助審核各階段的計劃、實施方案。

（3）項目開發組：具體承擔項目的總體規劃和涉及，以及組織、協調工作，推進項目的建設工作。具體負責相關業務的實施。下設多個工作組：

規劃組：負責編寫項目建議書、可行性研究報告，組織各項項目方案論證會。

實施組：制定項目實施方案，制訂實施計劃，承擔項目進程管理和質量管理，負責對系統各相關單位和項目各構成部分進行協調，負責系統的驗收和移交。

技術組：負責項目技術方案、設計書、建設計劃、設備采購標書等系統技術文件的編寫審核，保證系統按計劃、按涉及要求實施。

標準組：負責組織本項目標準規范體系以及具體標準規范的研究制訂以及監督執行工作。

8人員培訓

考慮系統的特性，人員培訓分為兩個方面：

（1）對系統建設人員的培訓

環保管理業務涉及面廣，要求系統建設人員對業務有深刻的理解。因此，應加強對系統建設人員的業務方面的培訓，以保證系統建設符合實際業務需要。

（2）對業務員的培訓

XXXXXX區XX局工作人員是本信息系統的終使用者，要通過培訓使其能夠了解系統的涉及思想、主要功能和應用范圍，能夠熟練應用這一系統進行工作，并能結合實際工作需要提出各種改進意見。