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無人機大氣監(jiān)測系統(tǒng):一種科學、高效、智能的大氣環(huán)境質量監(jiān)測方案

更新時間:2023-11-30      點擊次數(shù):702

目前大氣污染問題日益突出,對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的影響。為了有效監(jiān)測和控制大氣污染,提高大氣環(huán)境質量,需要建立一套科學、高效、智能的大氣監(jiān)測系統(tǒng)。無人機大氣監(jiān)測系統(tǒng)利用無人機搭載各種傳感器,對大氣中的多種參數(shù)進行實時監(jiān)測和收集,具有以下優(yōu)點:

1.高機動性、低成本、靈活部署、可重復使用,可以在復雜的地形和氣象條件下進行大氣監(jiān)測,克服了傳統(tǒng)的地面監(jiān)測站和衛(wèi)星遙感的局限性。

2.可搭載多種傳感器,實現(xiàn)對多參數(shù)、多層次、多尺度的大氣監(jiān)測,提高監(jiān)測的空間分辨率和垂直剖面,增強了對大氣污染的時空變異性的認識。

3.可實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸和處理,通過無線通信和云計算技術,將監(jiān)測數(shù)據(jù)及時上傳到地面站或服務器,進行數(shù)據(jù)分析、處理、存儲、管理和使用,為各種大氣環(huán)境應用提供有力支持。

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無人機大氣監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展受到了國家和社會的重視和支持。這是因為無人機大氣監(jiān)測系統(tǒng)與《國家新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》、《國家大氣污染防治規(guī)劃(2013-2020年)》、《國家生態(tài)文明建設規(guī)劃綱要(2016-2020年)》等相關政策相契合,同時符合國家推動科技創(chuàng)新、生態(tài)文明建設、綠色發(fā)展的戰(zhàn)略目標。此外無人機大氣監(jiān)測系統(tǒng)與公眾對于改善大氣環(huán)境質量、保障人民健康、提升生活品質的迫切期待相一致,也滿足了社會對于大氣監(jiān)測的多樣化、個性化、智能化需求。

為了探究冬季重污染天氣的成因和影響因素,某科研機構于2019年1月中旬,在河北某地,開展了無人機大氣立體監(jiān)測系統(tǒng)實驗。該系統(tǒng)將低功耗大流量顆粒物采樣技術、多通道真空氣體采樣技術與無人機技術結合,能夠在不同高度采集大氣顆粒物、氣體和液態(tài)樣品,為大氣污染立體化的精確診斷提供重要的技術支持。

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在實驗期間,無人機搭載的傳感器可一次性記錄和傳輸10種參數(shù),包括顆粒物、PM2.5和PM10等常規(guī)污染物參數(shù),以及溫度、濕度、風速、風向、氣壓、經(jīng)緯度和高度等氣象參數(shù)。同時,無人機還攜帶了顆粒物采樣器,分別在不同高度采集了大氣顆粒物,用于后續(xù)的實驗室分析。根據(jù)實驗數(shù)據(jù),可以得到以下一些初步結論:

在重污染天氣期間,顆粒物濃度隨高度的變化呈現(xiàn)出明顯的層結特征,即近地面顆粒物濃度最高,隨著高度的增加逐漸降低,但在一定高度范圍內(約200-300米)又出現(xiàn)一個次高峰,表明大氣污染物存在多層分布的現(xiàn)象。

在重污染天氣期間,氣體污染物(如二氧化硫、氮氧化物、臭氧等)的濃度也隨高度的變化呈現(xiàn)出不同的特征,反映了大氣化學反應的復雜性和多樣性。例如,二氧化硫和氮氧化物的濃度隨高度的增加而降低,而臭氧的濃度則隨高度的增加而升高,表明臭氧的生成受到光化學反應的影響。

在重污染天氣期間,顆粒物的化學組成也隨高度的變化呈現(xiàn)出不同的特征,反映了顆粒物的來源和轉化的差異性。例如,顆粒物中的硫酸鹽、硝酸鹽和有機碳的質量分數(shù)隨高度的增加而增加,而顆粒物中的元素碳的質量分數(shù)隨高度的增加而降低,表明顆粒物的二次生成在高空更為顯著,而顆粒物的初級排放在近地面更為重要。

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本文介紹了無人機大氣監(jiān)測系統(tǒng)的概念、優(yōu)點、發(fā)展背景和實驗案例,展示了無人機大氣監(jiān)測系統(tǒng)在大氣污染研究中的應用價值和前景。目前無人機大氣監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展還需要解決一些技術和管理方面的問題,如無人機的飛行安全、數(shù)據(jù)的質量控制、數(shù)據(jù)的共享和利用等,這些問題需要相關機構的協(xié)調和合作,以促進無人機大氣監(jiān)測系統(tǒng)的規(guī)范化和標準化。

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