一种基于无人机搭载的高空颗粒物采样系统的制作方法

1.本实用新型涉及环境监测技术领域，特别涉及一种基于无人机搭载的高空颗粒物采样系统。


背景技术：

2.近地面大气颗粒物对人体健康有直接影响，通过气象塔或者环境监测站点只能获取固定地点在一定高度下的颗粒物特征。受限于观测技术，无法对不同高度颗粒物或者区域颗粒物进行采样，因此，目前对于颗粒物空间尺度的研究仍然不足。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种基于无人机搭载的高空颗粒物采样系统，包括无人机、颗粒物采样器和地面控制终端，所述颗粒物采样器搭载在所述无人机上；
4.所述颗粒物采样器包括第一控制系统，所述地面控制终端与所述第一控制系统无线通讯连接，用于控制所述颗粒物采样器的开启和关闭；
5.所述无人机包括第二控制系统，所述第二控制系统与所述地面控制终端无线通讯连接，在工作时，所述地面控制终端向所述无人机发出高空采样任务指令，所述无人机接收指令后，规划采样路径。
6.较佳地，当所述采样任务为定点采样时，所述无人机在指定地点悬停。
7.较佳地，当所述采样任务为区域采样时，所述无人机按照路径规划进入采样区域。
8.较佳地，所述第一控制系统包括第一控制模块和与所述第一控制模块连接的用于采集气象要素信息的气象要素信息监测模块和位置信息的定位模块，所述第一控制模块通过无线通讯模块与所述地面控制终端连接。
9.较佳地，还包括扫描电镜智能分析系统和大气污染管控平台，所述大气污染管控平台和所述第一控制模块均与所述扫描电镜智能分析系统电连接；
10.所述颗粒物采样器还包括可拆卸的采样膜片，飞行任务结束后，取下所述采样膜片，并将所述采样膜片放置在扫描电镜智能分析系统中，并将飞行过程中记录的气象要素信息和位置信息同步上传至所述扫描电镜智能分析系统中，所述扫描电镜智能分析系统分析出来的结果显示在所述大气污染管控平台上。
11.与现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：
12.本实用新型提供一种基于无人机搭载的高空颗粒物采样系统，将颗粒物采样器搭载在无人机上，实现了对不同高度颗粒物或者区域颗粒物的采样。
附图说明
13.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他
的附图。附图中：
14.图1为本实用新型的优选实施例提供的基于无人机搭载的高空颗粒物采样系统框图；
15.图2为本实用新型的优选实施例提供的基于无人机搭载的高空颗粒物采样系统的工作流程图；
16.图3为本实用新型的优选实施例提供的基于无人机搭载的高空颗粒物采样系统的采样示意图。
具体实施方式
17.以下将结合附图对本实用新型提供的一种基于无人机搭载的高空颗粒物采样系统进行详细的描述，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本实用新型精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。
18.请参考图1，一种基于无人机搭载的高空颗粒物采样系统，包括无人机1、颗粒物采样器2和地面控制终端3，所述颗粒物采样器2搭载在无人机1的云台上；
19.所述颗粒物采样器2包括第一控制系统，所述地面控制终端3与所述第一控制系统无线通讯连接，用于控制所述颗粒物采样器2的开启和关闭；
20.所述无人机1包括第二控制系统，所述第二控制系统与所述地面控制终端3无线通讯连接，在工作时，所述地面控制终端3向所述无人机1发出高空采样任务指令，所述无人机1接收指令后，规划采样路径。
21.第一控制系统包括第一控制模块和与所述第一控制模块连接的气象要素信息监测模块和定位模块，所述第一控制模块通过无线通讯模块与所述地面控制终端3连接。在本实施例中，气象要素信息监测模块如气象要素传感器，用于采集气象要素信息，气象要素信息包括温湿度信息、气压信息等；定位模块如gps定位模块，采用采集位置信息。气象要素信息监测模块和定位模块同步收集，获取颗粒物的背景信息。
22.本实施例的颗粒物采样器2采用主动式颗粒物采样器，具有轻便、采样快的优势，与无人机1的悬停配合，可实现指定位置指定高度的采样，即当采样任务为定点采样时，所述无人机1在指定地点悬停；与无人机1的移动配合，可实现水平或垂直轨迹上的采样，进而对颗粒物的垂直输送或水平扩散过程进行研究，满足不同的采样需求，当采样任务为区域采样时，所述无人机1按照路径规划进入采样区域。
23.颗粒物采样器2是本领域的成熟技术，本实用新型对颗粒物采样器2的具体构造不做限制，在本实施例中，颗粒物采样器2还包括机械采样部分和气路支持系统，本实用新型对机械采样部分和气路支持系统不做具体限制，如申请人于2021年8月25日提交的申请号为202110983063.3、发明名称为一种新型大气颗粒物采样器的发明专利申请，气路支持系统包括气泵；机械采样部分包括采样单元和壳体，采样单元包括膜片、膜托和二维运动平台，所述膜片安装在所述膜托上，所述膜托安装在所述二维运动平台上。壳体的中部通过一隔板将所述壳体分成做密封处理的上容腔和未做密封处理的下容腔，所述采样单元位于所述上容腔内，所述二维运动平台安装在所述隔板上；所述上容腔的顶部开设有进气口；下容腔内设有气泵，气泵的吸气口与上容腔相通，气泵的排气口通过所述下容腔的间隙与外界
环境相通。本实施例的气泵采用微型隔膜泵进行抽气，每次采集时间5～10min，得到的采样膜样品颗粒物分布均匀，是供扫描电镜分析的理想样品。
24.在本实施例中，气泵的开启和关闭通过第一控制模块控制，即气泵与第一控制模块电连接。
25.在本实施例中，一种基于无人机搭载的高空颗粒物采样系统，还包括扫描电镜智能分析系统和大气污染管控平台，大气污染管控平台和第一控制模块均与扫描电镜智能分析系统电连接；颗粒物采样器2包括可拆卸的采样膜片(在本实施例中，膜片固定安装在膜托上，膜托可拆卸安装在二维运动平台上)，飞行任务结束后，取下膜托(膜片跟着膜托一起被取下来)，并将膜片和膜托一起放置在扫描电镜智能分析系统中，所述扫描电镜智能分析系统分析出来的结果显示在大气污染管控平台上。
26.请参考图2和图3，基于无人机搭载的高空颗粒物采样系统的采样流程：
27.当无人机1接受到高空采样指令后，首先规划采样路径：当采样任务为定点采样时，无人机1在指定地点地点悬停；当采样任务为区域采样时，无人机1按照路径规划进入采样区域，由地面控制终端3对采样器发出开启和完成采样的指令。
28.飞行任务结束后，取下采样膜片进行分析，将飞行过程中记录的气象信息和采样位置信息同步上传到扫描电镜智能分析系统中，分析结果展示在可视化管控平台中。


技术特征：
1.一种基于无人机搭载的高空颗粒物采样系统，其特征在于，包括无人机、颗粒物采样器和地面控制终端，所述颗粒物采样器搭载在所述无人机上；所述颗粒物采样器包括第一控制系统，所述地面控制终端与所述第一控制系统无线通讯连接，用于控制所述颗粒物采样器的开启和关闭；所述无人机包括第二控制系统，所述第二控制系统与所述地面控制终端无线通讯连接。2.如权利要求1所述的一种基于无人机搭载的高空颗粒物采样系统，其特征在于，当采样任务为定点采样时，所述无人机在指定地点悬停。3.如权利要求1所述的一种基于无人机搭载的高空颗粒物采样系统，其特征在于，当采样任务为区域采样时，所述无人机按照路径规划进入采样区域。4.如权利要求1所述的一种基于无人机搭载的高空颗粒物采样系统，其特征在于，所述第一控制系统包括第一控制模块和与所述第一控制模块连接的用于采集气象要素信息的气象要素信息监测模块和用于采集位置信息的定位模块，所述第一控制模块通过无线通讯模块与所述地面控制终端连接。5.如权利要求4所述的一种基于无人机搭载的高空颗粒物采样系统，其特征在于，还包括扫描电镜智能分析系统和大气污染管控平台，所述大气污染管控平台和所述第一控制模块均与所述扫描电镜智能分析系统电连接；所述颗粒物采样器还包括可拆卸的采样膜片。

技术总结
本实用新型涉及一种基于无人机搭载的高空颗粒物采样系统，包括无人机、颗粒物采样器和地面控制终端，所述颗粒物采样器搭载在所述无人机上；所述颗粒物采样器包括第一控制系统，所述地面控制终端与所述第一控制系统无线通讯连接，用于控制所述颗粒物采样器的开启和关闭；所述无人机包括第二控制系统，所述第二控制系统与所述地面控制终端无线通讯连接，在工作时，所述地面控制终端向所述无人机发出高空采样任务指令，所述无人机接收指令后，规划采样路径。采样路径。采样路径。


技术研发人员：潘小乐 姚维杰 田雨 王自发
受保护的技术使用者：中国科学院大气物理研究所
技术研发日：2021.09.08
技术公布日：2022/4/1