一种无人机搭载式大气污染物多组分监测系统及其控制方法

1.本发明属空气环境监测技术领域，更具体地，涉及一种无人机搭载式大气污染物多组分监测系统及其控制方法。


背景技术：

2.近年来随着经济的快速发展，大气污染问题尤为突出。针对大气污染中常见的污染物包括氮氧化物(no
x
)，臭氧(o3)，二氧化硫(so2)，挥发性有机物(vocs)，一氧化碳(co)和颗粒物pm，在全国各地展开了监测活动，监测活动是大气污染有效控制的前提和基础。当前的监测技术活动多侧重开展在地面水平上(距地面1.5米)，例如网格化区域监测，区域走航监测。但对于高空大气的监测由于设备所限相关检测活动较少，高空大气多污染物的在线监测技术尚未成熟。
3.虽然目前针对大气监测的技术方法多种多样，但是大气采样仍然需要人工操作，局限在地面或者人可以抵达的装置工段与区域，这样导致大气污染物监测只能反映近地面的污染物浓度水平，无法获取关注污染区域的污染物垂直立体分布状况，并且对于一些污染物排放浓度较高的高空或者是危险环境的排放源，特别是对于那些人工无法抵达的区域，这并不有利于污染物排放源核查，排放量核实以及污染区域污染物排放特征的研究。无人机作为具有灵活性可控飞行能力的工具，将采样装置搭载在无人机上并且实现自动控制采样，能有效弥补人工采样的不足。实现高空大气污染物多组分同时检测，特别是可以实现不同高度和人工不可到达区域的环境空气中多组分大气污染物的定点精准监测。


技术实现要素：

4.为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明提供一种用于无人机搭载式大气污染物多组分监测系统及其控制方法，解决了现有技术中高空大气无法通过一次监测活动获得多组分污染物的浓度水平，无法全面了解高空大气污染状况的问题。同时也解决了垂直立体分布的样品难获取以及无法实时了解高空和人工不可到达区域的污染物监测状况以及采样设备状况的问题。
5.本发明的目的通过下述方案来实现：
6.在一些实施例中，一种无人机搭载式大气污染物多组分监测系统，包括无人机和装载于所述无人机上的大气污染物多组分监测装置和挥发性有机物采样装置；所述大气污染物多组分监测装置包括监测控制模块、真空泵和传感器组件，所述真空泵的进气端口与大气相通，第一出气端口与所述传感器组件所在空间连通；所述挥发性有机物采样装置包括多个苏玛罐和多个电磁阀，每一所述苏玛罐均与所述真空泵的第二出气端口连通，且连通的管路上均接入所述电磁阀；所述真空泵的控制端、多个所述电磁阀的控制端均与所述监测控制模块电连接，所述传感器组件的传感输出端与所述监测控制模块的数据采集端口电连接。
7.在一些实施例中，一种用于无人机搭载式大气污染物多组分监测系统的控制方
法，包括：
8.根据目标调查区域的排放源信息，确定目标监测区域；
9.根据所述目标监测区域、排放源特征和调查目的，制定预设飞行轨迹，并确定预设检测位置；
10.根据所述预设飞行轨迹，确定检测模式；所述检测模式包括悬停检测模式和飞行检测模式；根据所述预设飞行轨迹和所述检测模式，获得第一检测参数和第二检测参数；
11.所述无人机的控制系统接收所述预设飞行轨迹，并在所述无人机飞行进入目标监测区域后根据所述预设飞行轨迹执行飞行；
12.当所述无人机到达预设检测位置时，所述监测控制模块接收相应检测模式的第一检测参数，并根据所述第一检测参数控制启动所述真空泵、所述传感器组件和一个所述电磁阀；所述无人机的控制系统接收相应检测模式的第二检测参数，并控制所述无人机根据所述第二检测参数和所述预设飞行轨迹执行飞行；
13.当确定检测结束时，控制关闭所述电磁阀、所述传感器组件和所述真空泵；所述无人机继续根据预设飞行轨迹执行飞行。
14.在一些实施例中，一种用于无人机搭载式大气污染物多组分监测系统的控制装置，包括处理器和存储有程序指令的存储器，所述处理器被配置为在执行所述程序指令时，执行如所述的用于无人机搭载式大气污染物多组分监测系统的控制方法。
15.在一些实施例中，一种用于无人机搭载式大气污染物多组分监测平台，包括前述的无人机搭载式大气污染物多组分监测系统和前述的用于无人机搭载式大气污染物多组分监测系统的控制装置。
16.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
17.1.本发明在无人机上搭载大气污染物多组分监测装置以及挥发性有机物采样装置，获得一种简单便携、成本低、操控性强、易装卸的高空大气污染物多组分监测系统，而且便于操作、可控制性强、可实时传输数据，时间空间上可操作灵活性大。能够获得人工难到达区域的高空立体大气监测数据和大气样品，不受时空限制，实现三维立体的大气污染调查，获得更加准确全面的监测结果。具体地，既能实现空间上不同高度挥发性有机物的立体精准采样以及实现人工难以到达区域的采样点，又可以同时监测大气中的多组分污染气体在大气中的垂直立体分布。可用于不同高空高度下多种大气污染物的监测和挥发性有机物的定点精准采集；以获得更加准确全面的大气污染物多组分污染数据，为大气环境监测提供了更加有效的监测。
18.2.本发明的控制方法中，通过监测装置内的监测控制模块作为远程控制的媒介，接收远程控制信号进而控制真空泵和电磁阀开关、流量；通过数据传输模块共享与传输高空与地面的数据，无人机搭载的大气污染物多组分监测系统可随时根据大气污染状况做出调整，使得监测结果更加准确全面，实现在监测时间上的灵活控制。对于挥发性有机物的采样研究，大气监测技术方法以及大气污染物监控都提供了更加广泛的思路。
附图说明
19.图1为本发明的无人机搭载的大气污染物多组分监测系统的结构分解示意图。
20.图2为本发明的无人机搭载的大气污染物多组分监测系统的结构示意图；
21.图3为本发明的用于无人机搭载的大气污染物多组分监测系统的控制方法流程框图；
22.图4是本发明的用于无人机搭载的大气污染物多组分监测系统的控制装置的示意图。
23.图中：1、无人机；2、大气污染物多组分监测装置；21、外壳；3、挥发性有机物采样装置；31、苏玛罐；32、电磁阀；4、地面服务器；51、第一搭载平台；52、第二搭载平台；53、第一连接组架；54、第二连接组架；6、落地架。
具体实施方式
24.下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
25.实施例1
26.结合图1至图2所示，说明本发明实施例提供的一种无人机搭载式大气污染物多组分监测系统，包括无人机1和装载于无人机的大气污染物多组分监测装置2和挥发性有机物采样装置3；大气污染物多组分监测装置2包括监测控制模块、真空泵(未示出)和传感器组件(未示出)，真空泵的进气端口与大气相通，第一出气端口与传感器组件所在空间连通。挥发性有机物采样装置3包括多个苏玛罐31和多个电磁阀32，每个苏玛罐31均与真空泵的第二出气端口连通，且连通的管路上均接入电磁阀32；真空泵的控制端、多个电磁阀的控制端均与监测控制模块电连接；传感器组件的传感输出端与监测控制模块的数据采集端口电连接。
27.本实施例1中，在无人机1上搭载监测装置2和采样装置3，以使得无人机1将两者带到高空中对大气进行检测，用于不同高空高度下多种大气污染物的监测和挥发性有机物的定点精准采集；以获得更加准确全面的大气污染物多组分污染数据，为大气环境监测提供了更加有效的监测。
28.无人机可以按照所述飞行轨迹进行三维立体空间监测，实时获取目标监测区域的多组分大气污染物浓度并采集对应高度的大气样品，数据实时同步传输到地面；即可实现大气检测的六元指标体系中o3、no、no2、co、so2和颗粒物的检测；高空监测活动结束，取下苏玛罐，利用采集的高空大气vocs样品，待实验室分析即可得到不同高度处110种以上的vocs的污染数据。
29.本实施例中，传感器组件设置在一个相对密闭的空间内，利用真空泵将待检测大气泵入该空间内，该空间内的气流稳定，有利于传感器组件的检测效率和检测结果的稳定性。该空间的构建不限定，可以是单独为传感器组件构建的壳体，使传感器组件位于该壳体内腔中，真空泵的第一出气端口与该壳体内腔连通；也可以是将传感器组件与大气污染物多组分监测装置的其他部件一起布置于一个外壳内，只要真空泵的第一出气端口敞口，使大气直接进入外壳内腔即可。
30.在一些实施例中，大气污染物多组分监测装置2还包括外壳21，监测控制模块、真空泵和传感器组件设置于外壳21内。外壳21上开设有进气孔(未示出)和出气孔(未示出)，进气孔与真空泵的进气端口连接，以将外界大气泵入；真空泵的第二出气端口上连接出气
管路并由外壳的出气孔穿出以与苏玛罐连通。则外壳21的内部空间即为传感器组件所在空间。
31.外壳21的内侧壁设置有隔热材质层，例如，隔热棉，质轻，隔热效果好。可以保持外壳21内的温度相对恒定，保护传感器不受外界温度波动的影响。
32.在执行飞行监测任务时，大气污染物多组分监测装置2的监测控制模块能够接收地面服务器4发生的远程控制信号，以对机载的真空泵、传感器组件和电磁阀等进行控制，并能够将传感器组件采集的数据远程传输至地面服务器4，因此，监测控制模块需要具有控制、数据采集、数据转换以及远程传输等功能。示例地，监测控制模块包括远程控制子模块、数据采集子模块和数据传输子模块，远程控制子模块分别与真空泵的控制端、电磁阀的控制端、传感器组件的供电端电连接，远程控制子模块接收远程控制信号，用于控制真空泵、电磁阀和传感器组件，具体地，控制真空泵和电磁阀的动作，以及启动向传感器组件供电。数据采集子模块的输出端与数据传输子模块的输入端电连接，数据采集子模块的输入端与传感器组件的传感输出端电连接，接收传感器组件获取的大气污染物模拟量检测数据并转换为数字量检测数据并将其输出。
33.其中，控制真空泵和电磁阀的动作，包括控制真空泵的启动/停止和气体流量，控制电磁阀的打开/关闭。
34.可选地，真空泵具有可编程控制电路且安装有稳流器，可以调节流量大小。稳流器连接于远程控制模块，通过远程控制模块控制进气流量大小，并实时反馈到地面。
35.本实施例中，传感器组件用于检测大气污染物，依据实际需求确定选用具体的传感器类型。可选地，传感器组件包括颗粒物传感部件和多组分检测传感部件，颗粒物传感部件的传感输出端与所述数据采集子模块的输入端电连接；所述多组分检测传感部件的传感输出端与所述数据采集子模块的输入端电连接。
36.其中，多组分检测检测传感部件能够检测大气中o3、no、no2、co和so2等污染物的含量。多组分检测检测传感部件采用集成式传感部件或者多个独立式传感部件，以及实际需求确定。多组分检测检测传感部件和颗粒物传感部件采用市售产品。
37.本实施例中，数据传输子模块将传感器组件获取的检测数据输出至云平台，相当于小网站，地面工作人员登录云平台查看实时数据变化，可以在地面远程监控，实现高空远程大气监测，不仅可以监测大气污染物的垂直立体分布，还可以覆盖到人工难以抵达的采样区域点，而且实现了监测时间、地点的自由度，有效提高了大气监测的效率和有效性，并且可以同时获得多重信息，减少劳动力和时耗。
38.本实施例中，苏玛罐31的数量依据无人机的载荷量确定，只要在将苏玛罐全部灌装气体后的总重量不会导致超出无人机的最大载荷即可。每个苏玛罐的容积依据实际检测任务确定，例如，苏玛罐的容积为1l、2l、3l或其他容积的量等。
39.本发明实施例中，无人机搭载式大气污染物多组分监测系统的用电来源可以是由无人机供电，也可以自带电池供电。可选地，监测系统还包括电池(图未示)，用于为系统内各需电部件供电。具体地，电池设置于大气污染物多组分监测装置2的外壳21内。电池采用高效能储能一体三元锂电池，体型小，轻便易安装，可以为传感器连续供电提高传感器稳定性，以及为真空泵和电磁阀供电；另一方面不消耗无人机的电力，减轻无人机的供电压力。
40.本发明实施例中，大气污染物多组分监测装置和挥发性有机物采样装置装载于无
人机上的装载结构不限定，本发明实施例中给出一种具体装载结构，参见下述实施例3。
41.实施例2
42.本实施例2与实施例1不同的是，在实施例1的基础上，无人机搭载式大气污染物多组分监测系统，还包括除湿装置，除湿装置串联或并联接入真空泵的进气端口的进气管路上，且除湿装置的控制端与监测控制模块电连接，以控制启动或停止除湿装置。在除湿装置并联接入真空泵的进气端口的进气管路上的情况下，根据大气湿度确定是否经过除湿装置进行除湿处理。
43.一种示例中，真空泵的进气端口的进气管路上串联接入除湿装置，在大气进入真空泵之前均进行除湿处理。
44.另一种示例中，真空泵的进气端口的进气管路上并联接入除湿装置，即，在真空泵的进气端口上接入两个并联支路，一个除湿并联支路，一个非除湿并联支路(即位于除湿并联支路两个端点之间的进气管路段)；且在两个并联支路上均设置控制阀，监测控制模块以根据大气湿度确定导通除湿并联支路并启动除湿装置以使大气经过除湿装置进行除湿处理，或者导通非除湿并联支路以使大气不经过除湿装置直接进入真空泵。其中，两个并联支路上设置的控制阀为常闭状态。
45.大气湿度通过湿度传感器获取，监测控制模块直接接收湿度传感器获取的大气湿度信号。可选地，湿度传感器的传感输出端与数据采集子模块的输入端电连接，湿度传感器输出电压模拟量信号，数据采集子模块接收电压模拟量信号并转换为湿度数字量信号；远程控制模块的输入端与数据采集子模块的输出端电连接，远程控制模块接收数据采集子模块传输的湿度数字量信号，远程控制模块将湿度数字量信号与预设湿度值进行比较，当湿度数字量信号小于预设湿度值时，控制导通除湿并联支路并启动除湿装置以使大气经过除湿装置进行除湿处理；当湿度数字量信号大于预设湿度值时，控制导通非除湿并联支路以使大气不经过除湿装置直接进入真空泵。
46.实施例3
47.如图2所示，无人机搭载的大气污染物多组分监测系统，包括无人机1和搭载于无人机1上的大气污染物多组分监测装置2和挥发性有机物采样装置3，其中还包括连接组架，设置于无人机1的机体下方。搭载平台包括第一搭载平台51和第二搭载平台52，第一搭载平台51通过第一连接组架53连接至无人机1的机体底壁上，第二搭载平台52位于第一搭载平台51下方，并通过第二连接组架54连接至第一搭载平台51底面上。大气污染物多组分监测装置2装配至第一搭载平台51上，挥发性有机物采样装置3安装至第二搭载平台52上。
48.无人机1还设置有落地架6，以第二搭载平台52的底面与落地架6的支撑面位于同一水平面上的方式，将第二搭载平台52连接至落地架6上。加强连接组架的强度，还能提高无人机落地时的稳定性。
49.第一连接组架51为对称分布的可拆卸和伸缩的金属杆；所述第二连接组架32包括固定的金属杆和可旋转的金属杆；所述可旋转的金属杆设有卡扣，用于固定所述可旋转的金属杆。固定的金属杆和可旋转的金属杆方便第二搭载平台42的旋进旋出，便于苏玛罐21的安装与卸取。
50.大气污染物多组分检测装置2通过金属卡扣固定在所述第一搭载平台51上，卡扣中间装有橡胶软垫，减少飞行对监测仪稳定性的影响。
51.第二搭载平台52上还设有放射状排列的多个金属弹簧夹，并安装与弹簧夹数量相同的三通电磁阀，通过聚四氟乙烯管将苏玛罐31，电磁阀31，真空泵的出气管路相连。可依据实际需要安装合理数量的苏玛罐31。
52.可选地，在第一搭载平台51上开设穿孔，真空泵的第二出气端口上连接的出气管路穿过该穿孔与第二搭载平台52上的多个苏玛罐连通。
53.本实施例中，连接组架选择质轻且强度高的材料。
54.实施例4
55.一种用于无人机搭载式大气污染物多组分监测系统的控制方法，无人机搭载式大气污染物多组分监测系统采用前述实施例1中记载的任一种，结合图3所示，控制方法包括以下步骤：
56.s10、根据目标调查区域的排放源信息，确定目标监测区域。
57.这里，排放源信息包括排放源类型、排放源位置和排放源范围等静态参数确定，当然也可以通过无人机巡航，进行大气污染情况初步检测，由初步检测结果确定大气污染状况，然后根据大气污染状况确定目标监测区域。一般情况下，目标监测区域包括平面区域或者三维立体空间。依据实际检测需求确定。
58.可选地，该目标监测区域转换为三维地图数据库导入无人机的控制系统中，以能够在无人机的控制系统的软件界面中示出该目标监测区域的三维地图，从而可以在地面进行远程监控。
59.可选地，本步骤s10中，还包括：在目标监测区域内对重点排放源以及功能区进行标注。具体地，将重点排放源以及功能区转换为与三维地图数据匹配的位置信息，并导入无人机的控制系统中，并标注在无人机的控制系统的软件界面示出的目标监测区域的三维地图上。更立体且直观的观察目标监测区域，以更精准的确定飞行轨迹和识别污染源。其中，功能区依据区域的社会环境、社会功能、自然环境条件及环境自净能力等确定和划分，例如，学校(教育区)、商业区、居民区、工业区、农业种植区、森林区等。
60.s20、根据步骤s10的目标监测区域、排放源特征和调查目的，制定预设飞行轨迹，并确定预设检测位置。
61.这里，排放源特征包括多点散布式、区域集中式、突发式。
62.调查目的是指打算获得目标监测区域内哪些位置或剖面的大气污染状态，例如，调查目的包括获取指定高度上的多个点源的大气污染状况，或者获取指定高度剖面的面源的大气污染状况，或者获取同一垂直方向上不同高度定点位置处的多个点源的大气污染状况。
63.可选地，预设飞行轨迹包括环形飞行路线、多边形飞行路线和定点垂直/水平飞行路线中的一种或其中多种的逻辑组合。
64.其中，环形飞行路线为在水平面上呈环形的飞行路线，能够了解一个高度剖面的污染情况。这里的环形排除呈多边形的环形，至少包括部分路线为曲线的环形路线，例如，圆形、椭圆形、半圆形等。在沿环形飞行路线飞行过程中，由飞行起点位置环形再飞回至该飞行起点位置，真空泵一直处于启动状态，电磁阀一直呈开启状态，在飞行过程中进行检查。即，苏玛罐内采集的是该环形飞行路线上的混合大气。
65.多边形飞行路线也为在水平面上的飞行路线，在能够了解一个高度剖面的污染情
况的同时，还能够了解点源的污染情况。在沿多边形飞行路线飞行过程中，在无人机飞行至多边形飞行路线的顶角位置时，分别进行悬停检测。可选地，多边形飞行路线包括方形飞行路线、三角形飞行路线或者五边形飞行路线等，依据污染点源的分布情况确定即可。
66.定点垂直/水平飞行路线是定点起飞，沿垂直或水平方向飞行，并在飞行直线上确定几个定点检测点，并在定点检测点上进行悬停检测，从而获得沿垂直或水平方向上的大气污染物分布情况。
67.在实际检测时，目标监测区域一般划定为一个三维立体空间，故预设飞行轨迹包括多个不同高度的环形飞行路线和实现飞行至不同高度的定点垂直飞行路线(定义为多环形飞行轨迹)；或者，预设飞行轨迹包括多个不同高度的多边形飞行路线(例如，方形飞行路线)和实现飞行至不同高度的定点垂直飞行路线(定义为多方形飞行轨迹)；或者，预设飞行轨迹包括一个多个定点垂直飞行路线(定义为定点垂直飞行轨迹)，每一垂直飞行路线上设定多个不同高度的定点位置。
68.具体地，以多环形飞行轨迹为例，在按照预设的多环形飞行轨迹执行飞行的过程中，首先由定点飞行至第一高度定点，以该第一高度定点为起点，依据环形飞行路线(或方形飞行路线)飞行并回到该第一高度定点；然后垂直飞行至第二高度定点，再以该第二高度定点为起点，依据环形飞行路线飞行并回到该第二高度定点；然后垂直飞行至第三高度定点，再以该第三高度定点为起点，依据环形飞行路线飞行并回到该第三高度定点；依次类推，完成预设飞行。
69.即预设飞行轨迹可以是环形飞行路线、多边形飞行路线和定点垂直/水平飞行路线中的多种的逻辑组合，以获取目标监测区域内更精准的大气污染状况。
70.预设检测位置是在确定预设飞行轨迹的时候即以确定。一般情况下，预设检测位置为多个，以获得不同位置的大气污染参数，从而获得目标监测区域内的大气污染情况。如多环形飞行轨迹中的不同高度定点(即飞行起点)为预设检测位置；多方形飞行轨迹中的每一方形飞行路线的多个顶角位置为预设检测位置；定点垂直飞行轨迹中的多个定点位置为预设检测位置。
71.s30、根据预设飞行轨迹，确定检测模式；检测模式包括悬停检测模式和飞行检测模式。根据预设飞行轨迹和检测模式，获得第一检测参数和第二检测参数。
72.根据步骤s20中的关于预设飞行轨迹的说明，可知，根据调查目的是获取指定高度上的多个点源或者指定高度剖面的面源的大气污染状况，还是获取同一垂直方向上不同高度位置处的多个点源的大气污染状况，确定无人机的预设飞行轨迹。可知，检测模式包括悬停检测模式和飞行检测模式。
73.顾名思义，悬停检测模式是无人机处于悬停状态时进行检测和采样，悬停检测模式能够对定点进行检测。飞行检测模式是无人机在飞行过程时进行检测和采样。不同检测模式下的检测参数不同，对大气污染物多组分监测装置和挥发性有机物采样装置进行不同的控制。
74.具体地，悬停检测模式下，第一检测参数包括悬停检测时间t1和真空泵流量l1；第二检测参数包括悬停时间t1。其中，悬停时间t1等于或略大于悬停检测时间t1，保证在是飞机悬停状态下进行监测。根据苏玛罐的容积确定悬停检测时间t1和真空泵流量l1。
75.可选地，悬停检测时间t1为2～3min，真空泵流量l1为5～12l/min。
76.飞形检测模式下，第一检测参数包括飞行检测时间t2和真空泵流量l2；第二检测参数包括飞行速率v。在预设飞行轨迹确定的情况下，环形飞行中一个环形飞行路径长度l2已经确定，那么，完成一个环形飞行所需的飞行时间由飞行速率决定。而飞行检测时间t2等于飞行时间。
77.飞行检测模式下，无人机的飞行速率依据实际情况确定即可，例如，50km/h。
78.苏玛罐的数量依据预设飞行轨迹中的监测次数确定，保证有足够的苏玛罐用于每次监测采样。在苏玛罐的数量确定后，每个苏玛罐的容积则依据无人机的载荷量确定，只要在将所有苏玛罐全部灌装气体后的总重量不会导致超出无人机的最大载荷即可。一般情况下，悬停检测模式下，监测定点相对多，所需苏玛罐数量相对多，而每个定点的气体采样体积可以少一些，因此，苏玛罐的容积可以小一些，例如，1l或2l等。飞行检测模式下，监测的高度剖面数量相对少，所需苏玛罐数量相对少，而整个飞行路径的气体采样体积需要多一些，因此，苏玛罐的容积需要大一些，例如，3l或更大容量等。
79.s40、无人机的控制系统接收预设飞行轨迹，并在无人机飞行进入目标监测区域后根据该预设飞行轨迹执行飞行。
80.即在无人机未进入目标监测区域内时，无人机的飞行参数不限定，依据常规操作将无人机控制飞入目标监测区域内。通过无人机的控制系统的软件界面中示出的目标监测区域的三维地图，当无人机的位置进入目标监测区域内即可确定无人机飞行进入目标监测区域，此时，无人机按照预设飞行轨迹执行飞行。
81.s50、当无人机到达预设检测位置时，监测控制模块接收相应检测模式的第一检测参数，并根据第一检测参数控制所述真空泵、所述传感器组件和一个所述电磁阀；无人机的控制系统接收相应检测模式的第二检测参数，并控制无人机根据第二检测参数和预设飞行轨迹执行飞行。
82.无人机到达预设检测位置时，即要开始执行检测动作。预设检测位置参见前述步骤s20的相关内容。
83.这里的第一检测参数和第二检测参数具体参见步骤s30和s40，根据无人机的预设飞行轨迹确定相应的检测模式，进一步依据相应检测模式和预设飞行轨迹获得第一检测参数和第二检测参数。
84.例如，多环形飞行轨迹中，检测模式为飞行检测模式，则第一检测参数包括飞行检测时间t2和真空泵流量l2，第二检测参数包括飞行速率v。具体应用参见下述的应用实例1至5。
85.多方形飞行轨迹或定点垂直飞行轨迹中，检测模式为悬停检测模式，则第一检测参数包括悬停检测时间t1和真空泵流量l1；第二检测参数包括悬停时间t1。具体应用参见下述的应用实例1至5。
86.s60、当确定检测结束时，控制关闭电磁阀、传感器组件和真空泵；无人机继续根据预设飞行轨迹执行飞行。
87.这里，确定检测结束，以悬停检测时间、无人机的悬停时间(悬停检测模式)或者无人机飞行回到该次检测的预设检测位置(飞行检测模式)为准。完成在一个预设检测位置的一次检测。
88.结束当前预设检测位置的检测后，无人机继续根据预设飞行轨迹飞行，当飞行至
下一预设检测位置时，再执行步骤s50和s60的步骤，直至飞行结束，完成整个预设飞行轨迹的监测任务。
89.本发明实施例的控制方法中，在检测期间内，大气污染物多组分监测装置的监测控制模块能够将传感器组件实时检测的污染物检测数据输出。此时，地面服务器可实时获取污染物检测数据，以实时监控并分析。当然，也可以是把污染物检测数据输出至第三方云平台，地面工作人员登陆云平台下载检测数据并进行分析。
90.可选地，在根据预设飞行轨迹执行飞行时，同步记录飞行开始时间和飞行结束时间。
91.可选地，在达到预设检测位置执行检测时，同步记录检测开始时间和检测结束时间。从而确定检测时间以确定是否结束检测。
92.在执行本实施例的控制方法的过程中，大气污染物多组分监测装置中包括除湿装置且串联接入所述真空泵的进气端口的进气管路上时，在检测时，同时控制除湿装置启动。当包括除湿装置且并联接入所述真空泵的进气端口的进气管路上时，通过监测装置的检测控制模块内的控制逻辑完成除湿装置以及两个并联支路的导通控制；该控制过程在监测控制模块接收到第一检测参数时运行，保证大气顺畅且及时地被泵入到传感器组件所在空间以及苏玛罐内，进行检测。
93.本发明实施例的控制方法中，步骤s50中，在进行检测时，需要开启一个电磁阀，以将大气采样至对应的苏玛罐内。因此，在不同的预设检测位置进行检测时，需要开启不同的电磁阀，以将大气采样至不同的苏玛罐内。
94.因此，在一些实施例中，预设检测位置为多个；将多个预设检测位置与多个苏玛罐建立一一对应关系，每一苏玛罐与相对应的电磁阀建立对应关系；当所述无人机到达预设检测位置时，监测控制模块接收的所述第一检测参数还包括电磁阀特征编号；所述监测控制模块还根据所述电磁阀特征编号打开相应的电磁阀。电磁阀特征编号对应于苏玛罐的特征编号，进而对应于预设检测位置的特征编号，使得能够有效追溯苏玛罐内的大气采集样品的采用位置。
95.下面给出具体应用实例，来进一步说明本发明实施例的用于无人机搭载式大气污染物多组分监测系统的控制方法。
96.应用例1调查农田和森林复合区的大气状况
97.以实施例2的无人机搭载式大气污染物多组分监测系统为基础，其中，苏玛罐数量为6个，每个容积为1l。控制方法包括：
98.s11、根据农田和森林复合区的排放源信息，确定目标监测区域为复合区上方的区域。
99.s21、制定预设飞行轨迹，定点垂直飞行轨迹，并以飞行高度5m、20m、50m、150m、300m和500m为预设检测位置。并限定定点垂直飞行轨迹由高空向低空飞行。
100.s31、根据定点垂直飞行轨迹，确定为悬停检测模式；进一步获得第一检测参数：悬停检测时间2分钟，真空泵流量10l/min；第二检测参数：悬停时间2.5分钟。
101.s41、选择空旷平坦的区域作为起飞点，在无人机飞行进入目标监测区域后根据定点垂直飞行轨迹执行飞行。
102.s51、无人机到达500m高度，悬停稳定后，监测控制模块接收悬停检测模式的第一
检测参数，控制启动真空泵、传感器组件和一个电磁阀(例如，1号电磁阀)，并控制真空泵气体流量为10l/min。同时，无人机的控制系统接收悬停检测模式的第二检测参数，控制无人机悬停2.5min。
103.s61、当启动真空泵开始悬停检测起2min，控制关闭电磁阀、传感器组件和真空泵；悬停时间达到2.5min，无人机继续根据预设飞行轨迹执行飞行。
104.步骤s51和s61完成第一个预设检测位置的检测，接下来无人机飞行到300m高度的第二个预设检测位置，重复执行步骤s51和s61中的控制过程；如此，依次完成150m、50m、20m和5m高度的预设检测位置的检测，飞行结束，完成整个定点垂直飞行轨迹的监测任务。
105.整个监测任务在30min内完成，将挥发性有机物采样装置中的所有苏玛罐(6个)的阀门顺时针旋转3-5圈拧紧，取下大气污染物多组分监测装置和挥发性有机物采样装置，苏玛罐恒温避光保存，样品待实验室分析，保存监测装置数据。系统气路和除湿装置根据情况及时清洗和更换。
106.应用例2调查污染排放较严重的工业区的大气情况
107.以实施例2的无人机搭载式大气污染物多组分监测系统为基础，其中，苏玛罐数量为3个，每个容积为3l。控制方法，包括：
108.s12、根据污染排放较严重的工业区的排放源信息，确定目标监测区域为密集排放源上空的高空区域。
109.s22、制定预设飞行轨迹，工业区的排放源密集，为区域集中式，确定为多环形飞行轨迹，根据工业园区面积设置飞行半径为2km，了解点源污染对大气不同高度剖面的影响。其中，确定高度分别为10m、50m和150m的高度剖面的环形飞行路线和一个垂直飞行路线，该垂直飞行路线上10m、50m和150m的高度定位为预设检测位置。并限定定点垂直飞行轨迹由高向低飞行。
110.s32、根据多环形飞行轨迹，确定为飞行检测模式；进一步获得第一检测参数：飞行检测时间10～15分钟，真空泵流量1.5l/min；第二检测参数：飞行速率50km/h。
111.s42、选择空旷少人且靠近工业区的周边位置作为起飞点，在无人机飞行进入目标监测区域后根据多环形飞行轨迹执行飞行。
112.s52、无人机到达150m高度的第一高度位置(第一预设检测位置)，监测控制模块接收飞行检测模式的第一检测参数，控制启动真空泵、传感器组件和一个电磁阀(例如，1号电磁阀)，并控制真空泵气体流量为1.5l/min，飞行检测时间10～15分钟。同时，无人机的控制系统接收飞行检测模式的第二检测参数，控制无人机以50km/h的飞行速率飞行，以按环形路线飞行。
113.s62、当无人机飞行回到第一高度位置(第一预设检测位置)时，确定采用完毕，控制关闭电磁阀、传感器组件和真空泵；无人机继续根据预设飞行轨迹执行飞行。
114.步骤s52和s62完成第一个预设检测位置的检测，接下来无人机飞行到50m高度的第二个预设检测位置，重复执行步骤s52和s62中的控制过程；再依次完成10m高度的预设检测位置的检测，飞行结束，完成整个多环形飞行轨迹的监测任务。
115.整个监测任务在1h内完成，将挥发性有机物采样装置中的所有苏玛罐(3个)的阀门顺时针旋转3-5圈拧紧，取下大气污染物多组分监测装置和挥发性有机物采样装置，苏玛罐恒温避光保存，样品待实验室分析，保存监测装置数据。系统气路和除湿装置根据情况及
时清洗和更换。
116.应用例3调查污染排放较严重的工业区的大气状况
117.以实施例2的无人机搭载式大气污染物多组分监测系统为基础，其中，苏玛罐数量为5个或10个，每个容积为1l。控制方法包括：
118.s13、根据污染排放较严重的工业区的排放源信息，确定目标监测区域为工业区的上风向区域和下风向区域。
119.s23、制定预设飞行轨迹，包括在上风向区域的定点垂直飞行线路和下风向区域的定点垂直飞行路线，并以飞行高度5m、15m、30m、50m、100m为预设检测位置；两个定点垂直飞行路线相隔2km。并限定定点垂直飞行轨迹由高空向低空飞行。
120.s33、根据定点垂直飞行轨迹，确定为悬停检测模式；进一步获得第一检测参数：悬停检测时间2分钟，真空泵流量8l/min；第二检测参数：悬停时间2分钟。
121.s43、选择空旷平坦的区域作为起飞点，在无人机飞行进入目标监测区域后根据定点垂直飞行轨迹分别执行飞行。
122.s53、首先在上风向区域内无人机到达100m高度，悬停稳定后，监测控制模块接收悬停检测模式的第一检测参数，控制启动真空泵、传感器组件和一个电磁阀(例如，1号电磁阀)，并控制真空泵气体流量为8l/min。同时，无人机的控制系统接收悬停检测模式的第二检测参数，控制无人机悬停2min。
123.s63、当启动真空泵开始悬停检测起2min时，控制关闭电磁阀、传感器组件和真空泵；悬停时间达到2.5min，无人机继续根据预设飞行轨迹执行飞行。
124.步骤s53和s63完成第一个预设检测位置的检测，接下来无人机飞行到50m高度的第二个预设检测位置，重复执行步骤s53和s63中的控制过程；如此，依次完成30m、15m和5m高度的预设检测位置的检测，飞行结束，完成整个定点垂直飞行轨迹的监测任务。
125.整个监测任务在30min内完成，将挥发性有机物采样装置中的所有苏玛罐(5个或10个)的阀门顺时针旋转3～5圈拧紧，取下大气污染物多组分监测装置和挥发性有机物采样装置，苏玛罐恒温避光保存，样品待实验室分析，保存监测装置数据。系统气路和除湿装置根据情况及时清洗和更换。
126.本应用例中，苏玛罐的数量可以与一个定点垂直飞行路线上的定点位置数量一致，这样在执行完一个定点垂直飞行路线飞行后，可更换为5个空苏玛罐再执行下一个定点垂直飞行。当然，在无人机载荷允许的情况下，在达到采样量体积的要求下，可以放置10个苏玛罐。
127.应用例4调查突发污染事件周边的大气状况
128.以实施例2的无人机搭载式大气污染物多组分监测系统为基础，其中，苏玛罐数量为3个，每个容积为1l。控制方法包括：
129.s14、根据突发污染事件周边的排放源信息，确定目标监测区域为突发污染源下风向2～3km范围的区域。突发事件为某化工厂不明原因起火，浓烟高度约24m，
130.s24、制定预设飞行轨迹，定点垂直飞行轨迹，并以飞行高度5m、15m和25m为预设检测位置。并限定定点垂直飞行轨迹由高空向低空飞行。
131.s34、根据定点垂直飞行轨迹，确定为悬停检测模式；进一步获得第一检测参数：悬停检测时间2分钟，真空泵流量5l/min；第二检测参数：悬停时间2分钟。
132.s44、无人机起飞点，在无人机飞行上升至25m进入目标监测区域，根据定点垂直飞行轨迹执行飞行。
133.s54、无人机到达25m高度，悬停稳定后，监测控制模块接收悬停检测模式的第一检测参数，控制启动真空泵、传感器组件和一个电磁阀(例如，1号电磁阀)，并控制真空泵气体流量为5l/min。同时，无人机的控制系统接收悬停检测模式的第二检测参数，控制无人机悬停2min。
134.s64、当启动真空泵开始悬停检测起2min，控制关闭电磁阀、传感器组件和真空泵；悬停时间达到2min，无人机继续根据预设飞行轨迹执行飞行。
135.步骤s54和s64完成第一个预设检测位置的检测，接下来无人机飞行到15m高度的第二个预设检测位置，重复执行步骤s54和s64中的控制过程；如此，再完成5m高度的预设检测位置的检测，飞行结束，完成整个定点垂直飞行轨迹的监测任务。
136.整个监测任务在20min内完成，将挥发性有机物采样装置中的所有苏玛罐(3个)的阀门顺时针旋转3～5圈拧紧，取下大气污染物多组分监测装置和挥发性有机物采样装置，苏玛罐恒温避光保存，样品待实验室分析，保存监测装置数据。系统气路和除湿装置根据情况及时清洗和更换。
137.应用例5调查污染排放分散的区域的大气情况
138.以实施例2的无人机搭载式大气污染物多组分监测系统为基础，其中，苏玛罐数量为12个，每个容积为1l。控制方法包括：
139.s15、根据污染排放分散区域的排放源信息，确定目标监测区域为多点散布式排放源上空的高空区域。
140.s25、制定预设飞行轨迹，排放源分散，为多点散布，确定为多方形飞行轨迹，根据区域面积设置为2km
×
2km的方形，了解分散点源污染对大气不同高度剖面的影响。方形飞行路线的4个顶角位置位于该区域的4个主要污染源上方，按顺时针飞行。其中，确定高度分别为10m、30m和50m的高度剖面的方形飞行路线和一个垂直飞行路线，该垂直飞行路线上具有10m、30m和50m的高度定位点，分别作为3个方形路线上的一个顶角。并限定定点垂直飞行轨迹由高向低飞行。
141.s35、根据多方形飞行轨迹，确定为悬停检测模式；进一步获得第一检测参数：悬停检测时间2分钟，真空泵流量12l/min；第二检测参数：悬停时间2分钟。
142.s45、选择空旷少人且靠近区域位置作为起飞点，在无人机飞行进入目标监测区域后根据多环形飞行轨迹执行飞行。
143.s52、无人机到达50m高度的第一高度位置(第一预设检测位置)，监测控制模块接收飞行检测模式的第一检测参数，控制启动真空泵、传感器组件和一个电磁阀(例如，1号电磁阀)，并控制真空泵气体流量为12l/min，飞行检测时间10～15分钟。同时，无人机的控制系统接收悬停检测模式的第二检测参数，控制无人机悬停2min。
144.s65、当启动真空泵开始悬停检测起2min，控制关闭电磁阀、传感器组件和真空泵；悬停时间达到2min，无人机继续根据预设飞行轨迹执行飞行。
145.步骤s55和s65完成第一个预设检测位置(第一顶角位置)的检测，接下来无人机飞行到50m高度的方形剖面的第二个预设检测位置(第二顶角位置)，重复执行步骤s55和s65中的控制过程；依次完成50m高度的方形剖面的第三顶角位置和第四顶角位置的检测，再飞
行回到第一顶角位置，完成50m高度的方形飞行路线的检测。然后，无人机降低至30m高度的方形飞行路线，顺次完成该30m高度方形飞行路线的4个顶角位置的检测。无人机继续降低至10m高度的方形飞行路线，顺次完成该30m高度方形飞行路线的4个顶角位置的检测。飞行结束，完成整个多环形飞行轨迹的监测任务。
146.整个监测任务在1h内完成，将挥发性有机物采样装置中的所有苏玛罐(12个)的阀门顺时针旋转3～5圈拧紧，取下大气污染物多组分监测装置和挥发性有机物采样装置，苏玛罐恒温避光保存，样品待实验室分析，保存监测装置数据。系统气路和除湿装置根据情况及时清洗和更换。
147.本发明实施例中，在进行起飞检测前，都需要对监测系统进行检查工作。具体地，先检测检测系统各气路的气密性，打开电源，通过真空泵进气，使用气泡水检查各气路是否漏气。检查远程控制子模块以及数据采集/传输子模块是否可以远程控制和数据信号传输，以及数据信号的质量如何。检查大气污染物多组分监测装置是否可以正常启动，数据是否可以正常采集，是否可以持续正常作业，监测活动前40分钟打开监测装置和真空泵，预热监测装置。之后将监测装置搭载平台与无人机连接固定，测试整个平台的稳固性。最后，将苏玛罐采样装置固定完毕，测试整个系统的稳固性。并确定基本的电量消耗状况，确保能量供应，无人机的正常飞行。而且苏玛罐在采样前使用99.999％高纯氮清洗并抽至10pa以下。
148.结合图4所示，本发明实施例提供一种用于无人机搭载的大气污染物多组分监测系统的控制装置，包括处理器(processor)100和存储器(memory)101。可选地，该装置还可以包括通信接口(communication interface)102和总线103。其中，处理器100、通信接口102、存储器101可以通过总线103完成相互间的通信。通信接口102可以用于信息传输。处理器100可以调用存储器101中的逻辑指令，以执行上述实施例的用于无人机搭载的大气污染物多组分监测系统的控制方法。
149.此外，上述的存储器101中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
150.存储器101作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序，如本公开实施例中的方法对应的程序指令/模块。处理器100通过运行存储在存储器101中的程序指令/模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中用于无人机搭载的大气污染物多组分监测系统的控制方法。
151.存储器101可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外，存储器101可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器。
152.本发明实施例提供了一种产品(例如：计算机、手机等)，包含上述的用于无人机搭载的大气污染物多组分监测系统的控制装置。
153.本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令设置为执行上述用于无人机搭载的大气污染物多组分监测系统的控制方法。
154.本发明实施例提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行上述用于无人机搭载的大气污染物多组分监测系统的控制方
法。
155.上述的计算机可读存储介质可以是暂态计算机可读存储介质，也可以是非暂态计算机可读存储介质。
156.本发明实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括一个或多个指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本公开实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质可以是非暂态存储介质，包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，randomaccess memory)、磁碟或者光盘等多种可以存储程序代码的介质，也可以是暂态存储介质。
157.本发明实施例还提供了一种用于无人机搭载式大气污染物多组分监测平台，包括前述实施例1至实施例3中任一种无人机搭载式大气污染物多组分监测系统和前述任一种用于无人机搭载式大气污染物多组分监测系统的控制装置。
158.以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。而且，本技术中使用的用词仅用于描述实施例并且不用于限制权利要求。
159.本技术所披露的实施例中，所揭露的方法、产品(包括但不限于装置、设备等)，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，可以仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例。另外，在本技术实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
160.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。