至无人机监测系统填补技术盲区，支持精准治理大气污染
发布时间：2023-02-10
伴随着1声开始降落的指令，在河北望都县农村环境研究站，新研制的无人机大气立体监测设备完成污染物监测和数据传输任务以后稳稳落地。
12月中旬，中国科学院生态环境研究中心痕量气体大气化学研究组协同多家单位成功展开了无人机大气立体监测系统实验。据项目负责人张成龙介绍，这1监测系统首次将低功耗大流量颗粒物采样技术、多通道真空气体采样技术与无人机技术结合，契合了当前大气污染科学迫切需要精细化监测的需求。
弥补大气环境监测和研究盲区
在对流层大气中，对装备进行保养和保护大气污染物多从近地面垂直向上或水平分散，作为大气化学反应重要驱动力的太阳辐射则自上而下传输。因此，张成龙认为，大气环境化学研究不能只关注近地面污染，还要关注1定高度范围内的大气层结构和成份变化，否则很难全面揭露对流层实际的大气化学反应进程。
此前已有多种大气环境垂直监测方法得到利用，如大气边界层塔、有人飞机、气球及气艇等。但边界层塔位置固定，高度通常在300米以下，且多建于城市地区;有人飞机只能在数百米及以上的高度飞行;气球或气艇抗风能力和移动性差，需要填充大量氦气，单次运行本钱高。这些方法已没法满足新时期大气污染研究的需求。
无人机的机动性和灵活性可以有效弥补上述缺点，让原来不容易接近的地方变得容易到达，使大气监测真正做到动态性和立体性。张成龙说，农村地区不同于城市地区，它的下垫面多为农田和低矮村落，大气污染物处于较低大气层，正好是无人机合适飞行和收集样本的高度。
无人机大气立体监测系统为农村大气面源污染的深入研究提供重要工具，也为区域大气氧化性、大气光化学进程及2次颗粒物构成等深入研究提供基础数据。
精准化大气研究工具
记者了解到，在中科院无人机大气监测系统实验成功之前，市场上已有少数无人机产品利用于环境监测领域并和政府环境执法活动展开合作。对此，为本次使电磁干扰控制在很小范围内无人机大气监测系统提供无人机装备的华翼天基科技有限公司相干负责人表示：市场上的无人机装备不但用于环保，也用于电力、消防等，其实不专业，只是搭载几种空气传感器，远但是车箱的全部缓冲器都必须更换远不能解决大气多样化和精准化的监测需求。
为此，张成龙带领团队为提升系统精准化做出了1系列努力。
在传感器选择阶段，研发团队找到曾对传感器精度做了长时间比对工作的南京信息工程大学教授庞小兵进行取经。庞小兵告知《中国科学报》记者，大气传感器会遭到大气温度、湿度、其他共存成份和电信号噪音的干扰，因此要通过量种技术手段下降上述因素对传感器精度的影响。
终，他们肯定了具有较强抗干扰能力、能在实际大气气体中提取信息的低功耗大流量颗粒物采样器、多通道真空气体采样器和传感器。传感器可1次性记录和传输10种参数，包括颗粒物、PM2.5和PM10等常规污染物参数。除此以外，采样装备随无人机升空之前，要经过地面标准台站的数据校准;无人机升空以后，还要保证提早计算设计好的采样器体积、续航能力等均满足远程控制、GPS3维定点悬停和搜集足够份量大气样品的要求。
该立体监测系统攻克了低功耗大流量颗粒物采样和多通道真空气体采样等关键技术，实现大气颗粒态、气态和液态等样品的立体化定点采样，为大气污染立体化的诊断提供重要的技术支持。
从无到有的科研创业
在张成龙看来，这次无人机大气监测系统的实验成功是1次从无到有的科研创业。没有充足的资金来源，参与研制并提供传感器、采样器、无人机的企业也没有向他索取任何费用，但他们却向着1个共同的目标努力。
这支由交叉学科领域的人员临时搭建的梦之队，不断突破技术难点，根据大气收集监测系统需要满足的科研要求对产品进行完善。华翼天基相干负责人表示：为了提升监测系统在高空搜集样品时的抗风能力和稳定性，我们专门为无人机设计了气动外形结构。
谈到无人机大气监测系统的利用前景，张成龙则认为1千个人有1千个想法。目前也有1些科研单位出于兴趣联系他们。在立体化精准化大气化学研究工具的利用前景以外，他大胆假想，未来在火灾、垃圾燃烧、环境污染执法等应急监测领域，无人机可以到达人们没法接近的地方发挥更大的作用，希望不同行业的人看到这个系统都能对其利用萌发不同的想法。
编辑点评
环境风险关乎广大人民大众的生命财产安全，面对突发环境事件，处置效力直接影响周边居民所受影响程度。现有监测网络主要依赖于固定站点和移动监测车，对车辆难以驶入的区域，若只依托人力，难以快速获知现场状态，应急人员的安全也遭到要挟，这大大增加了应急管理和决策的难度和风险。为解中国新材料产业大而不强决上述问题，在现有空气质量监测网基础上，积极发展和应用基于环境监测无人机等的新式监测技术，充分弥补现有监测网络缺点，消除现有固定监测网络盲区，增强环境监测能力。