【应用方案】无人机大气智慧监测解决方案

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向互动，满足实时、动态、自动、 互动等属性，以无人机产品链接 现实功能对象，触达城市管理多 种需求 02 自学习自优化： 辅助城市管理决策 以 无 人 机 产 品 + 云 网 端 + 场 景 Saas 实现对城市数据的深度学习， 推 动 智 慧城 市自我 优化运 行，满 足 政 、 企 、民 的按需 、即时 和精准 决 策需求 03 构建全局视野、精准映射、虚实交互、模拟仿真、智能干预的数字孪生治理体系，覆盖陆地和海域 无人机大气智能监测系统：完整技术架构 + 全方位功能部署 PaaS 能力 自然语言 人脸识别 智能安全管理 Storm 图像识别 Hadoop 自主导航 场地学习 IaaS 基础设施 Docker 容器 云存储 数据库 备份 管理人员 政府机构 商业合作伙伴 大数据 中台 AI 能力 中台 Spark NoSQL API 开发者 …… SDP 区块链 SDN 汽车 无人机 摄像头 智能穿戴 机器人 开发者接口 政府接口 园区接口 商业接口 AIoT Saas 应用 端 网 云 场景 MEC 边缘计算 门禁 eMBB 切片 WEB 容器 消息中间件 5G 高速专网 数据采集 数据仓库 数据分析与挖掘 数据可视化 污染物观测 特定监控 污染源搜索 环境巡查 污染物判定 智能部署，应用便捷 可利用无人机的自主飞行功能进行昼夜自动巡逻， 对巡逻区域出现的人员进行监控， 同时可利用 AI 识别技术，对车辆进行识别跟踪。 无人机设备与现有监控平台集成进行智能部署 可实现画面实时回传，远程操控等便捷应用 空中视角，全局掌控 无人机适合在城市等空间现场快速部署， 尤其适用于群体事件现场情况的全局掌控，以及事故现场的 拍照、火灾、现场勘测、有害物质区域侦查等 具有空中视角，便于证据抓取 不受交通制约 在追捕和交通事故需要到现场时， 路面交通如果出现大面积拥堵， 可利用无人机率先抵达现场进行跟踪或航拍取证， 为实施抓捕、事故责任认定提供数据支撑，大大提高效率 实施载体：无人机突破视觉限制 成为智慧城市的空中之眼 智能化 立体化 便捷化 飞行平台：垂直起降固定翼无人机 污染防控 环境污染调查 环境监测 提供解决方案及定制产品开发方案 污染源 / 物防控、环境污染调 查、环境监测是具有代表性的环境保护管理应 用场景 以客户需求为导向 林草资源测绘 林草成 提供解决方案及定制产品开发方案 以客户需求为导向 飞行平台：多旋翼无人机 多旋翼无人机可搭载可见光云台相机、红外热成像云台 相机、警报喊话器、探照灯等载荷设备，根据不同需求 安全高效完成抵近采证、声光告警、抛投物资等任 务，与长航时垂起无人机的大范围巡察形成互补 智能抛投云台 喊话器 双光云台 05/26/2025 10 采用多元化终端完成立体解决方案场景布局 多终端组合搭配，配合不同软件系统形成 一站式场景解决方案。真正实现智能控制、 智能操作、智能处置于一体的终端布局。 多元终端协同作用 执法用车载摄像头 安保巡逻机器人 AI 智能摄像头 垂直起降固定翼无人机 智能头盔 无人船 高清大屏 多旋翼无人机 机载气体监测仪 多光谱 / 高光谱相机 人脸识别摄像头 车辆识别摄像头 多旋翼无人机 感知设备层 网络层 操作设备层 手机 应急通讯车 环保执法车辆 4G/5G 传输网络 自组网 环保网闸 应用层 笔记本地面站 垂起固定翼无人机 环保视频专网 交换机 解析管理 算法管理 信息库 ... ... 各级别环保监控、 指挥中心  垂起固定翼无人机可助力环保部门建设空中巡逻网络，可有效与其他监控设备形成互补，甚至通过自组网络模块自动完成影像信息回采工作，以此帮助环保部门 形成现代化的城市环境保护巡视解决方案，推进环境治理建设  响应政府部门视频图像数据库、视频图像应用系统标准建设要求，设备感知回采数据结构化规范，有能力与各地环保省、市、县现有已建卡口系统无缝对接，并 融合政府公务大数据、云计算、机器视觉等关键技术，全面提升当地环保部门的视频图像实践应用成效 无人机大气智能监测系统：集成视频专网，形成空中巡逻队 05/26/2025 12 实施保障： AI 云计算平台，打造高效稳定运行基础 AI CLOUD 人工决策 人工智能 视频联网 机器视觉 图像解析 算法仓库 大数据平台 • 资源共享 • 权限管理 • GIS 应用 • 面部识别 • 物体识别 • 轨迹重构 • 算法审核 • 接口管理 • 算法描述 • 视图分析 • 协同计算 • 数据检索 • 数据统计 • 分析建模 • 数据展现 数据存储 深度学习 / 机器学习 专用容器集群 开放平台 政府决策者、企业管 理者、系统操作员 自主工作、自动识别、 自动决策 场 景 数 据 场 景 需 求 05/26/2025 13 实施保障：高速安全网络传输，提供系统稳定保障 中国电信 5G SDN Controller Network Slicing based on SDN 高速安全网 互联网 互联网服务 黑客攻击 中国移动 5G 5G 网络 机器人 云端大数据 +SAAS 政务级 Cloud 商业级 Cloud 中国联通 5G MEC Server MEC Server 无人机 摄像头 门禁 消费级 Cloud 通过互联网公网进行普通服务连接 通过高速安全网络进行专有服务连接 无 人 机 大 气 智 慧 监 测 系 统 解 决 方 案 无人机大气智能监测系统解决方案 污染防控 环境污染调查 环境监测 共同构建“天地空一体化”大气综合监测平台 与当地环境监测现有主站、雷达子站相结合 以无人机移动监测系统为平台的走航观测，实现对 特定污染源排放（颗粒物、 SO2 、 NO2 ）、突发污染事 件及区域污染输送进行快速准确的定位分析，对污染物排 放源进行非接触式监测和对污染物扩散进行跟踪，对污染 物进行大范围和垂直距离的连续、实时、快速监测等。 无人机大气智能监测系统具有极强的机动性，更能 发挥仪器的功能和作用，而且其观测资料更能代表区域性 大气成分的分布。 “ 天地空一体化”大气综合监测平台框架规划 机载 新都 无人机大气智能监测系统：实时监测、预警防控 · 实时远程采集 · 人工智能分析 · 电子沙盘污染情况实时映射 · 重大、重点污染提前预警 可为相关部门提前进行干预，从 而实现区域环境的实时性监控巡 逻提供有效依据，强有力地保护 和改善大气环境 基于数字孪生，融合大数据、人工智能、 5G 通信和三维建模技术 致力于打造“盆地大气环境监测最强大脑”  PGIS 图像数据采集  重点区域三维建模 大气智能监测中心 地理三维模型 实时数据回传 预警、决策、建议 AI 建模，智能比对 无人机自动巡航 污染源搜索 环境巡查（秸秆焚烧巡 查） 污染物判定 可有效对接多款 智慧城市管理云平台 无人机大气智能监测系统：航测 + 智能巡航实现高效管理 01 • 无人机可广泛应用于地理信息测绘、治安防控、电力巡检、油气巡检、 物流出行、特殊应用等领域 • 突发事件、灾难性事件，可进行画面实时传输，传供指挥者进行科学 决策和判断。无人机能快速进行紧急搜索和救援，也能作为通信中继 建立空中通信平台 02 03 • 需要进一步细化飞行器使用范围，拓展无人机落地应用场景，整合工 业级专业负载、研发定制化硬件软件，培养无人机实践应用人才 04 • 需要依托智慧新城市建设成果，运用大数据、云计算、人工智能等科 技手段，推进智感安防设施建设和联网应用 • 从“移动天眼”变成“智慧云大脑”，可直接进行资源调拨和指挥 高度集成现有视频平台，由信息化向智能化发展 适配多挂载需求，解锁多种任务 快速响应需求，操作简便 训战一体，重视无人机操作人才培养 无人机：从能用到好用，四大优势为需求场景赋能 负载介绍：工业级高端任务系统，响应日常功能需要 30 倍可见光 +25mm 红外光电吊舱 （以 TS01C 为例） 可以对监测区域进行拍照、视频，对污染浓度较大的可见 性染源如黑烟囱、秸秆焚烧等进行监控。 项 目 性能参数 稳定平台 转动范围 方位轴： n×360° 连续旋转俯仰轴： -110° ～ +10° （水 平方向为 0° ，向上为正） 最大角速度 ≥50°/s 最大角加速度 ≥90°/s2 瞄准线角位置精度 ≤2mrad 瞄准线稳定精度 ≤100µrad （ 1σ ）（ 2°/1Hz 、 1°/2Hz 摇摆） 高清可见 光变倍摄 像机 焦距 4.3mm ～ 129mm 光学变倍 30 倍连续变焦 连续变焦水平视场 63.7° ～ 2.3° 工作波段 0.4 ～ 0.9μm 有效像素 1920 × 1080 探测识别距离 条件：能见度≥ 15km ，大气温度 25℃ 目 标 目标尺寸 探测距离 识别距离 人 0.5×1.8m 5km 2km 车 辆 3×6m 10km 5km 长波非制 冷红外传 感器 工作波段 8 ～ 14μm 像元数 640×512 像元尺寸 12um NETD 50mk 焦距 25mm/F1.0 视场角 17.4º×14º 探测识别距离 条件：能见度≥ 10Km ，大气温度 25℃ 目标 目标尺寸 探测距离 识别距离 人 0.5×1.8m 0.4km 0.1km 车辆 3×6m 2km 0.5km 最小目标成像大小 4×3 像素 尺寸 ≤φ120mm×170mm 重量 ≤950g 标称直流电压 12V 工作电压 10~16V 功耗 平均功耗≤ 15W ，峰值功耗≤ 30W 通讯接口 一路 RS422 视频接口 一路 HD-SDI 工作温度 -20℃ ～ 60℃ 负载介绍：工业级高端任务系统，测量精准高效 高精度气体传感器 将所收集的气体数据信息转化为可用于分析的电信号。 目前，的气体传感器精度已经足够满足测量大气污染 物浓度的要求，尤其基于光离子化检测器 (PID) 方法 的传感器，其检出限精度甚至可以达到 ppb 级别 测量参数 VOCs O3 SO2 NO2 CO PM2.5/ PM10 温度 湿度 量程 0-50ppm 0-20ppm 0-100ppm 0-20ppm 0-1000ppm 0-1000ppm -20—80 摄氏度 0-99% 检出限 0.001ppm 0.015ppm 0.02ppm 0.015ppm 0.004ppm 3ppm 0.1 摄氏度 0.01% 测量原理 PID 电化学 电化学 电化学 电化学 激光散射 热敏电阻 湿敏电阻 负载介绍：工业级高端任务系统，功能特性丰富 高精度气体传感器 ● 软件与无人机完美适配 ● 上千种气体传感器可以随时更换，系统带有自动识别功能。 ● 外壳防水、防风、防尘、防撞击设计 ● 实时显示监测数据，并生成对应的趋势曲线。 ● 可查看历史实时数据，并同时生成曲线分析图，列表和图表样式显 示历史数据，方便对比查看。 ● 同 时 显 示 经 纬 度 、 高 度 、 飞 机 状 态 、 温 度 、 湿 度、 PM1 、 PM2.5 、 PM10 、 上千种气体实时浓度值。 ● 检测精度可达到 ppb 级 ● 实时无线传输数据到地面端，也可以通过 GPRS 实时传输到服务器。 (1) 实时数据展示 平台可对各类监测数据进行实时展示。将空气质量气体传感器 数据、有毒气体应急监测数据汇入到统一平台，统一管理，综 合展示。气体传感器数据以不同颜色代表不同污染级别。 (2) 历史数据查询 将各点位的历史监测数据进行简单的统计分析，例如日变化分 析、时间序列分析等，帮助采购方节约手动分析时间成本，同 时还能够帮助采购方了解基本污染状况 。 负载介绍：工业级高端任务系统，响应多场景需要 高精度气体传感器 国控点数据对比 100 小时同期对比 工业园区监测 储罐气体泄漏 火灾现场检测 石油管道检测 典型场景一：污染源搜索定位 搭载高清视频采集设备，配合数据链路，飞抵巡查区 域上空，对大气环境污染源进行巡查、监控， 一旦发现污染源立刻预警并完成取证，为环保 部门执法提供可靠依据。 还可搭载高清红外视频设备，配合数据链路，进行夜间 巡查，对夜间违法污染行为进行重点监控。 典型场景二：秸秆焚烧巡查 · 使用固定翼无人机搭载高清视频采集设备，配 合数据链路，进行大范围快速巡查，一旦发现疑似 焚烧点或黑斑，立即确定其所在位置的 GPS 坐标 并报送指挥中心 无人机的加入，为露天焚烧秸秆巡查提供了更为广阔的巡查视角，有效弥补了人工巡查的盲区， 建立了地空一体的立体巡查体系，真正做到了全覆盖、无死角、全天候的巡查， 并极大地提升了巡查效率、保证了取证效果，为相关部门进行秸秆禁烧工作提供了有效协助。 · 随后派遣多旋翼无人机抵近侦察，进行近距离 取证，为相关部门开展后续工作提供可靠的依据。 典型场景三：祭祀品焚烧巡查 在祭祀品禁烧重点时期，利 用无人机搭载可见光 / 红外 热成像镜头进行全天候高空 巡查，一旦发现疑似焚烧点， 立刻将焚烧点点位及取证照 片发送至地面监督员，以便 迅速赶往问题点位开展劝导、 制止工作，有效提高巡查效 率，及时发现、有效预防及 制止不文明祭祀现象 典型场景四：污染物指标快速判定 搭载移动气体检测仪，配合数据链路，可在水平范围、垂直梯度、固定 点位等多个角度进行数据采集，实时监测 PM2.5 、 PM10 、 CO 、 SO 等污染 物指标，根据数据结果锁定污染源位置，有效弥补地面固定式检测站的巡查盲 区。 污染物指标快速判定 无人机高效率实时成图，短时间内扫 描大面积区域，同步查看多种污染物 的扩散范围，快速锁定污染源位置， 为防止有毒气体进一步扩散的应急处 置方案提供更全面的分析。 无人机实时监控道路道路车辆流量， 尾气排放浓度，为颗粒物 (PM10 和 PM2.5) 的检测提供分析数据 无人机搭载光电吊舱，可实时并快速 监测到工厂排放情况，对于超量和超 标排放做到第一时间发现。 无人机可通过搭载相关载荷，对大气 中的成分进行采集分析。 污染的监测与防治成了国家关注的重点，也相继出台多项政策配合各部门对环境进行监管监测。 无人机结合气体分析检测仪器在大气环境监测的研发方面也越来越深入，为环境监管部门助力。 产学研合作：基于无人机观测的 PM2.5 垂直分布规律研究 （技术团队成员 2011 年曾参与上海交通大学智能交通与无人机应用研究中心项目合作） PM2.5 垂直分布规律 结合地图信息的气体格栅分布 结合高程的 3D 可视化数据分布 气体传感器获取的实测数据 产学研合作：基于无人机监测的城市环境大气污染物扩散数值模拟 1 试验方案 研究某电厂排气筒产生污染物对下风向住宅区 的影响。对污染源下风向住宅区的地面及高空 NO2 进行监测，同时对该问题采用 CFD 方法 进行数值模拟，将检测数据与数值模拟数据进 行对比，验证该方法的可行性。 2 无人机监测 NO2 的采集参照《环境空气 二氧化氮的测定 Saltzman 法》 ( GB /T 15435—1995) 中的对 应内容，采样装置经固定后由无人机搭载进行 高空采样。高空与地面采样时，采样流量均取 0.4 L /min ，采集气体样品 15 min ，共采样 6L, 无人机起飞与返航时间各预留 3min 。样品采集 完成、无人机返航后，将样品放置 20min ，用 水将采样瓶中的吸收液体积补至标线混匀。 8h 内完成实验室分析。 3 数值模拟 计算区域顶部高度为建筑高度的 3 倍，来流方向为建筑高度的 5 倍，尾流出流方 向为建筑高度的 10 倍。对许多单体建筑和建筑群的计算结果分析表明，基本可以 保证计算结果接近实际 几何模型建立 区域大气流场、湍流强度场及污染 物浓度场分布情况的数值模拟值与 无人机监测结果具有相同的变 化规律，可以验证城市环境大气 污染物扩散数值模拟计算结果 （技术团队成员 2019 年曾参与天津市环境保护科学研究院、天津市大气污染防治重点实验室项目合作）