大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng) 技術(shù)解決方案

一、背景

說起分布式大氣檢測儀（采用圣凱安大氣監(jiān)測傳感器），雖然它在市場上只是一個新面孔，可在咱們圣凱安科技的產(chǎn)品體系里卻已經(jīng)算是老前輩了，公司在這方面的技術(shù)儲備早就有了，三年前也誕生了雛形產(chǎn)品，只是當(dāng)時的市場定位不夠清晰，所以市場開發(fā)就一直處于停滯狀態(tài)。隨著人們環(huán)保意識的不斷提高，市場需求更加明顯，產(chǎn)品推廣計劃就再次被提上了日程。就在這個關(guān)鍵時刻，深圳市圣凱安科技總經(jīng)理的李警，隱隱約約感覺到這是一個發(fā)展方向，同時也是考驗自己綜合能力的一次機遇，就開始了最初的市場摸索。

當(dāng)時的大氣監(jiān)測項目部，說是一個部門，實際上就李警一個人，他親自帶著雛形產(chǎn)品到高新區(qū)環(huán)保局咨詢后，發(fā)現(xiàn)這個產(chǎn)品只能監(jiān)測PM2.5、Pm10，根本就滿足不了市場需求。為了研發(fā)出產(chǎn)銷對路的產(chǎn)品，公司決定組建了臨時協(xié)同小組，由大氣監(jiān)測項目部聯(lián)合智慧城市板塊、智慧安全板塊以及研究院等單位共同對硬件設(shè)備和軟件平臺進行重新規(guī)劃設(shè)計。經(jīng)過研發(fā)人員兩個月的技術(shù)攻關(guān)，前前后后經(jīng)歷了無數(shù)次升級和改良，共推出了兩個版本的樣品，最終才有了咱們現(xiàn)在稱之為“小型空氣站”的二代產(chǎn)品。這款新品不僅完全滿足了市場需求，可以檢測PM2.5、PM10、一氧化碳、臭氧、二氧化硫、氮氧化物6項空氣參數(shù)，而且還具備便攜性強、性價比高的優(yōu)勢，非常適合多點布位。以前在一個區(qū)只能建立一個點，這個點的數(shù)據(jù)卻代表整個區(qū)，現(xiàn)在通過多點布位能夠監(jiān)測整個面，還能通過數(shù)據(jù)分析迅速確認污染源的類型、位置等信息，為后期治理提供了高度精確的決策性依據(jù)。

這款產(chǎn)品一經(jīng)推出就獲得了高新區(qū)環(huán)保局的高度認可，并在4天時間內(nèi)完成了14臺小型空氣站的多點布位，實現(xiàn)了對高新區(qū)全區(qū)大氣質(zhì)量的網(wǎng)格化監(jiān)測。隨后又相繼在全國范圍內(nèi)完成了近70臺小型空氣站的多點布位，總監(jiān)測面積達到了200多平方公里。

其實，李警并不是第一個吃螃蟹的人，在他之前已經(jīng)有人嘗試過這款產(chǎn)品的市場推廣工作，但都沒有堅持下來，可為什么只有他把這個事情做成了呢？同樣缺錢少人，他有什么秘密武器嗎？是的，團隊就是他的秘密武器。為了加快項目進度，借助多年積累的經(jīng)驗，自己親自負責(zé)商務(wù)洽談工作，他又向智慧城市、智慧安全、研究院、企管部等單位尋求幫助，得到了各單位的大力支持，人手不夠的大難題也迎刃而解。

隨著高新區(qū)環(huán)保局這個項目的順利交付，產(chǎn)品的市場定位更加明確了，服務(wù)對象就鎖定環(huán)保局，針對環(huán)保局的需求對口開發(fā)，這樣產(chǎn)品功能與客戶需求也就更加契合了。客戶需求搞清楚了，產(chǎn)品適銷對路了，就沒有做不好的事情，借著團隊高漲的士氣，大家又一鼓作氣拿下了其他市區(qū)的項目，并開始在重點工業(yè)城市進行大范圍推廣，市場越做越大。

至此，大氣監(jiān)測項目部終于完成了從最初的“雛形產(chǎn)品沒有市場”到現(xiàn)在的“二代新品供不應(yīng)求”的華麗轉(zhuǎn)身，這背后是整個團隊兢兢業(yè)業(yè)、勤勤懇懇地付出，尤其是工程師們放下身段、親臨一線的高境界低姿態(tài)，為項目落地立下了汗馬功勞。項目后期的安裝工作需要聘請工人來完成，為了節(jié)省開支，李警就帶著技術(shù)人員親自上陣。八月份正是天氣最熱的時候，他們幾乎每天都在烈日下奔波，因為設(shè)備的安裝高度必須在5-12米之間，所以他們不是跑東跑西協(xié)調(diào)設(shè)備的最佳安裝位置，就是扛著200多斤的設(shè)備和輔料跑上跑下。那段時間磕磕碰碰都是家常便飯，甚至累得感冒發(fā)燒了也都扛著。

在2016年大氣監(jiān)測平臺項目榮獲了“科技創(chuàng)新獎”，“立足市場開發(fā)產(chǎn)品”的創(chuàng)新模式打破了之前“立足產(chǎn)品謀求市場”的傳統(tǒng)思維，將市場需求迅速轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品方案并在第一時間推向市場。

隨著團隊成員的陸續(xù)加入，大氣監(jiān)測項目部不斷發(fā)展和壯大起來。

2016年，圣凱安科技推出一套完整的氣體檢測軟件系統(tǒng)（無人機氣體檢測系統(tǒng)）將大氣監(jiān)測傳感器與無人機相結(jié)合，通過網(wǎng)絡(luò)建立傳感系統(tǒng)監(jiān)測。現(xiàn)如今無人機遙感技術(shù)作為繼航空、航天遙感后的第3代遙感技術(shù)：具有立體監(jiān)測、響應(yīng)速度快、監(jiān)測范圍廣、地形干擾小等優(yōu)點, 是今后進行大氣突發(fā)事件污染源識別和濃度監(jiān)測的重要發(fā)展方向之一。

二、無人機空氣質(zhì)量檢測儀

無人機空氣質(zhì)量檢測儀（SKA/WRJ-8）是圣凱安科技專為無人機氣體檢測系統(tǒng)而專門設(shè)計的一款產(chǎn)品。標準監(jiān)測參數(shù)包括：SO2，NO2，O3，CO以及可顆粒物PM2.5和PM10等，并實時傳輸回地面顯示無人機飛行所在環(huán)境的檢測數(shù)據(jù)及生成對應(yīng)的趨勢曲線。同時通過配置圣凱安科技高精度、體積小、重量輕的智能型7NE系列氣體傳感器可擴展檢測NH3，HCN，HCL及甲烷/非甲烷碳氫化合物、VOC等幾百種氣體參數(shù)，可完美搭載在無人機上進行檢測并對無人機飛行不會造成影響。

無人機空氣質(zhì)量檢測儀（SKA/WRJ-8）主要包含幾部分：采樣單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、數(shù)據(jù)分析單元等；采樣單元監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過數(shù)傳或GPRS傳輸單元傳送至地面顯示平臺進行實時控制、數(shù)據(jù)管理及圖表生成。

詳細參數(shù)：

●適用：多旋翼無人機、固定翼無人機；

●檢測氣體：PM2.5、PM10、NO2、SO2、CO、O3、VOC等可靈活替換（具體請聯(lián)系圣凱安售前）；

●檢測原理：電化學(xué)、激光以及紅外原理；

●重量：950克（標準7參數(shù)） ；

●尺寸：220×145×60mm；

●供電：12-24V；

●數(shù)據(jù)傳輸方式：GPRS /數(shù)傳；

●工作環(huán)境溫度：(-30~+60)℃；

●工作環(huán)境濕度：(15 ~ 95)% RH 無凝露 ；

●設(shè)備壽命：氣體器件壽命2年

產(chǎn)品特點

●軟件兼容多種無人機制造商包括大疆所有系列（歡迎訂制）

●上百種氣體傳感器可以隨時更換，系統(tǒng)帶有自動識別功能

●外殼防水、防風(fēng)、防塵、防撞擊設(shè)計

●實時顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)，并生成對應(yīng)的趨勢曲線

●可查看歷史實時數(shù)據(jù)，并同時生成曲線分析圖，列表和圖表樣式顯示歷史數(shù)據(jù)，方便對比查看

●同時顯示經(jīng)緯度、高度、溫度、濕度、PM1、PM2.5、PM10、上百種氣體實時濃度值。

●檢測精度可達到ppb級。

●實時無線傳輸數(shù)據(jù)到地面端，也可以通過GPRS實時傳輸?shù)椒?wù)器。

●自動采樣分析高精度分析儀器；
●具有良好的抗干擾能力 ，數(shù)據(jù)能夠自動換算為標態(tài)濃度；
●各項資料自動傳輸、遠程自動和手動控制、故障診斷及報警等基本功能。

三、大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

這套系統(tǒng)主要包括無人飛行器、NE sensor氣體檢測、數(shù)傳/GPRS、地面站/服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理軟件等構(gòu)成。主要的作用于檢測大氣空氣質(zhì)量AQI與應(yīng)急檢測有毒有害氣體，其精度可以達到1PPB。改變了傳統(tǒng)固定點的檢測使得氣體檢測變得靈活、快速、準確、方便。

2 氣體濃度數(shù)據(jù)采集的軟件實現(xiàn)

氣體檢測這塊有著成千上萬種氣體種類、量程、精度等。我司為了簡化用戶的操作與成本。我司特設(shè)計一套7NE系列的傳感器。有著一整套完整的軟件信息系統(tǒng)，把所有可以檢測到的氣體種類我們有效的劃分開實現(xiàn)全部智能化的識別系統(tǒng)。客戶可以根據(jù)不同的檢測場景搭配不同的傳感器；使得無人機氣體檢測非常靈活不受荷載的影響。數(shù)據(jù)采集主要如下圖所示。

3傳輸協(xié)議

根據(jù)7NE系列氣體傳感器的通訊方式可以采用模擬電壓、模擬電流、TTL、RS485，我司的采用的是RS485、TTL兩組通訊方式。

串口波特率9600，校驗位無，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位；數(shù)值為Hex

四、無人機飛行控制器臺

地面接收系統(tǒng)的軟件Green Ear是專門設(shè)計的可用于上述監(jiān)測檢測數(shù)據(jù)接收、解碼、顯示、處理、報告并向云端上傳的專用軟件，它與通用飛控軟件Mission Planner相結(jié)合，在獲取飛行路徑規(guī)劃及飛行器飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上加我司的氣體檢測設(shè)備的實時濃度值進行數(shù)據(jù)分析融合，并支持多探測器同步數(shù)據(jù)回傳和處理功能。

數(shù)據(jù)分析平臺，主要功能應(yīng)包括實時數(shù)據(jù)展示、歷史數(shù)據(jù)查詢、區(qū)域的GPS經(jīng)緯度、時間等信息同步傳回地面接收系統(tǒng)。

(1)實時數(shù)據(jù)展示

平臺可對各類監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時展示。將空氣質(zhì)量氣體傳感器數(shù)據(jù)、有毒氣體應(yīng)急監(jiān)測數(shù)據(jù)匯入到統(tǒng)一平臺，統(tǒng)一管理，綜合展示。氣體傳感器數(shù)據(jù)以不同顏色代表不同污染級別。

以下為最近1小時內(nèi)的實時數(shù)據(jù)。

(2)歷史數(shù)據(jù)查詢

將各點位的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)進行簡單的統(tǒng)計分析，例如日變化分析、時間序列分析等，幫助采購方節(jié)約手動分析時間成本，同時還能夠幫助采購方了解基本污染狀況。

(3)區(qū)域污染概率分析

通過計算一段時間內(nèi)，各區(qū)域污染超標的累積概率，能夠得到經(jīng)常發(fā)生污染的區(qū)域，即為超標重點區(qū)域，也可能為潛在污染源，管理者可根據(jù)分析結(jié)果對此類區(qū)域進行重點監(jiān)管。

(4)污染排名統(tǒng)計

實時排名分析讓采購方掌握最新的污染動態(tài)，歷史排名分析可以幫助采購方查找重點污染區(qū)域。

五、空氣質(zhì)量網(wǎng)格化在線監(jiān)測系統(tǒng)

空氣質(zhì)量網(wǎng)格化在線監(jiān)測預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)解決方案，平臺數(shù)據(jù)中心可提供所屬地區(qū)各監(jiān)測點位數(shù)據(jù)的實時采集傳輸、實時監(jiān)控空氣環(huán)境質(zhì)量，實現(xiàn)在線數(shù)據(jù)查詢及報表統(tǒng)計、數(shù)據(jù)自動預(yù)警、環(huán)保信息綜合分析、數(shù)據(jù)歸集和排名反饋等，為環(huán)保的研究提供信息資源和手段，為環(huán)保業(yè)務(wù)管理提供統(tǒng)一的管理平臺。

分布式大氣污染物復(fù)合監(jiān)測器

深圳市圣凱安科技有限公司網(wǎng)格化空氣質(zhì)量監(jiān)測綜合解決方案針對城市、農(nóng)村、居民區(qū)、工業(yè)園區(qū)，工地等存在有組織和無組織污染排放源的區(qū)域，進行全面、精準“網(wǎng)格化布點”，將目標區(qū)域均勻劃分為若干網(wǎng)格點，綜合固定監(jiān)測和移動監(jiān)測技術(shù)，形成精細的覆蓋整個區(qū)域的感知物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，實時監(jiān)控多種污染物的濃度水平和分布規(guī)律，通過環(huán)保云平臺和大數(shù)據(jù)計算挖掘，確定區(qū)域空氣污染的主要成因和來源，并為預(yù)測預(yù)警、溯源及靶向治理等環(huán)保決策提供精準的大數(shù)據(jù)支持。

該方案采用三層架構(gòu)體系，即感知層、傳輸支撐層、應(yīng)用層。數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)格化感知設(shè)備采集后，通過傳輸支撐層網(wǎng)絡(luò)上傳到環(huán)保云計算平臺，提供軟硬件支撐環(huán)境和數(shù)據(jù)模型，在應(yīng)用層上，實現(xiàn)基于網(wǎng)格化監(jiān)控和大數(shù)據(jù)平臺的業(yè)務(wù)管理。

深圳市圣凱安科技有限公司網(wǎng)格化空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用平臺層在環(huán)保數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上，充分利用大數(shù)據(jù)和環(huán)保云平臺等技術(shù)，綜合成熟的數(shù)據(jù)模型及算法，在實現(xiàn)精準的網(wǎng)格化監(jiān)測功能的同時，為相關(guān)職能部門提供空氣質(zhì)量預(yù)測預(yù)警、污染突發(fā)事件溯源及處置等決策支持。

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經(jīng)過多次的自主研發(fā)，圣凱安科技無人機氣體檢測系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于黨政機關(guān)、環(huán)保、電信、水利、交通、公安等行業(yè)，為客戶創(chuàng)造了良好的社會價值和經(jīng)濟效益。

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