一种环境污染自动寻源系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种环境污染自动寻源系统，属于自动控制轨迹跟踪技术领域。本实用新型专利技术通过在无人机端搭载检测模块、高精度定位模块和无线通信模块，从而实现对污染物的超视距监控；同时，结合MATLAB软件对无人机采集的数据进行分析处理，通过污染物浓度公式计算出各点污染物的浓度大小，并分析污染物扩散路径，结合浓度梯度信息，对无人机的飞行轨迹进行控制，从而确定污染源的位置信息并反馈，完成自动寻源过程，机动性强，检测范围广，而且不受场地限制。

【技术实现步骤摘要】
一种环境污染自动寻源系统
本技术属于自动控制轨迹跟踪
，更具体地说，涉及一种环境污染自动寻源系统。
技术介绍
近年来，随着人们对环境质量的关注度越来越高，为了进一步改善我国的空气质量，很多空气污染监测装置也陆续登上市场。其中，扬尘监测、PM2.5监测等各种监测系统已经比较成熟，该种监测设备大多是通过采用相关检测污染物的传感器实现对污染物浓度的监测，然后反馈相关监测数据，并对数据进行处理，最终实现对空气污染的监测。但是，由于气体污染物不断从污染源中释放后，在风力的作用下会向周围扩散，同时，污染物浓度会受到气体自身的物理特性、地形地貌、建筑物等因素的影响，从而呈现间歇、浓度递减状态分布。然而现有的大气污染监测点位置固定，对于突发事件导致的污染源，很难准确定位其具体的位置。同时，现在的环境污染具有区域范围大、区域间污染物传输量大、污染源种类多、污染因子相对复杂等特点，环境监管难度非常大。此外，由于成本原因及监测的数据和分析系统的大小问题，现有的检测系统无法搭载多个监测器，使得传统的监测装置虽然能够监测大气环境的污染物浓度，但每次只能对一种污染物进行监测，效果显得比较单一。经检索，中国专利申请号为：201710315977.6，申请日为：2017年05月08日，专利技术创造名称为：一种无人机排查污染源的方法及污染源排查系统。该申请案公开了一种无风状态下无人机排查污染源的方法，包括以下步骤：(1)无人机升空后，按正六边形飞行，在每个顶点处测量空气中污染气体的含量，根据6个顶点处的污染气体含量，判断污染源方向；(2)无人机朝污染源方向飞行一段距离后，继续按照正六边形飞行，并在每个顶点处测量空气中污染气体的含量，根据6个顶点处的污染气体含量，再次判断污染源方向；直至测量到污染气体含量最高点时，即为所述污染源位置。但是，该申请案中没有考虑风扰动的情况，且在高度上是在一个定点控制无人机垂直上下飞行进行污染气体浓度检测，检测准确性有待进一步提高。
技术实现思路
1.要解决的问题本技术的目的在于克服传统污染监测装置难以准确定位污染源的位置、且只能对一种污染物进行检测，效果较为单一的不足，提供了一种环境污染自动寻源系统。采用本技术的技术方案能够实现自动寻源循环过程，最终确切的找到污染源的位置；还可通过多种传感器的搭载实现多种污染物的同时检测。2.技术方案为了解决上述问题，本技术所采用的技术方案如下：本技术的一种环境污染自动寻源系统，包括无人机、地面接收站和数据分析模块，所述无人机上搭载有主控模块、检测模块、定位模块和无线通信模块，所述地面接收站包括无线通信模块、主控模块和数据转化模块，所述无人机通过无线通信模块与地面接收站进行数据交互，地面接收站的数据转化模块输送信息给数据分析模块，数据分析模块对接收数据进行分析，完成环境污染的自动寻源。更进一步的，所述无人机采用APM自动驾驶控制器；所述主控模块采用STM32芯片；所述无线通信模块采用NRF24L01无线模块，且其通过SPI引脚与主控模块相连。更进一步的，所述NRF24L01无线模块采用SPI进行通信；所述数据转化模块采用CP2102串口转化模块；所述数据分析模块采用PC端MATLAB软件。更进一步的，所述检测模块和定位模块均通过引脚与主控模块相连；其中，所述检测模块包括气体传感器、激光粉尘传感器；所述定位模块包括GPS定位装置和位置传感器。更进一步的，所述气体传感器采用半导体气敏传感器。更进一步的，所述检测模块还包括湿度传感器；所述定位模块还包括气压传感器。更进一步的，所述无人机上安装有抗风扰机构，所述检测模块均安装于该抗风扰机构内。更进一步的，所述抗风扰机构上设有主动进气装置，用于检测模块与外界气体进行交换。更进一步的，所述主动进气装置包括螺旋桨和电机，螺旋桨上设有扇叶，电机与螺旋桨驱动相连。3.有益效果相比于现有技术，本技术的有益效果为：(1)本技术的一种环境污染自动寻源系统，包括无人机、地面接收站和数据分析模块，无人机上通过无线通信模块与地面接收站进行数据交互，地面接收站的数据转化模块输送信息给数据分析模块，数据分析模块对接收数据进行分析，完成环境污染的自动寻源。通过在无人机上搭载多种传感器及定位系统，用于同时对多种污染物进行检测，且能够实时将监测数据(污染物浓度数据和污染物的位置坐标)经地面接收站传输至数据分析模块进行进一步分析处理，依据污染物浓度梯度信息，控制无人机飞行路径，从而快速确定污染源。(2)本技术的一种环境污染自动寻源系统，无人机采用APM自动驾驶控制器，主控模块采用STM32芯片，无线通信模块采用NRF24L01无线模块，并采用SPI进行通信。数据分析模块采用PC端MATLAB软件，通过使用MATLAB软件对检测所得数据进行分析和处理，构建大气污染物时空变化立体模型，从而实现污染物水平分布、垂直分布、时间分布的直观显示，再结合精密检测仪器，可对污染物的时空分布进行高分辨率检测。(3)本技术的一种环境污染自动寻源系统，检测模块包括气体传感器、激光粉尘传感器和湿度传感器，通过多种类传感器的设置，各个传感器之间各司其职，能够同时检测多种污染物的浓度数据，尤其是气体传感器采用半导体气敏传感器，一方面能够直接检测对应气体污染物的浓度数据，另一方面，各气体污染物之间不会产生较大影响，有利于保证检测结果的准确性。另外，设置湿度传感器能够用于检测大气湿度，从而对激光粉尘传感器检测数据进行湿度补偿，有利于进一步提高检测数据的准确性。(4)本技术的一种环境污染自动寻源系统，通过将无人机与检测模块相结合，并结合定位模块和数据处理模块，利用污染物浓度的梯度变化实现自动寻找污染源的功能，其应用范围较为广泛，不仅可以搭载在无人机监测大气污染并寻找到污染源的位置，实现自动寻源过程，也可以搭载在水下工具上，用于监测水体污染并准确找到相关污染所排放的污染源位置，实行监督并反馈，从而实现自动寻源过程，其应用领域和监测种类较为广泛。(5)本技术的一种环境污染自动寻源系统，一方面，将各种高精度检测传感器搭载在无人机平台，并且可根据实际检测需求对传感器的种类进行组合和更换，以便更好地用于不同环境的检测，尤其是用于高危环境下的污染精准检测。另一方面，通过将无人机上搭载的所有传感器(包括气体传感器、激光粉尘传感器和湿度传感器)放在抗风扰机构中，该抗风扰机构上装有主动进气装置，保证了传感器与外界气体交换，同时可以抵挡外界的空气强制进入，确保没有高流速气体影响传感器的检测，解决了风的扰动带来的问题，从而保证测量精度和稳定性。附图说明图1为本技术的一种环境污染自动寻源系统的模块连接框图；图2为实施例1中无人机端搭载的模块连接框图；图3为实施例1中无人机端搭载的模块连接电路图；图4为实施例1中地面接收站的模块连接框图；图5为实施例1中地面接收站的模块连接电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环境污染自动寻源系统，其特征在于：包括无人机、地面接收站和数据分析模块，所述无人机上搭载有主控模块、检测模块、定位模块和无线通信模块，所述地面接收站包括无线通信模块、主控模块和数据转化模块，所述无人机通过无线通信模块与地面接收站进行数据交互，地面接收站的数据转化模块输送信息给数据分析模块，数据分析模块对接收数据进行分析，完成环境污染的自动寻源。/n

【技术特征摘要】
1.一种环境污染自动寻源系统，其特征在于：包括无人机、地面接收站和数据分析模块，所述无人机上搭载有主控模块、检测模块、定位模块和无线通信模块，所述地面接收站包括无线通信模块、主控模块和数据转化模块，所述无人机通过无线通信模块与地面接收站进行数据交互，地面接收站的数据转化模块输送信息给数据分析模块，数据分析模块对接收数据进行分析，完成环境污染的自动寻源。


2.根据权利要求1所述的一种环境污染自动寻源系统，其特征在于：所述无人机采用APM自动驾驶控制器；所述主控模块采用STM32芯片；所述无线通信模块采用NRF24L01无线模块，且其通过SPI引脚与主控模块相连。


3.根据权利要求2所述的一种环境污染自动寻源系统，其特征在于：所述NRF24L01无线模块采用SPI通信；所述数据转化模块采用CP2102串口转化模块；所述数据分析模块采用PC端MATLAB软件。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种环境污染自动寻源系...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海金，袁凡，郁昌平，汪利胜，任浩，赵杰，胡梦姿，刘旭彪，傅民，朱子航，张金辉，钱靖，宿文志，毛钰，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：新型
国别省市：安徽;34