一种基于无人机搭载的共光路三相物质识别检测系统技术方案

本发明专利技术属于在线环境监测技术领域，尤其涉及一种基于无人机搭载的共光路三相物质识别检测系统。该检测系统实现了三光谱共光路检测技术与无人机技术的结合，可实现原位、快速、全面、连续、一定深度的自然环境中三相物质有机、无机物识别与含量定量检测，可为大数据、人工智能检测奠定了坚实的基础，并可实现物物相联以及人机互动感知，性能可靠，操作维护方便。一种基于无人机搭载的共光路三相物质识别检测系统，包括有：第一无人机上搭载有第一激光器、主分束器、高光谱组件、太赫兹时域光谱组件、激光雷达组件、主光路、副光路；第二无人机上搭载有第二激光器、激光诱导击穿光谱组件。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人机搭载的共光路三相物质识别检测系统
本专利技术属于在线环境监测
，尤其涉及一种基于无人机搭载的共光路三相物质识别检测系统。
技术介绍
随着我国近年来环境污染（水体、大气、土壤）状况愈加严重，我国环境污染监测与治理的任务也越来越重。作为继航空、航天遥感后的第3代遥感技术-无人机遥感技术因其具有立体监测、响应速度快、监测范围广、地形干扰小等优点，成为了今后实现环境突发事件污染源识别和浓度监测的重要研究发展方向。同时该技术也可对大气、水体、土壤污染进行现场快速监测，利用无人机搭载高清航拍探头，热红外成像仪，高清摄像机以及无人机机载智能气体检测仪等设备，在环境应急监测，环境质量监测，污染源监测，生态遥感等领域大显身手，企业偷排等不良现象得到有效遇制，成为环保部门环境执法的利器。无人机消无声息的航到排污企业的上空，空气质量数据实时画面尽收眼底，让排污企业的违法行为无处可藏；并可实现复杂条件下污染物监测，对难以到达的场地进行环保监察，污染监测数据和污染现场回传画面可作为环保监察线素和依据。此外，还可针对裸露土方的覆盖情况，以及城区、郊区的四烧问题进行拍照和录像取证，夜间还可以对燃煤设施头牌行为开展红外巡航取证，全角度空中侦别，尽快查清污染源，确定污染源成因，达到高效、快速实施辖区污染源监管的目的。并且，随着物联网、云计算以及大数据等技术的不断发展，使得环境监测构建起了一个包含物联网技术、物联网感知技术、数据分析技术、业务使用技术以及云计算技术在内的技术框架，实现现代社会要求下的智能环境监测。越来越多的环境监测高科技公司依托“物联网+大数据+人工智能”技术，研发了系列环境监测软硬件产品(网格化监测、道路移动监测、激光遥感监测、智慧工地扬尘监测等)，助力城市空气质量、河流、湖泊、海洋、土壤等精细化管理，并提供环境数据支持和环境监测监管建设整体智慧环保解决方案。值得注意的是，智慧环保是借助物联网技术，把感应器和装备嵌入到各种环境监控对象（物体）中，通过超级计算机和云计算技术整合环保领域的物联网，实现各类环保业务系统的有机融合，以更加动态化、精细化的结构模式不断提升环保工作的公共服务水平，智慧环保的总体架构包括：感知层、传输层、智慧层和服务层等四部分。智慧环保是在基于数字环保平台、在线监测监控网络、环境应急指挥系统的基础上，融合物联网、云计算、3S，多网融合等技术方案，通过实时采集各类污染源，环境质量、生态，环境风险源等基础数据信息，构建起全方位、多层次、全覆盖的动态环境检测网络，在功能上满足环境质量状况评价、环境管理和应急预警的需求，实现环境管理与决策的“智慧”。作为环境保护工作的耳目与基石，环境监测是通过对环境质量的监测和分析，以数据定性或定量描述出环境质量的状态。随着社会公众自身环境意识的不断增强，对环境的需求也从原来的“单一数据”向“环境全要素数据”方面转变。这就使智慧环保在环境监测领域有广阔的发展空间。但是以目前的技术要做到“环境全要素数据”得转变是很困难的。究其原因其一，是这些环境全要素分别隶属于气、液、固三种相态，各相态样品的采集方法各异，互不统一；其二是气、液、固三种相态的物质的构成包括有机物、无机物和微生物等，其检测方法各异，检测结果不定。专利技术人进一步研究后发现，现有检测技术无法实现对多相态的检测整合，且现有检测大多以破坏样品的方式实现，无法完成对单一样品的要素检测过程。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于无人机搭载的共光路三相物质识别检测系统，该检测系统实现了三光谱共光路检测技术与无人机技术的结合，可实现原位、快速、全面、连续、一定深度的自然环境中三相物质有机、无机物识别与含量定量检测，可为大数据、人工智能检测奠定了坚实的基础，并可实现物物相联以及人机互动感知，性能可靠，操作维护方便。为解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术方案：一种基于无人机搭载的共光路三相物质识别检测系统，包括有：第一无人机；第一无人机上搭载有第一激光器、主分束器、高光谱组件、太赫兹时域光谱组件、激光雷达组件、主光路、副光路；主分束器的入光口端与第一激光器相连接，主分束器的第一出光口端与激光雷达组件相连接，主分束器的第二出光口端与太赫兹时域光谱组件相连接；主光路背离第一无人机的一端设置有第一透镜组，主光路朝向第一无人机的一端设置有第二透镜组；主光路上还设置有第一分束镜、第一分光路以及第二分束镜、第二分光路；其中，第一分束镜与第一分光路相配合，第二分束镜与第二分光路相配合；高光谱组件中包括有入射狭缝、曲面棱镜光谱仪以及高光谱面阵探测器；其中，入射狭缝设置在主光路第二透镜组的后端；太赫兹时域光谱组件中包括有太赫兹时域光谱发射极、太赫兹时域光谱接收极以及太赫兹时域光谱数据处理单元，太赫兹时域光谱数据处理单元分别与太赫兹时域光谱发射极、太赫兹时域光谱接收极通讯接连；其中，太赫兹时域光谱发射极与第一分光路相配合，用于将太赫兹波通过第一分光路以及第一分束镜送入主光路，并通过主光路的第一透镜组发射至被检测目标上；太赫兹时域光谱接收极与副光路相配合，用于接收经被检测目标反射回的太赫兹波；激光雷达组件中包括有扫描镜、激光雷达探测器；其中，扫描镜与第二分光路相配合，用于将激光束通过第二分光路以及第二分束镜送入主光路，并通过主光路的第一透镜组发射至被检测目标上；并且用于通过主光路的第一透镜组、第二分束镜、第二分光路将经检测目标反射回的激光束送入激光雷达探测器；第二无人机；第二无人机上搭载有第二激光器、激光诱导击穿光谱组件；激光诱导击穿光谱组件中包括有二相色镜、激光诱导击穿光谱第一透镜组、激光诱导击穿光谱分束镜、激光诱导击穿光谱第二透镜组、激光诱导击穿光谱相机、激光诱导击穿光谱数据处理单元；其中，二相色镜用于反射第二激光器发射的诱导激光束，并通过激光诱导击穿光谱第一透镜组发射至被检测目标上；并且用于通过激光诱导击穿光谱第一透镜组将检测目标受诱导激光束所激发出的等离子光谱分别送入激光诱导击穿光谱相机、激光诱导击穿光谱数据处理单元中。进一步的，还包括有：协飞控制单元；所述协飞控制单元用于实现第一无人机、第二无人机的飞行协同控制。进一步的，第一无人机上还搭载有第一数据控制采集单元；第一数据控制采集单元分别与高光谱组件中的高光谱面阵探测器、太赫兹时域光谱组件中的太赫兹时域光谱数据处理单元、激光雷达组件中的激光雷达探测器通信连接；第二无人机上还搭载有第二数据控制采集单元；第二数据控制采集单元与激光诱导击穿光谱组件中的激光诱导击穿光谱数据处理单元通信连接。进一步的，还包括有：远程数据中心；远程数据中心通过GPS或北斗卫星分别与第一数据控制采集单元、第二数据控制采集单元通信连接。进一步的，高光谱组件中还设置有高光谱驱动控制电路；高光谱驱动控制电路与高光谱面阵探测器相连接。进一步的，太赫兹时域光谱组件中还包括有：光学隔离器以及光信号放大处理单元；其中，光信号放大处理单元由第一分束器、第二分束器、第三分束器、第一功率检测电路、第二功率检本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无人机搭载的共光路三相物质识别检测系统，其特征在于，包括有：/n第一无人机；第一无人机上搭载有第一激光器、主分束器、高光谱组件、太赫兹时域光谱组件、激光雷达组件、主光路、副光路；/n主分束器的入光口端与第一激光器相连接，主分束器的第一出光口端与激光雷达组件相连接，主分束器的第二出光口端与太赫兹时域光谱组件相连接；/n主光路背离第一无人机的一端设置有第一透镜组，主光路朝向第一无人机的一端设置有第二透镜组；主光路上还设置有第一分束镜、第一分光路以及第二分束镜、第二分光路；其中，第一分束镜与第一分光路相配合，第二分束镜与第二分光路相配合；/n高光谱组件中包括有入射狭缝、曲面棱镜光谱仪以及高光谱面阵探测器；其中，入射狭缝设置在主光路第二透镜组的后端；/n太赫兹时域光谱组件中包括有太赫兹时域光谱发射极、太赫兹时域光谱接收极以及太赫兹时域光谱数据处理单元，太赫兹时域光谱数据处理单元分别与太赫兹时域光谱发射极、太赫兹时域光谱接收极通讯接连；其中，太赫兹时域光谱发射极与第一分光路相配合，用于将太赫兹波通过第一分光路以及第一分束镜送入主光路，并通过主光路的第一透镜组发射至被检测目标上；太赫兹时域光谱接收极与副光路相配合，用于接收经被检测目标反射回的太赫兹波；/n激光雷达组件中包括有扫描镜、激光雷达探测器；其中，扫描镜与第二分光路相配合，用于将激光束通过第二分光路以及第二分束镜送入主光路，并通过主光路的第一透镜组发射至被检测目标上；并且用于通过主光路的第一透镜组、第二分束镜、第二分光路将经检测目标反射回的激光束送入激光雷达探测器；/n第二无人机；第二无人机上搭载有第二激光器、激光诱导击穿光谱组件；/n激光诱导击穿光谱组件中包括有二相色镜、激光诱导击穿光谱第一透镜组、激光诱导击穿光谱分束镜、激光诱导击穿光谱第二透镜组、激光诱导击穿光谱相机、激光诱导击穿光谱数据处理单元；其中，二相色镜用于反射第二激光器发射的诱导激光束，并通过激光诱导击穿光谱第一透镜组将诱导激光束发射至被检测目标上；并且用于通过激光诱导击穿光谱第一透镜组将检测目标受诱导激光束所激发出的等离子光谱分别送入激光诱导击穿光谱相机、激光诱导击穿光谱数据处理单元中。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机搭载的共光路三相物质识别检测系统，其特征在于，包括有：
第一无人机；第一无人机上搭载有第一激光器、主分束器、高光谱组件、太赫兹时域光谱组件、激光雷达组件、主光路、副光路；
主分束器的入光口端与第一激光器相连接，主分束器的第一出光口端与激光雷达组件相连接，主分束器的第二出光口端与太赫兹时域光谱组件相连接；
主光路背离第一无人机的一端设置有第一透镜组，主光路朝向第一无人机的一端设置有第二透镜组；主光路上还设置有第一分束镜、第一分光路以及第二分束镜、第二分光路；其中，第一分束镜与第一分光路相配合，第二分束镜与第二分光路相配合；
高光谱组件中包括有入射狭缝、曲面棱镜光谱仪以及高光谱面阵探测器；其中，入射狭缝设置在主光路第二透镜组的后端；
太赫兹时域光谱组件中包括有太赫兹时域光谱发射极、太赫兹时域光谱接收极以及太赫兹时域光谱数据处理单元，太赫兹时域光谱数据处理单元分别与太赫兹时域光谱发射极、太赫兹时域光谱接收极通讯接连；其中，太赫兹时域光谱发射极与第一分光路相配合，用于将太赫兹波通过第一分光路以及第一分束镜送入主光路，并通过主光路的第一透镜组发射至被检测目标上；太赫兹时域光谱接收极与副光路相配合，用于接收经被检测目标反射回的太赫兹波；
激光雷达组件中包括有扫描镜、激光雷达探测器；其中，扫描镜与第二分光路相配合，用于将激光束通过第二分光路以及第二分束镜送入主光路，并通过主光路的第一透镜组发射至被检测目标上；并且用于通过主光路的第一透镜组、第二分束镜、第二分光路将经检测目标反射回的激光束送入激光雷达探测器；
第二无人机；第二无人机上搭载有第二激光器、激光诱导击穿光谱组件；
激光诱导击穿光谱组件中包括有二相色镜、激光诱导击穿光谱第一透镜组、激光诱导击穿光谱分束镜、激光诱导击穿光谱第二透镜组、激光诱导击穿光谱相机、激光诱导击穿光谱数据处理单元；其中，二相色镜用于反射第二激光器发射的诱导激光束，并通过激光诱导击穿光谱第一透镜组将诱导激光束发射至被检测目标上；并且用于通过激光诱导击穿光谱第一透镜组将检测目标受诱导激光束所激发出的等离子光谱分别送入激光诱导击穿光谱相机、激光诱导击穿光谱数据处理单元中。


2.根据权利要求1所述的一种基于无人机搭载的共光路三相物质识别检测系统，其特征在于，还包括有：协飞控制单元；所述协飞控制单元用于实现第一无人机、第二无人机的飞行协同控制。


3.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓东，王强，孙恩呈，韩卓，李世博，张琼，刘晓，张彦博，李乾，牛余海，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司技术检测中心，胜利油田检测评价研究有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11