基于无人机的生物气溶胶三维空间分布测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于无人机的生物气溶胶三维空间分布测量系统及方法，包括空中飞行模块、移动终端设备模块，所述的空中飞行模块上设置有生物气溶胶检测传感器和GPS定位模块，所述的生物气溶胶检测传感器和GPS定位模块通过AD转换模块连接数据存储装置。本发明专利技术的有益效果在于：本发明专利技术采用无人机携带空气检测传感器模块进行自动巡航取样的方式采集空气中的生物气溶胶含量，相比较传统的定点监测，得到的数据更加合理科学，数据呈现更加直观，监测效率显著提高，样本的代表性更强，为制定传染病防治和生物恐怖防控策略提供了更加可靠的依据。靠的依据。靠的依据。

【技术实现步骤摘要】
基于无人机的生物气溶胶三维空间分布测量系统及方法


[0001]本专利技术属于一种气体微生物质量检测系统和方法，具体涉及一种基于无人机的生物气溶胶三维空间分布测量系统和方法。

技术介绍

[0002]生物气溶胶是空气中含有生物性质的微生物活体或是组织碎片，其在空气中的浓度对人类呼吸系统有着直接影响。
[0003]对空气中生物气溶胶的浓度检测是遏制传染性疾病和生物恐怖防控的重要过程，在传统的生物气溶胶浓度检测方法中，大多采用定点监测。定点监测法存在以下四点不足：
[0004]1、检测过程复杂，定点监测法选取多点位对生物气溶胶含量进行检测，检测过程涉及点位选址、仪器安装、数据采集、数据分析等诸多繁琐步骤，检测过程复杂繁琐；
[0005]2、检测实时性差，定点监测法是数据采集和数据分析分步进行，过程繁琐，实时性差；
[0006]3、检测成本高，定点监测需多个生物气溶胶传感器同时采样，且需要多人配合完成，生物气溶胶传感器价格昂贵，人力资源利用不充分，这使得检测成本居高不下；
[0007]4、检测数据分析困难，定点监测法的数据分析过程由工作人员完成，不仅工作量大，而且存在偶然误差。
[0008]针对以上这种情况，本专利技术公开了一种基于无人机的生物气溶胶三维空间分布检测系统及方法，旨在对既定空域生物气溶胶浓度信息进行实时反馈，为传染病的防治和生物恐怖的防控提供了更加科学合理的应对依据。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种基于无人机的生物气溶胶三维空间分布测量系统及方法，以解决传染病防治和生物恐怖防控过程中所遇到的致病微生物定性难、定量难等问题，对传染病防治和生物恐怖防控提供了更加科学合理的评价依据，并且本专利技术还具备了实现实时检测、三维空间浓度信息可视化、数据可靠性高等优点。
[0010]本专利技术的技术方案如下：一种基于无人机的生物气溶胶三维空间分布测量系统，包括空中飞行模块、移动终端设备模块，所述的空中飞行模块上设置有生物气溶胶检测传感器和GPS定位模块，所述的生物气溶胶检测传感器和GPS定位模块通过AD转换模块连接数据存储装置，飞行控制模块设置在移动终端设备模块上，系统地面控制和建模构图工作由移动终端飞行控制模块完成。
[0011]所述的空中飞行模块为生物气溶胶检测传感器和GPS定位模块提供搭载平台，在采样过程中提供GPS地理位置信息和生物气溶胶采样信息，所述GPS定位模块提供地理位置信息。
[0012]所述的AD转换模块将采集到的模拟信号转换为数字信号然后传入存储装置。
[0013]所述的生物气溶胶检测传感器作提供生物气溶胶浓度信息以及采样数据。
[0014]所述生物气溶胶检测传感器为基于激光诱导荧光的生物气溶胶检测传感器。
[0015]所述的空中飞行模块采用六旋翼无人机，包括机体、旋翼、供电模块及控制芯片，所述控制芯片连接接收天线。
[0016]所述移动终端设备模块提供飞控操作平台，同时作为生物气溶胶三维空间采样信息图像显示平台，所述移动终端设备模块包括：与空中飞行模块进行数据交换的通信模块、生物气溶胶空间三维分布构图模块，控制工作和构图工作由飞行控制模块完成，可按需求进行人机交互。
[0017]所述的飞行控制模块具有以下三大功能：
[0018]一、巡航指令功能，飞行控制模块对待测空域进行空间整合划分，自动或根据特定需要进行无人机航迹规划，将规划指令通过无线发送端发送至无人机无线接收端；
[0019]二、数据接收功能，无人机搭载生物气溶胶检测模块进行生物气溶胶检测工作，实时将检测数据和GPS地理位置信息发送出来，移动终端设备需对无人机发送的数据包进行匹配解码，及时收取飞行端信息；
[0020]三、三维构图功能，移动终端设备需将接收到的生物气溶胶检测数据和对应点的GPS地理位置信息进行可视化处理，将不同浓度的生物气溶胶点位用不同颜色区分，最终构建一个生物气溶胶三维空间分布模型图。
[0021]一种基于无人机的生物气溶胶三维空间分布测量系统进行生物气溶胶监测的方法，该方法包括，
[0022]步骤1：用移动终端上的飞行控制模块对生物气溶胶待测空域进行无人机路径规划，由移动终端设备发送巡航指令至无人机，在指令的控制下无人机进行无缝巡回取样监测；
[0023]步骤2：无人机在空中飞行过程中生物气溶胶检测传感器模块根据飞行路径进行动态采样实时记录航迹中各点位的生物气溶胶含量；
[0024]步骤3：将检测到的数据发送到存储器中进行存储；
[0025]步骤4：GPS定位模块实时定位个取样点的地理坐标；
[0026]步骤5：在控制器中将各取样点的地理坐标和检测到的生物气溶胶含量数据对应起来；
[0027]步骤6：通过无人机天线将步骤2中的生物气溶胶浓度信息和步骤4中的GPS地理位置信息以数据包形式发送至移动终端。
[0028]步骤7：数据包到达移动终端后，经过飞行控制模块的整合处理，将检测数据和地理坐标进行三维构图，最终生成生物气溶胶三维空间分布图；
[0029]步骤8：所述生物气溶胶三维空间分布图可由移动终端设备上的飞行控制模块展示出来，达到监测数据可视化效果。
[0030]所述的无人机路径规划可以为移动终端设备飞行控制模块自动规划，亦可以根据监测员的特定监测需求手动规划，所述空中飞行模块还加入了自动避障功能，有效地避免了因地势导致的监测失误；
[0031]所述移动终端设备飞行控制模块显示的生物气溶胶三维空间分布图中由不同颜色代表生物气溶胶的不同浓度值，所述移动终端设备飞行控制模块显示的生物气溶胶三维空间分布图中任意平面的生物气溶胶浓度二维图可根据用户需求自定义调取；
[0032]所述空中飞行模块，即无人机具有自动避障功能；
[0033]所述移动终端设备飞行控制模块显示的生物气溶胶三维空间分布图中由不同颜色代表生物气溶胶的不同浓度值，所述移动终端设备飞行控制模块显示的生物气溶胶三维空间分布图中任意平面的生物气溶胶浓度二维图可根据用户需求自定义调取。
[0034]本专利技术的有益效果在于：本专利技术采用无人机携带空气检测传感器模块进行自动巡航取样的方式采集空气中的生物气溶胶含量，相比较传统的定点监测，得到的数据更加合理科学，数据呈现更加直观，监测效率显著提高，样本的代表性更强，为制定传染病防治和生物恐怖防控策略提供了更加可靠的依据。
附图说明
[0035]图1是一种基于无人机的生物气溶胶三维空间分布测量系统示意图；
[0036]图2是航迹内生物气溶胶含量分布图；
[0037]图3是生物气溶胶三维空间分布切面图。
具体实施方式
[0038]下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0039]一种基于无人机的生物气溶胶三维空间分布测量系统，包括空中飞行模块、移动终端设备模块，所述的空中飞行模块上设置有生物气溶胶检测传感器和GPS定位模块，所述的生物气溶胶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机的生物气溶胶三维空间分布测量系统，其特征在于：包括空中飞行模块、移动终端设备模块，所述的空中飞行模块上设置有生物气溶胶检测传感器和GPS定位模块，所述的生物气溶胶检测传感器和GPS定位模块通过AD转换模块连接数据存储装置，飞行控制模块设置在移动终端设备模块上，系统地面控制和建模构图工作由移动终端飞行控制模块完成。2.如权利要求1所述的一种基于无人机的生物气溶胶三维空间分布测量系统，其特征在于：所述的空中飞行模块为生物气溶胶检测传感器和GPS定位模块提供搭载平台，在采样过程中提供GPS地理位置信息和生物气溶胶采样信息，所述GPS定位模块提供地理位置信息。3.如权利要求1所述的一种基于无人机的生物气溶胶三维空间分布测量系统，其特征在于：所述的AD转换模块将采集到的模拟信号转换为数字信号然后传入存储装置。4.如权利要求1所述的一种基于无人机的生物气溶胶三维空间分布测量系统，其特征在于：所述的生物气溶胶检测传感器作提供生物气溶胶浓度信息以及采样数据。5.如权利要求4所述的一种基于无人机的生物气溶胶三维空间分布测量系统，其特征在于：所述生物气溶胶检测传感器为基于激光诱导荧光的生物气溶胶检测传感器。6.如权利要求1所述的一种基于无人机的生物气溶胶三维空间分布测量系统，其特征在于：所述的空中飞行模块采用六旋翼无人机，包括机体、旋翼、供电模块及控制芯片，所述控制芯片连接接收天线。7.如权利要求1所述的一种基于无人机的生物气溶胶三维空间分布测量系统，其特征在于：所述移动终端设备模块提供飞控操作平台，同时作为生物气溶胶三维空间采样信息图像显示平台，所述移动终端设备模块包括：与空中飞行模块进行数据交换的通信模块、生物气溶胶空间三维分布构图模块，控制工作和构图工作由飞行控制模块完成，可按需求进行人机交互。8.如权利要求7所述的一种基于无人机的生物气溶胶三维空间分布测量系统，其特征在于：所述的飞行控制模块具有以下三大功能：一、巡航指令功能，飞行控制模块对待测空域进行空间整合划分，自动或根据特定需要进行无人机航迹规划，将规划指令通过无线发送端发送至无人机无线接收端；二、数据接收功能，无人机搭载生物气溶胶检测模块进行生物气溶胶检测工作，实时将检测数据和GPS地理位置信息发送出来，移动终端设...

【专利技术属性】
技术研发人员：严新忠，洪大富，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：