無人機(jī)航測技術(shù)可為環(huán)境突發(fā)事件、大氣污染應(yīng)急處置、污染源排放監(jiān)管、區(qū)域環(huán)境質(zhì)量評價、遙感和空氣質(zhì)量模型的校準(zhǔn)等環(huán)境管理方面提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐手段。在環(huán)保部科技司和環(huán)科院各級領(lǐng)導(dǎo)的大力支持和指導(dǎo)下，在國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項“飛行器航測氣溶膠的成套儀器設(shè)備研發(fā)” 的資助下，我院大氣化學(xué)和氣溶膠科技創(chuàng)新基地在無人機(jī)航測氣溶膠系統(tǒng)研發(fā)方面取得了重要進(jìn)展，建立了無人機(jī)航測氣溶膠、氣體污染物并實(shí)時回傳數(shù)據(jù)的能力。
課題組成員完成了無人機(jī)平臺的選型、航測平臺的集成及數(shù)據(jù)鏈的實(shí)時傳輸。研發(fā)人員對合作企業(yè)的無人機(jī)進(jìn)行改裝，配置攝像機(jī)、PM2.5監(jiān)測設(shè)備（光散射法）、黑碳儀、氣體傳感器、溫濕度傳感器和通信中繼機(jī)等多種任務(wù)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控的實(shí)時傳輸、氣溶膠實(shí)時測量和空中通信中繼等功能。此外，研發(fā)人員在無人機(jī)航測系統(tǒng)的地面控制站中集成了數(shù)傳電臺接收模塊和圖傳電臺接收模塊，并通過控制軟件實(shí)現(xiàn)了對監(jiān)測數(shù)據(jù)、圖像進(jìn)行實(shí)時采集和可視化監(jiān)控等功能。
為驗證本項目集成的無人機(jī)航測氣溶膠系統(tǒng)的性能，項目組于2012年7月6日在郊區(qū)開展了試飛驗證實(shí)驗。當(dāng)日天氣小雨，為驗證無人機(jī)航測氣溶膠系統(tǒng)的適應(yīng)能力，課題組決定冒雨飛行檢驗雨中設(shè)備的工作能力。此次飛行無人機(jī)配置了攝像機(jī)、PM2.5監(jiān)測設(shè)備、溫/濕度傳感器和通信中繼機(jī)等任務(wù)設(shè)備，空速20米/秒，飛行高度在200米和400米兩個高度層，飛行方式分為手控飛行和自控飛行，飛行時間30分鐘。實(shí)驗結(jié)果顯示，無人機(jī)航測氣溶膠系統(tǒng)：（1）性能穩(wěn)定可靠，可適應(yīng)復(fù)雜的氣象環(huán)境；（2）系統(tǒng)的智能化程度較高，簡化了人員的操作；（3）監(jiān)測數(shù)據(jù)和圖像接收靈敏度高，覆蓋范圍廣，延時小。
本次實(shí)驗是項目組首次將無人機(jī)應(yīng)用于大氣氣溶膠監(jiān)測，拓展了無人機(jī)航測技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。課題組目前正致力于繼續(xù)優(yōu)化和測試該系統(tǒng)平臺，進(jìn)一步提高無人機(jī)航測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電磁兼容性，研發(fā)適合無人機(jī)的小型設(shè)備和優(yōu)化地面指揮系統(tǒng)對航測設(shè)備的控制精度，以期形成一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、穩(wěn)定性好、操作簡單、推廣性好的無人機(jī)航測氣溶膠系統(tǒng)，進(jìn)而為無人機(jī)航測氣溶膠的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化提供的技術(shù)支撐。
圖1. 測試中的無人機(jī)及發(fā)射架
圖2. 搭載的部分設(shè)備
圖3. 氣溶膠采樣進(jìn)口圖示
圖4. 地面控制站（左側(cè)為實(shí)時回傳數(shù)據(jù)圖，右圖為機(jī)載攝影和操控系統(tǒng)）
圖5. 飛行團(tuán)隊及部分課題組成員合影
（大氣化學(xué)和氣溶膠科技創(chuàng)新基地 供稿）
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