大气环境无人机立体监测技术规程DB13／T 5529-2022.pdf

ICS 19.040 CCS A 21 13 河北省地方标准 DB 13/T 5529 2022 大气环境 无人机立 体监测技 术规程 2022-02-28 发布 2022-03-31 实施 河北省市 场监督 管 理局 发 布 DB 13/T 5529 2022 I 前 言 本文件 按照GB/T 1.1 2020 标准 化工 作导 则 第1 部分：标准 化文 件的 结构 和起草 规则 的 规定起草。本文件 由 石 家庄 市市 场监 督管理 局 提 出。本文件起草单位：河北国 呈电子科技有限公司、河 北科技大学、河北师范大 学、河北浦安检测技术有 限公 司。本文件主要起草人：师胜 利、张庆峰、赵文霞、肖 捷颖、郜振廷、王阳、张 虹、贾登川、贡光辉、代 静宜、赵 景龙。DB 13/T 5529 2022 1 大 气环境 无人机立 体监测 技术规程 1 范围 本文件 规定 了大 气环 境无 人机立 体监 测的 系统 构成、监测 流程。本文件 适用 于了 以无 人机 为搭载 平台 进行 大气 环境 质量立 体监 测的 监测 系统 的技术 规程。2 规范性 引用 文件 下列文件中的内容通过文 中的规范性引用而构成本 文件必不可少的条款。其 中，注日期的引用文件，仅该 日期 对应 的版 本适用 于本 文件；不 注日 期的引 用文 件，其最 新版 本（包 括所 有的 修改 单）适用于 本文 件。GB 4208-2008 外壳 防护 等级(IP代码)标准 HJ 653 环 境空 气颗 粒物（PM10 和PM2.5）连 续自 动 监测系 统技 术要 求及 检测 方法 HJ 654 环 境空 气气 态污 染物（SO2、NO2、O3、CO）连续 自动 监测 系统 技术 要求及 检测 方法 3 术语和 定义 下列术 语和 定义 适用 于本 文件。大气环 境三 维立 体监 测 three-dimensional monitoring of atmospheric environment 对目标区域内大气环境参 数及大气污染物浓度进行 不同高度立体监测，可以 给出区域内相关污染物浓 度和 污染 物的 垂直 分布规 律。无人机 平台 unmanned aerial vehicle(UAV)platform 可以自主飞行的旋翼、固 定翼、垂直起降无人机，由飞控系统、地面站组成，可以自主规划航路、自 动飞 行作 业。多参数 气体 监测 系统 multi-parameter gas monitoring system 搭载在 无人 机上，能 同时 对多项 气体 污染 物（SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5、PM1.0、TVOC 等）信息进 行数 据采 集、传输、存储 的系 统。包括 机载 传感设 备、卫星 定位 模块、数据 处理 模块 等。多参数 气体 传感 器 multi-parameter gas sensor 采用光散射、电化学、金 属氧化物或光离子等原理 的监测传感器，监测参数 包含温度、湿度、PM10、PM2.5、PM1.0、SO2、NO2、CO、O3 和TVOC 其 中 的一种 或几 种。数据时 空融 合模 块 spatiotemporal data fusion module 对多参 数气 体传 感器 采集 的包含 温度、湿度、PM10、PM2.5、PM1.0、SO2、NO2、CO、O3 和TVOC其中的 一种 或几 种数 据，与地理 信息 数据 进行 融合 的组件 模块。承载吊 舱 bearing pod 搭载在 旋翼 无人 机上，用 于安装 机载 大气 污染 物监 测传感 器设 备的 一种 装置。任务层 task layer 按要求 执行 数据 采集 任务 的高度 层。监测时 段 monitoring period 按要求 执行 数据 采集 任务 的时间 段。DB 13/T 5529 2022 2 4 大气环 境无 人机 立体 监测 系统构 成 系统组 成 4.1.1 一个完 整的 大气 环境 无人 机立体 监测 系统 由无 人机 飞行单 元、监测 单元、质 控 单元和 数据 处理分析 单元 组成，如 图 1 所示。图1 大 气环 境无 人机 立体 监测系 统图 4.1.2 无人机 飞行 单元 一般 包括 旋翼、固定 翼和 垂直 起降 无人机。4.1.3 监测单 元一 般包 含多 参数 气体传 感器 模块、数 据时 空融合 模块 和地 面站 模块。4.1.4 质控单 元包 括大 气环 境模 拟舱和 质控 设备，质 控设 备可根 据具 体质 控需 求配 备。出 厂前 质 控要求配备大气环境模拟舱 和标准空气质量监测站；现场质控可根据需求配备 标准空气质量监测站、小型空 气质 量监 测站、移 动校准 装置。4.1.5 数据处 理分 析单 元包 括数 据分析 和管 理模 块。系统功 能 4.2.1 无人机 飞行 单元 飞行平 台参 数见 表1。表1 飞 行平 台飞 行参 数 机型 参数 旋翼机 最大载荷重量不小于 1.5kg，工作飞行时间不小于 35min，可以自主规划航路，故障、低电自动返航，抗风等级不小于六级，可拆卸设计便于携带及运输。固定翼（垂直起降）无人机 最大载荷重量不小于 1.5kg，工作飞行时间不小于 90min，可以自主规划航路，故障、低电自动返航，抗风等级不小于六级，可拆卸设计便于携带及运输。4.2.2 监测单 元 4.2.2.1 外观要 求 设备应 具有 产品 铭牌，铭 牌上应 标有 仪器 名称、型 号、生产 单位、出厂 编号、制造日 期等 信息。设备表 面应 完好 无损，无 明显缺 陷，各零、部 件连 接可靠，各 操作 键、按钮 灵活有 效。4.2.2.2 工作条 件 工作温 度-20+55。工作相 对湿 度15 RH 95 RH。4.2.2.3 安全要 求 DB 13/T 5529 2022 3 4.2.2.3.1 设备及 其附 件必 须避 免在 装配、安 装、使 用和 维护 过程中 可能 造成 的人 身安 全隐患，诸如锋边、毛 刺等。4.2.2.3.2 设备采 用电 磁屏 蔽设 施。4.2.2.3.3 在满足 性能 要求 的前 提下，设备 防护 等级 应满 足 GB 4208-2008 IP 44 的规 定。4.2.2.3.4 具有全 程记 录设 备自 生产 至报废 全生 命周 期中 安装、维 护、校 准等 管理 行为 的功能。多参数气 体传 感器 应1 年做 一次精 准度 检测。4.2.3 质控单 元 4.2.3.1 质控设 备 4.2.3.1.1 参考HJ 653 和HJ 654 的 相关要 求。4.2.3.1.2 小型空 气质 量监 测站 和小 型颗粒 物监 测站 具有 通电 自启 动 功能。4.2.3.1.3 移动校 准装 置具 有移 动定 位功能；数 据检 测周 期5 min。4.2.4 数据处 理分 析单 元功 能 4.2.4.1 数据接 收模 块 4.2.4.1.1 能够将 内置 协议 字符 串解 析为需 要的 信息；具 有数 据包的 校验、检 查、解析 和入库（数据存储）功 能。4.2.4.1.2 能够采 用多 线程 异步 通信 技术；能够 接 收 1 万 条以 上的在 线监 测设 备实 时传 输数据。4.2.4.2 数据存 储模 块 4.2.4.2.1 具有存储原始数据、浓度 数据以及统计数据的功能；能够提供应用程序调用 数据接口。4.2.4.2.2 将接收 到的 融合 后数 据，作为一 条记 录，存储 到 SD 卡等存 储设 备中，数 据格 式应为 表格或数 据库 格式。4.2.4.3 数据分 析和 管理 模块 4.2.4.3.1 数据分 析单 元具 有数 据实 时显示 功能，监 测数 据更 新周期 1s，可 同时 在 PC 端和移 动端实现；具 有监 测区 域大 气 污染物 浓度 不同 高度 层三 维分布 呈现 功能，可 同时 在 PC 端和 移动 端实 现。4.2.4.3.2 数据分 析单 元具 有数 据矫 正算法，具 有设 置监 测地 区的地 理要 素数 据，可以 设置监 测 区域坐标定位，高度等信息；具有实时同步无人机监 测数据，可以实现任意不 同污染物的数据管理；可以根据采集间隔设置数 据处理密度，监测数据自 动排除干扰，进行有效性 处理；具有数据插值 处理功能，可 以根 据采 集数 据自动 生成 区域 空间 数据。4.2.4.3.3 管理模 块具 有筛 选、查 询 和下载 任务，可提 供区 域 空间数 据，等 值线 图形 和 梯度图 形下载服务。具 有自 动输 出常 规报告 功能，具 有按 照污 染物类 型、时间、区 域、高 度进行 交叉、对 比等 功能。4.2.4.3.4 可以展 示无 人机 数据 采集 飞行轨 迹；具有 数据 可视 化分析 功能，可 以根 据国 标指标 自 动生成数据的等值线图形和 扩散梯度图形。具有区域 污染数据历史动态展示功 能，可以提供数据实 时对比图 和区 域对 比图。4.2.4.3.5 可以自 动追 溯污 染方 位，提供污 染扩 散趋 势分 析，具有区 域污 染源 展示 排查 功能；可 以进行污 染物 扩散、传 输总 量计算;可 以结 合非 结构 化 数据，如图 片、视 频、气 象数据 等，进行 特征 量分析、建模，进 行污 染物 扩散、演化 预测 分析 功能。系统分 析方 法 系统分 析方 法见 表2。DB 13/T 5529 2022 4 表2 系 统分 析方 法 5 监测流 程 安装 5.1.1 多参数 气体 传感 器模 块 5.1.1.1 水平安 装，顶部 朝上；安 装牢固，避 免出 现震 颤、滑动等 问题；机 载传 感设 备必须 有安 全屏蔽装 置，防止 数据 采集 过程中 的电 磁干 扰；机载 传感设 备需 与被 测气 体充 分接触。5.1.1.2 机载传 感设 备安 装位 置见 表 3。表3 机 载传 感设 备安 装位 置 机型 传感设备安装位置 固定翼无人机（垂直起降）安装在机腹内，进气口孔径3mm 4mm。旋翼无人机 旋翼机传感器安装时需将螺旋桨下沉气流影响降至最低，严禁将传感器模块裸露；严禁将传感器置于机身下方；进气通道须有节流设计。搭载旋翼无人机 应配备专门的 承载吊舱。吊舱 安装在机身中 心位置上方，距 离机架上板30cm，进气口方向朝向机 头 方向。吊舱安装 在机头方 向外 延，距离最近的螺旋桨外缘30cm，进气口方 向朝向机头外延方向。进气通道 需有节流设计。5.1.2 数据时 空融 合模 块 水平安 装，顶部 朝上；安 装牢固，避 免出 现震 颤、滑动等 问题。5.1.3 其他 5.1.3.1 硬件安 装质 量分 布均 匀，充分考 虑无 人机 的载 重能 力及平 衡性 要求。5.1.3.2 涉及线 路连 接的，各 端口 连接牢 固，不能 出现 虚接、连接 松动 的现 象。数据采 集 5.2.1 数据采 集流程 准备 规 划航 线 起 飞检测 数据 收集 处理 降 落回 收。5.2.2 航线规 划 检测项目 监测单元分析方法 质控单元分析方法 PM1.0 光散射法 射线吸收法 PM2.5 光散射法 射线吸收法 PM10 光散射法 射线吸收法 SO2 电化学法/金属氧化物法 紫外荧光法/差分吸收光谱 NO2 电化学法/金属氧化物法 化学发光法/差分吸收光谱 CO 电化学法/金属氧化物法 气体滤波相关红外吸收法/非分散红外吸收法 O3 电化学法/金属氧化物法 紫外吸收法/差分吸收光谱 TVOC 金属氧化物法/光离子法 等离子法/氢火焰离子法 DB 13/T 5529 2022 5 5.2.2.1 航线规 划范 围覆 盖监 测目 标区域。5.2.2.2 航线构 成的 几何 区域 为矩 形，矩 形的 各边 方向 必须 为东西 向、南北 向。5.2.2.3 航线主 行进 方向 为东 西向 或南北 向。5.2.2.4 同一作 业区 域不 同高 度、不同时 段的 监测 采用 同一 航线。5.2.2.5 航线设 置必 须均 匀合 理，不得出 现航 线交 叉的 情况。5.2.3 数据资 料整 理 5.2.3.1 当无人机驶入、驶出正式 航线时，分别截屏，并以 区域-日期-时间-高度的格式命名保存。5.2.3.2 监测数 据按 日 期、时间、经纬 度、高 度、气体 参数、颗粒 物 参数、温湿度 的 顺序 排序；气 体 参数 和 颗 粒物 参数 应 真实展 现监 测结 果，数 据 单位应 为传 感器 本身的测量 单位。5.2.4 数据处 理 5.2.4.1 数据处 理前 进行 数据 审核，确定 日期 时间、经 纬度、高度 符合 实际 飞行 情况；确定 监 测 数据无异 常。5.2.4.2 数据处 理有 标准 模板，各 气体参 数、颗粒 物参 数单 位均符 合国 家标 准规 定。5.2.4.3 数据处理应按添加作业 区域、增加预选高度、导入空中数据、数据处理的顺序 进行 操作。5.2.4.4 数据处 理完 成后，能 查询 关键点 数据、航 线数 据、历史数 据、时态 分布 数据、空间 分布 数据。5.2.4.5 数据处 理结 果能 以等 值线 图等二 维图 表展 示，可以 直观描 绘区 域大 气环 境质 量状况。飞行选 择 5.3.1 选择合 适的 起飞 降落 场地。5.3.2 起飞前 必须 对无 人机 及多 气体传 感系 统进 行全 面检 查，确 保正 常工 作。5.3.3 飞行航 线必 须规 避障 碍物，原则 上飞 行高 度不 低于 被测区 域内 最高 建筑 物高 度。5.3.4 地形较 复杂 的区 域，需要 导航引 导无 人机 避开 障碍 区域。5.3.5 航线规 划采 用蛇 形航 线，在被测 区域 间按 指定 方向 进行往 返式 飞行，往返 航 线间隔 均匀，航线在被 测区 域范 围内 无交 叉。5.3.6 在飞行 作业 前提 前申 请空 域，按 照空 管部 门指 示执 行飞行 作业。