深圳市圣凯安科技有限公司

大气环境监测系统 技术解决方案

一、背景

说起分布式大气检测仪（采用圣凯安大气监测传感器），虽然它在市场上只是一个新面孔，可在咱们圣凯安科技的产品体系里却已经算是老前辈了，公司在这方面的技术储备早就有了，三年前也诞生了雏形产品，只是当时的市场定位不够清晰，所以市场开发就一直处于停滞状态。随着人们环保意识的不断提高，市场需求更加明显，产品推广计划就再次被提上了日程。就在这个关键时刻，深圳市圣凯安科技总经理的李警，隐隐约约感觉到这是一个发展方向，同时也是考验自己综合能力的机遇，就开始了初的市场摸索。

当时的大气监测项目部，说是一个部门，实际上就李警一个人，他亲自带着雏形产品到高新区环保局咨询后，发现这个产品只能监测PM2.5、Pm10，根本就满足不了市场需求。为了研发出产销对路的产品，公司决定组建了临时协同小组，由大气监测项目部联合智慧城市板块、智慧安全板块以及研究院等单位共同对硬件设备和软件平台进行重新规划设计。经过研发人员两个月的技术攻关，前前后后经历了无数次升级和改良，共推出了两个版本的样品，终才有了咱们现在称之为“小型空气站”的二代产品。这款新品不仅完全满足了市场需求，可以检测PM2.5、PM10、一氧化碳、臭氧、二氧化硫、氮氧化物6项空气参数，而且还具备便携性强、性价比高的优势，非常适合多点布位。以前在一个区只能建立一个点，这个点的数据却代表整个区，现在通过多点布位能够监测整个面，还能通过数据分析迅速确认污染源的类型、位置等信息，为后期治理提供了高度的决策性依据。

这款产品一经推出就获得了高新区环保局的高度认可，并在4天时间内完成了14台小型空气站的多点布位，实现了对高新区全区大气质量的网格化监测。随后又相继在全国范围内完成了近70台小型空气站的多点布位，总监测面积达到了200多平方公里。

其实，李警并不是个吃螃蟹的人，在他之前已经有人尝试过这款产品的市场推广工作，但都没有坚持下来，可为什么只有他把这个事情做成了呢？同样缺钱少人，他有什么秘密武器吗？是的，团队就是他的秘密武器。为了加快项目进度，借助多年积累的经验，自己亲自负责商务洽谈工作，他又向智慧城市、智慧安全、研究院、企管部等单位寻求帮助，得到了各单位的大力支持，人手不够的大难题也迎刃而解。

随着高新区环保局这个项目的顺利交付，产品的市场定位更加明确了，服务对象就锁定环保局，针对环保局的需求对口开发，这样产品功能与客户需求也就更加契合了。客户需求搞清楚了，产品适销对路了，就没有做不好的事情，借着团队高涨的士气，大家又一鼓作气拿下了其他市区的项目，并开始在重点工业城市进行大范围推广，市场越做越大。

 至此，大气监测项目部终于完成了从初的“雏形产品没有市场”到现在的“二代新品供不应求”的华丽转身，这背后是整个团队兢兢业业、勤勤恳恳地付出，尤其是工程师们放下身段、亲临一线的高境界低姿态，为项目落地立下了汗马功劳。项目后期的安装工作需要聘请工人来完成，为了节省开支，李警就带着技术人员亲自上阵。八月份正是天气热的时候，他们几乎每天都在烈日下奔波，因为设备的安装高度必须在5-12米之间，所以他们不是跑东跑西协调设备的安装位置，就是扛着200多斤的设备和辅料跑上跑下。那段时间磕磕碰碰都是家常便饭，甚至累得感冒发烧了也都扛着。

在2016年大气监测平台项目荣获了“科技创新奖”，“立足市场开发产品”的创新模式打破了之前“立足产品谋求市场”的传统思维，将市场需求迅速转化为产品方案并在时间推向市场。

随着团队成员的陆续加入，大气监测项目部不断发展和壮大起来。

2016年，圣凯安科技推出一套完整的气体检测软件系统（无人机气体检测系统）将大气监测传感器与无人机相结合，通过网络建立传感系统监测。现如今无人机遥感技术作为继航空、航天遥感后的第3代遥感技术：具有立体监测、响应速度快、监测范围广、地形干扰小等优点, 是今后进行大气突发事件污染源识别和浓度监测的重要发展方向之一。

二、无人机空气质量检测仪

无人机空气质量检测仪（SKA/WRJ-8）是圣凯安科技专为无人机气体检测系统而专门设计的一款产品。标准监测参数包括：SO2，NO2，O3，CO以及可颗粒物PM2.5和PM10等，并实时传输回地面显示无人机飞行所在环境的检测数据及生成对应的趋势曲线。同时通过配置圣凯安科技高、体积小、重量轻的智能型7NE系列气体传感器可扩展检测NH3，HCN，HCL及甲烷/非甲烷碳氢化合物、VOC等几百种气体参数，可完美搭载在无人机上进行检测并对无人机飞行不会造成影响。

无人机空气质量检测仪（SKA/WRJ-8）主要包含几部分：采样单元、数据传输单元、数据分析单元等；采样单元监测的数据通过数传或GPRS传输单元传送至地面显示平台进行实时控制、数据管理及图表生成。

详细参数：

●适用：多旋翼无人机、固定翼无人机；

●检测气体：PM2.5、PM10、NO2、SO2、CO、O3、VOC等可灵活替换（具体请联系圣凯安售前）；

●检测原理：电化学、激光以及红外原理；

●重量：950克（标准7参数） ；

●尺寸：220×145×60mm；

●供电：12-24V；

●数据传输方式：GPRS /数传；

●工作环境温度：(-30~+60)℃；

●工作环境湿度：(15 ~ 95)% RH 无凝露 ；

●设备寿命：气体器件寿命2年

产品特点

●软件兼容多种无人机制造商包括大疆所有系列（欢迎订制）

●上百种气体传感器可以随时更换，系统带有自动识别功能

●外壳防水、防风、防尘、防撞击设计

●实时显示监测数据，并生成对应的趋势曲线

●可查看历史实时数据，并同时生成曲线分析图，列表和图表样式显示历史数据，方便对比查看

●同时显示经纬度、高度、温度、湿度、PM1、PM2.5、PM10、上百种气体实时浓度值。

●检测可达到ppb级。

●实时无线传输数据到地面端，也可以通过GPRS实时传输到服务器。

●自动采样分析高分析仪器；
●具有良好的抗干扰能力 ，数据能够自动换算为标态浓度；
●各项资料自动传输、远程自动和手动控制、故障诊断及报警等基本功能。

三、大气环境监测系统

1 系统结构及工作原理

这套系统主要包括无人飞行器、NE sensor气体检测、数传/GPRS、地面站/服务器、数据处理软件等构成。主要的作用于检测大气空气质量AQI与应急检测有毒有害气体，其可以达到1PPB。改变了传统固定点的检测使得气体检测变得灵活、快速、准确、方便。

2 气体浓度数据采集的软件实现

　　气体检测这块有着成千上万种气体种类、量程、等。我司为了简化用户的操作与成本。我司特设计一套7NE系列的传感器。有着一整套完整的软件信息系统，把所有可以检测到的气体种类我们有效的划分开实现全部智能化的识别系统。客户可以根据不同的检测场景搭配不同的传感器；使得无人机气体检测非常灵活不受荷载的影响。数据采集主要如下图所示。

3传输协议

    根据7NE系列气体传感器的通讯方式可以采用模拟电压、模拟电流、TTL、RS485，我司的采用的是RS485、TTL两组通讯方式。

    串口波特率9600，校验位无，8个数据位，1个停止位；数值为Hex

四、无人机飞行控制器台

地面接收系统的软件Green Ear是专门设计的可用于上述监测检测数据接收、解码、显示、处理、并向云端上传的专用软件，它与通用飞控软件Mission Planner相结合，在获取飞行路径规划及飞行器飞行姿态数据的基础上加我司的气体检测设备的实时浓度值进行数据分析融合，并支持多探测器同步数据回传和处理功能。

数据分析平台，主要功能应包括实时数据展示、历史数据查询、区域的GPS经纬度、时间等信息同步传回地面接收系统。

(1)实时数据展示

平台可对各类监测数据进行实时展示。将空气质量气体传感器数据、有毒气体应急监测数据汇入到统一平台，统一管理，综合展示。气体传感器数据以不同颜色代表不同污染级别。

以下为近1小时内的实时数据。

(2)历史数据查询

将各点位的历史监测数据进行简单的统计分析，例如日变化分析、时间序列分析等，帮助采购方节约手动分析时间成本，同时还能够帮助采购方了解基本污染状况。

(3)区域污染概率分析

通过计算一段时间内，各区域污染超标的累积概率，能够得到经常发生污染的区域，即为超标重点区域，也可能为潜在污染源，管理者可根据分析结果对此类区域进行重点监管。

(4)污染统计

实时分析让采购方掌握的污染动态，历史分析可以帮助采购方查找重点污染区域。

五、空气质量网格化在线监测系统

空气质量网格化在线监测预警预报系统解决方案，平台数据中心可提供所属地区各监测点位数据的实时采集传输、实时监控空气环境质量，实现在线数据查询及报表统计、数据自动预警、环保信息综合分析、数据归集和反馈等，为环保的研究提供信息资源和手段，为环保业务管理提供统一的管理平台。

分布式大气污染物复合监测器

深圳市圣凯安科技有限公司网格化空气质量监测综合解决方案针对城市、农村、居民区、工业园区，工地等存在有组织和无组织污染排放源的区域，进行全面、精准“网格化布点”，将目标区域均匀划分为若干网格点，综合固定监测和移动监测技术，形成精细的覆盖整个区域的感知物联网络，实时监控多种污染物的浓度水平和分布规律，通过环保云平台和大数据计算挖掘，确定区域空气污染的主要成因和来源，并为预测预警、溯源及靶向治理等环保决策提供精准的大数据支持。

 该方案采用三层架构体系，即感知层、传输支撑层、应用层。数据经网格化感知设备采集后，通过传输支撑层网络上传到环保云计算平台，提供软硬件支撑环境和数据模型，在应用层上，实现基于网格化监控和大数据平台的业务管理。

深圳市圣凯安科技有限公司网格化空气质量监测系统应用平台层在环保数据中心的基础上，充分利用大数据和环保云平台等技术，综合成熟的数据模型及算法，在实现精准的网格化监测功能的同时，为相关职能部门提供空气质量预测预警、污染突发事件溯源及处置等决策支持。

经过多次的自主研发，圣凯安科技无人机气体检测系统已广泛应用于党政机关、环保、电信、水利、交通、公安等行业，为客户创造了良好的社会价值和经济效益。