基于北斗导航系统的空气质量检测无人机系统

针对传统空气质量监测方法存在实时性差、精度低、空间局限等问题，本文基于我国自主研发的北斗导航系统，设计了一种空气质量实时监测系统。主要包括北斗导航系统，无人机系统，地面控制中心和手机移动终端。该无人机系统包含BDS模块、信息采集模块、控制单元模块和通信传输模块等。核心的控制单元模块采用单片机处理气体传感器采集的PM2.5，PM10，温湿度等数据和BDS模块采集的地理位置信息数据，通过GSM网络与地面控制中心进行实时通信，地面控制中心的PC导入实时地图，将无人机传输的数据可视化。分析表明，该系统优点突出，可以实现实时监测空气质量的功能，弥补了当前空气质量监测方法的不足之处，能为空气环境治理提供可靠依据，具有广泛的应用前景。

自18 世纪以来，世界各国在工业化的进程中取得了飞速进展，但同时也出现了很多问题，尤其近十年来， 空气污染愈发严重。

温室效应、臭氧空洞、空气质量和PM2.5 等名词频繁出现在人们的视野之中。

中国作为当今最大的发展中国家，经济建设与环境保护的矛盾显得尤为突出。美国耶鲁大学发布《2016环境绩效指数报告》[1]， 对全球环境问题视为高级优先领域的180 个国家进行了环境绩效指数(EPI)排名， 中国的空气质量排名倒数第二位，这对我国城市空气质量监测力度及监管力度提出了新的要求。

传统的空气质量地面监测法是在一座城市的多个经纬点布置检测站台，由于地理位置、自然条件的种种限制，导致这种方法对于城市空气质量的监测不具有代表性，不能形成全面对区域性空气污染的监测、评价的能力， 而且灵活度不够高， 缺乏流动观察和立体观察的能力， 同时需要较长时间的安装部署， 无法对污染排放源实现快速的监测。

文献[2]研究了基于大数据和物联网的空气质量预监测，利用智能决策算法分析空气质量历史数据和实时采集数据，但大数据预测过程中带有较强的偶然性，偶尔会出现预测偏差情况；文献[3]设计了小型四旋翼无人机空气质量监测仪，对传统定点检测空间覆盖度不足的问题提出了改进，但此监测仪中采用SD 卡存储采集数据， 未能实现数据的在线传输功能；文献[4]设计及实现了基于北斗的空气质量实时监测系统，将北斗定位系统应用到了环境监测领域，但仍需人工确定空气质量采集点的数量及位置。上述研究都实现了对大气中一种或多种污染物的检测工作， 具有一定创新性且便于实现， 但还存在偶然性偏差、拓展性不强、应用范围小等局限性。

本文设计基于北斗导航系统(BeiDou Navigation Satellite System, BDS)的空气质量监测无人机系统，利用BDS 覆盖范围广、全天时、高精度及近乎连续实时特点实现对无人机的定位控制；并将传感器、单片机等模块装载于无人机上，从而使该系统能够多角度、全方位地对空气质量进行实时监测；利用GPRS 网络及