技术名称:基于无人机载的大气污染物分布快速检测技术
适用范围:环境监测、污染物排放监测、大气污染物监测
技术简要说明:基于无人机载平台,利用高分辨成像DOAS探测系统,建立复杂地形条件下机载痕量气体二维探测技术和反演方法。结合成像差分吸收光谱算法,推扫方式工作,获取目标区域高分辨率成像光谱数据,结合无人机飞行姿态、GPS数据对成像数据进行几何校正和DEM校正后进行污染气体柱浓度反演。 该技术提供一套重量低于6Kg的IDOAS设备,设备可独立完成供电、数据存储、数据反演拟合。 技术主要指标信息:光谱范围300~400nm;光谱分辨率0.5nm;体积244*165*189mm;重量≤6Kg;功率≤60w 设备投资:该技术主要设备为适用于无人机载平台的IDOAS设备,该设备主要包括CCD成像电路、光学系统。自研CCD成像电路须开发成本20万(包括CCD探测器),光学系统开发20万,其它附属设备等成本约5~10万,总投入约45~50万。设备使用寿命约5~10年。 年运行维护费用:设备运行须培训合格人员进行设备运行保障和维护,设备正常运行按每次监测工作计算,须燃油费5000元、人工费用1万元,材料费5000元,其他费用1万元,总计约3万元。
投资回收期:每台设备研发成本约50万元,考虑设备需要提供5年技术支持,每年人力成本约12万元。考虑每年可为用户节约300万监测成本,整体售价可定为150万元,则一年内可收回成本。 2018年生态环境部卫星环境应用中心采购本设备及相应技术支持,销售价格为120万元,即当年即可获取收益38万元。 附加效益:对于大气污染遥感监测,大型机载监测手段,成本昂贵,每次飞行须耗费大量人力成本,每次飞行所需成本约为100万元,以每年进行4次监测计算,每年需400万元。 基于无人机载平台,方便快捷,可实现高时间分辨率监测,对区域污染形成机制、污染源分布具有更大的科研价值和实际意义。以每月飞行一次计算,每次飞行成本约3万元,每年仅需36万元。 综合效益:通过设备长期运行结果和飞行数据,可证明基于无人机载的IDOAS技术,可大幅度减少大气污染区域分布检测的成本。以大型机载实验每年飞行4次计算,则每次监测的时间跨度为3个月。无人机载平台,飞行方便、快捷,在保证空域的前提下可实现每天飞行,保守估计每月飞行一次,则相对大型机载实验,其时间跨度缩短为1/3。更高的时间监测频率,对污染物排放区域分布的变化过程、区域聚集演变过程的研究更有意义。 技术成熟度:该技术已经多次应用于科研项目中,获取了大量飞行数据。目前已经完成多地飞行试验,如武安、南京、乐山、常州等。已有多家单位(如生态环境部卫星环境应用中心等)订购相应设备。 目前该技术工艺路线完整,从设备研发、外场飞行、数据处理和设备维护都具有丰富的经验,技术比较成熟。 技术适用性与使用条件:该技术适用于大气污染气体监测、大气遥感领域,用于探测区域污染气体排放分布监测。该技术基于无人机平台,在使用中需要提供无人机飞行环境,无人机有效载荷负载量大于6Kg;该技术基于被动DOAS技术,须以太阳地气散射/反射光作为光源,因此受天气限制;一般飞行区域应覆盖工业园区,主要针对有较高污染排放量的工厂、电厂等,重点监测其NO2及SO2的排放量。 技术稳定性:该技术基于无人机载平台进行数据采集以实现污染气体排放、分布监测。该技术包含了数据处理算法系统,可校正无人机载平台带来的不确定因素,如受气流影响的飞行姿态不稳、抖动等。携带的温控系统可应对设备运行过程中环境温度的剧烈变化,保证设备光学参数的稳定性。 技术安全性:该技术为大气污染监测技术,设备本身运行过程中无二次污染、毒性物质排放等。设备系自主研发,包括电子学系统及光学系统等,关键器件渠道畅通,可满足设备生产需要。
知识产权转让:中国科学院合肥物质科学研究院 1,ZL201922384313.2(一种无人机载污染气体分布检测装置) 2,2020SR0202630(大气污染无人机载DOAS分析软件) 3,ZL201210113186.2(一种基于便携式测量高效紫外吸收光谱的光学系统) 4,ZL201610349684.5(一种成像光谱仪CCD光谱图像暗电流校正方法) 5,ZL201310485504.2(一种大视场大气痕量气体检测仪专用气体标定装置) 6,ZL201310485523.5(基于大视场成像光谱仪的点污染源排放通量测量方法) 7,ZL201210299291.X(超光谱成像光谱仪装调、测试用狭缝组件) 8,ZL201110269827.9(机载大气痕量气体二维分布快速监测系统)