【項目背景及目的】

長江中游重霾區(qū)大氣污染外場綜合觀測試驗由中國氣象局武漢暴雨研究所聯(lián)合南京信息工程大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）、江蘇省氣象科學(xué)研究所和長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院共同開展，由信大智能科技（江蘇）有限公司作為代理合作方提供無人機相關(guān)運維服務(wù)。該外場觀測試驗有助于認識長江流域中游大氣氣溶膠變化成因和機理，對豐富我國不同區(qū)域大氣重污染形成機制差異的科學(xué)認識，提升長江經(jīng)濟帶大氣環(huán)境改善應(yīng)對決策能力及服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展都具有重要應(yīng)用價值與戰(zhàn)略意義。Sniffer4D靈嗅超本地大氣移動監(jiān)測系統(tǒng)作為本次觀測試驗的主要探測設(shè)備之一，在試驗數(shù)據(jù)的采集和分析中發(fā)揮了重要作用。

中國氣象局武漢暴雨研究所咸寧試驗基地

【項目簡介及進展】

background:white">據(jù)中國氣象局武漢暴雨研究所介紹，項目已于2019年1月16日完成了為期20天的首輪觀測試驗，目前正在進行第二輪觀測試驗，將從2019年5月20日一直持續(xù)到2019年6月10日。試驗期間，科研人員在位于湖北咸寧、荊州、襄陽的三個觀測場進行每日8次的同步加密探測，試驗采用無人機和系留氣艇（氦氣），搭載靈嗅、氣象傳感器、黑炭儀等觀測儀器。科研人員克服了惡劣天氣、GPS搜星異常、飛行過程中設(shè)備數(shù)據(jù)采集不穩(wěn)定等困難，掃描出大氣邊界層1500米高度內(nèi)的二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、臭氧、黑炭和不同粒徑氣溶膠的濃度廓線，以及風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓等氣象要素的垂直廓線。

【選擇靈嗅的原因】

武漢暴雨研究所表示，選擇靈嗅作為此次觀測試驗主要監(jiān)測設(shè)備之一的原因包括：

l   小型輕量化：靈嗅的輕量化設(shè)計（500-600g）使其可以輕易地搭載在小型無人機和系留氣艇上，并且對無人機的留空時長影響較小；

l   三維坐標(biāo)標(biāo)記：靈嗅會為每一組監(jiān)測數(shù)據(jù)（1Hz）標(biāo)記經(jīng)緯度（通過GPS）以及相對高度（通過氣壓計），能幫助研究人員便捷地掃描出目標(biāo)污染物與顆粒物的濃度廓線；

l   可靈活組合：靈嗅可以同時監(jiān)測最多9種污染物與顆粒物項目，并且可根據(jù)使用場景的需要靈活組合，可以滿足探測目標(biāo)多樣化的要求；

l   數(shù)據(jù)完整：在使用無線數(shù)據(jù)傳輸時，支持數(shù)據(jù)斷點續(xù)傳，在高空數(shù)據(jù)鏈路中斷時的監(jiān)測數(shù)據(jù)不會丟失，并且會在無線連接重新建立后自動追回；同時，靈嗅機上配備的SD卡數(shù)據(jù)備份模塊也會同時記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)；靈嗅的無線數(shù)據(jù)斷點續(xù)傳+本地數(shù)據(jù)備份可以最大程度上保證任務(wù)數(shù)據(jù)的完整性；

l   數(shù)據(jù)質(zhì)量可量化：客觀上來講，采用傳感器法的小型、低成本監(jiān)測設(shè)備目前在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性方面與科學(xué)級別監(jiān)測設(shè)備存在較大差距；但在本項目中利用重量重、體積大、價格昂貴的科學(xué)級別監(jiān)測設(shè)備獲取高空數(shù)據(jù)可操作性不強；靈嗅研發(fā)團隊提供的《長期監(jiān)測數(shù)據(jù)相關(guān)性比對結(jié)果》、華南國家計量測試中心為靈嗅出具的《校準(zhǔn)證書》等材料，為量化采集數(shù)據(jù)的可信程度提供了一定的依據(jù)。

靈嗅與超級監(jiān)測站長期（2個月，寬溫濕范圍）監(jiān)測數(shù)據(jù)相關(guān)性比對結(jié)果

靈嗅校準(zhǔn)證書首頁

【如何應(yīng)用靈嗅】

試驗開始前，科研人員首先將靈嗅等探測設(shè)備搭載在無人機旋翼平面的上方及系留氣艇的網(wǎng)兜里，正確連接好所有的設(shè)備配件及連接線后，開啟靈嗅進行預(yù)熱（強制預(yù)熱時間為5分鐘，為了滿足科研項目對數(shù)據(jù)質(zhì)量的要求，建議預(yù)熱10-20分鐘），預(yù)熱完成后檢查GPS、SD卡備份等功能顯示均正常后，科研人員通過操縱無人機飛行及放飛系留氣艇的方式做垂直掃描。建議采用0.5~1m/s的上升/下降速度進行垂直掃描，盡可能規(guī)避氣壓過快變化對電化學(xué)傳感器造成的影響。

靈嗅+無人機大氣移動監(jiān)測系統(tǒng)

科研人員操縱無人機采集數(shù)據(jù)

科研人員對系留氣艇（氦氣）探測系統(tǒng)做調(diào)試工作

系留氣艇探測系統(tǒng)試驗正式開始

試驗過程中，通過靈嗅配備的數(shù)據(jù)可視化分析軟件——Sniffer4D Mapper ^TM可實時生成三維點云污染物濃度分布熱力圖，并且還可實時顯示二維網(wǎng)格空氣污染分布熱力圖、二維等值線空氣污染分布熱力圖及氣體檢測儀的工作狀態(tài)等等，為觀測試驗提供實時、直觀的數(shù)據(jù)情況。為防止通信中斷等因素導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失情況的發(fā)生，試驗采用的是數(shù)傳傳輸接收數(shù)據(jù)和SD卡數(shù)據(jù)備份雙保險的形式。

無人機探測系統(tǒng)臭氧三維點云分布熱力圖

系留氣艇探測系統(tǒng)臭氧三維點云分布熱力圖

采集任務(wù)結(jié)束后，在軟件中加載本地保存的任務(wù)數(shù)據(jù)文件，在任務(wù)欄-輸出下導(dǎo)出數(shù)據(jù)表格（CSV），表格中涵蓋有海拔高度、經(jīng)緯度、溫濕度及各種探測目標(biāo)氣體的濃度等數(shù)據(jù)。通過對表格的數(shù)據(jù)進行分析處理，得到目標(biāo)氣體的濃度廓線，為整個項目提供強有力的數(shù)據(jù)及結(jié)果分析支撐。

軟件任務(wù)欄導(dǎo)出數(shù)據(jù)表格（CSV）示意圖

以下為某次試驗任務(wù)數(shù)據(jù)文件導(dǎo)出的數(shù)據(jù)表格截圖：

數(shù)據(jù)表格（CSV）

以下為通過對某次試驗的數(shù)據(jù)表格進行簡單分析所生成的O3、SO2及NO2的濃度廓線圖：

【兩種搭載方式的優(yōu)劣對比】

對于無人機載探測系統(tǒng)而言，其具有的優(yōu)勢有：

l  無人機載更加現(xiàn)代化，機動性能良好，自動化程度更高；

l  定點能力更強，能夠精確到具體的海拔高度和經(jīng)緯度；

l   能為靈嗅提供良好的搭載環(huán)境，試驗過程中靈嗅的硬件設(shè)備晃動較少，對其起到良好的保護作用。

其劣勢在于：

l  對試驗操作人員有一定的要求限制，需要其有專業(yè)的飛手執(zhí)照；

l  因無人機續(xù)航能力的原因，試驗過程中很難將速度降低至建議采用的掃描速度范圍內(nèi)，致使靈嗅的數(shù)據(jù)質(zhì)量不高；

對于系留氣艇載探測系統(tǒng)而言，其具有的優(yōu)勢是：

l  系留氣艇載更加傳統(tǒng)經(jīng)濟，操作要求相比無人機載來說較低；

l  能夠?qū)⑺俣冉档椭两ㄗh采用的掃描速度范圍內(nèi)，使得靈嗅采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠性更高。

其劣勢在于：

l  系留氣艇載為靈嗅提供的搭載環(huán)境一般，試驗過程中的網(wǎng)兜的搖晃和設(shè)備間的碰撞對設(shè)備的使用壽命和GPS搜星情況有所影響；

l  試驗?zāi)芊襁M行受天氣的影響較大。以本次探測試驗中使用的系留氣艇為例，要求地表風(fēng)速在4m/s以內(nèi)，高空風(fēng)速不能超過6m/s。

【以客戶為中心的靈嗅】

靈嗅目前已在多個國家及國內(nèi)多個省份的不同行業(yè)內(nèi)投入使用，為了給客戶更好的使用體驗，靈嗅的研發(fā)團隊也在持續(xù)更新信號處理算法、嵌入式軟件與數(shù)據(jù)分析軟件；并且針對于某些科研項目團隊的特殊需求，我們也會定制開發(fā)特定功能版的靈嗅，幫助其解決實際問題。