【項(xiàng)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(yàn)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(jī)相關(guān)運(yùn)維服務(wù)。該外場觀測試驗(yàn)有助于認(rèn)識長江流域中游大氣氣溶膠變化成因和機(jī)理，對豐富我國不同區(qū)域大氣重污染形成機(jī)制差異的科學(xué)認(rèn)識，提升長江經(jīng)濟(jì)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(jì)社會可持續(xù)發(fā)展都具有重要應(yīng)用價(jià)值與戰(zhàn)略意義。Sniffer4D靈嗅超本地大氣移動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)作為本次觀測試驗(yàn)的主要探測設(shè)備之一，在試驗(yàn)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(yàn)基地
【項(xiàng)目簡介及進(jìn)展】
background:white">據(jù)中國氣象局武漢暴雨研究所介紹，項(xiàng)目已于2019年1月16日完成了為期20天的首輪觀測試驗(yàn)，目前正在進(jìn)行第二輪觀測試驗(yàn)，將從2019年5月20日一直持續(xù)到2019年6月10日。試驗(yàn)期間，科研人員在位于湖北咸寧、荊州、襄陽的三個(gè)觀測場進(jìn)行每日8次的同步加密探測，試驗(yàn)采用無人機(jī)和系留氣艇（氦氣），搭載靈嗅、氣象傳感器、黑炭儀等觀測儀器?？蒲腥藛T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(yàn)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(jì)（500-600g）使其可以輕易地搭載在小型無人機(jī)和系留氣艇上，并且對無人機(jī)的留空時(shí)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(jì)），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(shí)監(jiān)測最多9種污染物與顆粒物項(xiàng)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(shí)，支持數(shù)據(jù)斷點(diǎn)續(xù)傳，在高空數(shù)據(jù)鏈路中斷時(shí)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(dòng)追回；同時(shí)，靈嗅機(jī)上配備的SD卡數(shù)據(jù)備份模塊也會同時(shí)記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)；靈嗅的無線數(shù)據(jù)斷點(diǎn)續(xù)傳+本地?cái)?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(xiàng)目中利用重量重、體積大、價(jià)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(qiáng)；靈嗅研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(jì)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(gè)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(yàn)開始前，科研人員首先將靈嗅等探測設(shè)備搭載在無人機(jī)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(jìn)行預(yù)熱（強(qiáng)制預(yù)熱時(shí)間為5分鐘，為了滿足科研項(xiàng)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(jī)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(jìn)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(jī)大氣移動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)
科研人員操縱無人機(jī)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(yàn)正式開始
試驗(yàn)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(shí)時(shí)生成三維點(diǎn)云污染物濃度分布熱力圖，并且還可實(shí)時(shí)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(yàn)提供實(shí)時(shí)、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(yàn)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(xiǎn)的形式。
無人機(jī)探測系統(tǒng)臭氧三維點(diǎn)云分布熱力圖
系留氣艇探測系統(tǒng)臭氧三維點(diǎn)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(jìn)行分析處理，得到目標(biāo)氣體的濃度廓線，為整個(gè)項(xiàng)目提供強(qiáng)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(yàn)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(yàn)的數(shù)據(jù)表格進(jìn)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(jī)載探測系統(tǒng)而言，其具有的優(yōu)勢有：
l 無人機(jī)載更加現(xiàn)代化，機(jī)動(dòng)性能良好，自動(dòng)化程度更高；
l 定點(diǎn)能力更強(qiáng)，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(yàn)過程中靈嗅的硬件設(shè)備晃動(dòng)較少，對其起到良好的保護(hù)作用。
其劣勢在于：
l 對試驗(yàn)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(jī)續(xù)航能力的原因，試驗(yàn)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(jì)，操作要求相比無人機(jī)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(yàn)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(yàn)?zāi)芊襁M(jìn)行受天氣的影響較大。以本次探測試驗(yàn)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(gè)國家及國內(nèi)多個(gè)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(yàn)，靈嗅的研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(xiàng)目團(tuán)隊(duì)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(shí)際問題。
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