مقدمه: مرز جدید در نظارت بر کیفیت هوا

کیفیت هوای ضعیف یکی از مهمترین تهدیدات سلامت محیط زیست زمان ما است، مرتبط با میلیون ها مرگ زودرس در سال از بیماری های تنفسی و قلبی عروقی است - ایستگاه های زمینی و نمونه برداری دستی - ارائه داده های ارزشمند اما محدود است که این ایستگاه ها پراکنده، گران هستند و اغلب قادر به ثبت تنوع فضایی آلودگی در سراسر شهرها، مناطق صنعتی، و یا مناطق نظارت بر محیط زیست هستند (این ایستگاه ها می توانند به عنوان یک ارزیابی دقیق هوا، به عنوان یک سیستم های کوچک، تجزیه و تحلیل داده های هوا، به دست آورند.

پیشرفت در تکنولوژی های سنسور Drone

هسته هر سیستم ارزیابی کیفیت هوا مبتنی بر پهپاد، محموله سنسور های اخیر است. مینیاتوریزاسیون اخیر به محققان اجازه داده است تا ابزارهای درجه آزمایشگاهی را به بسته های سبک وزن، کم انرژی مناسب برای پهپادها، بسته های این سنسورها طیف وسیعی از آلودگی ها و پارامترهای محیطی را شناسایی کنند.

سنسور های مهم

[PM]، به ویژه PM و PM ، نگرانی اولیه برای سلامت عمومی است. [2] ذرات نوری و آنزیم ها در حال حاضر بر روی هواپیماهای بدون سرنشین پرواز، ارائه ذرات زمان واقعی و اندازه توزیع برخی از واحدهای پیشرفته لیزر برای تجزیه و تحلیل ذرات گرد و غبار، به طوری که نمونه های دقیق مانند تجزیه و تحلیل ذرات، و تحلیل دقیق است.

سنسور های گازی برای معیارهای Pollutants

سنسورهای نیمه هادی Electrochemical و متال-oxide برای پهپادها اقتباس شده اند تا دی اکسید نیتروژن (NO را تشخیص دهند، دی اکسید گوگرد (SO برای تشخیص دی اکسید نیتروژن (FLT3) ، ازن (O و مونوکسید کربن (CO) به طور همزمان استفاده از نمونه های مایع مایع مایع (r) و غیر فعال (r) برای بهبود پردازش گاز مایع گاز مایع گاز مایع مایع (r) و غیر فعال کننده) و غیر فعال است.

تکنولوژی های نوری و از راه دور Sensing

فراتر از سنسورهای نقطه، هواپیماهای بدون سرنشین می توانند ابزارهای نوری مانند دوربین های hyperspectral و تصویر حرارتی را حمل کنند. تصویربرداری Hyperspectral اثر شیمیایی گازهای موجود در طیف قابل مشاهده و مادون قرمز را شناسایی می کند، که امکان نقشه برداری از لوله های آلودگی از فاصله را فراهم می کند. دوربین های حرارتی شناسایی امضاهای حرارتی از پشته های صنعتی یا آتش سوزی های دفن زباله، اغلب با انتشار ذرات و VOC ها ارتباط دارد.

مزایای کلیدی نظارت بر کیفیت هوا مبتنی بر Drone-based Air Quality

هواپیماهای بدون سرنشین مزایای مختلفی نسبت به ایستگاه های نظارت سنتی و هواپیماهای سرنشین دار ارائه می دهند:

  • وضوح فضایی بالا : هواپیماهای بدون سرنشین می توانند در ارتفاع پایین پرواز کنند، ثبت اطلاعات هر چند متر.این گرادیان آلودگی در نزدیکی بزرگراه ها، کارخانه ها یا کانون های شهری که ایستگاه های زمینی از دست می دهند را نشان می دهد.
  • ] [[[ ] ] [[ ] ] [ ] [ ] [ [[ ] ] ] [ [ ] ] [بر فراز و فرود ] و فرود، هواپیماهای بدون سرنشین اندازه گیری چگونه آلودگی با ارتفاع تغییر می کنند، بحرانی برای درک پراکندگی اتمسفر و لایه های انحراف.
  • استقرار رپید ؛ یک تیم پهپاد می تواند در عرض چند ساعت از یک حادثه در محل قرار گیرد، مانند یک نشت شیمیایی یا آتش سوزی، و فراهم آوردن آگاهی فوری از وضعیت.
  • مقرون به صرفه بودن [FLT 1]: در مقایسه با اجاره هواپیما یا ساخت ایستگاه های ثابت دیگر، عملیات هواپیماهای بدون سرنشین به طور قابل توجهی ارزان تر، به ویژه برای کمپین های دوره ای یا کوتاه مدت است.
  • ردپای زیست محیطی : چندکتورهای الکتریکی هیچ انتشار محلی تولید نمی کنند و صدای کمی ایجاد می کنند، و آنها را برای مناطق حساس اکولوژیک مناسب می کند.

برنامه های کاربردی در سراسر بخش

کیفیت هوا شهری Mapping

شهرها موزاییک های میکروارگانیسم ها هستند. Drones در امتداد راهروهای ترافیکی پرواز می کنند [در نزدیکی مدارس] و از طریق پارک ها می توانند نقشه ای از no 2 و PM hotspots] را در یک مطالعه برجسته، محققان در پکن از octocopters مجهز به مانیتورهای سبک برای تولید نقشه های با وضوح بالا از PM [F:2 ] [F:2. [2 ]F2 ]

بازرسی های صنعتی

تنظیم کننده ها و اپراتورهای کارخانه از هواپیماهای بدون سرنشین برای نظارت بر انتشار گازهای گلخانه ای از پالایشگاه ها، زباله های زمینی و ایستگاه های برق استفاده می کنند، به عنوان مثال، نشت متان از زیرساخت گاز طبیعی می تواند با استفاده از طیفوسکوپی لیزر تنبل (TDLAS) در یک پهپاد شناسایی شود، و به این اشاره می کند که به چشم غیر مسلح نامرئی هستند، محیط زیست [FLT] [F1] بخش بازرسی های فعال کننده از بازرسی صنعتی را تشویق می کند.

نظارت کشاورزی و روستایی

در مناطق روستایی، هواپیماهای بدون سرنشین تاثیر سوختن کشاورزی، کاربرد کود و عملیات دام بر کیفیت هوای محلی Ammonia (NH را از کودها به تشکیل ذرات ریز و اکوسیستم اسیدسازی کمک می کند. سنسورهای ضدآفتابی بر روی هواپیماهای بدون سرنشین تجویز شده می توانند بر روی زمینه های دقیق، علاوه بر تنظیم دقیق آلودگی های آتش سوزی و نظارت بر آتش، و مدیران آتش سوزی واقعی، نظارت بر آتش سوزی و سوختگی، نظارت بر آتش سوزی، نظارت کنند.

واکنش فاجعه و ارزیابی پس از آن

پس از حوادثی مانند انفجار صنعتی، فوران های آتشفشانی یا آتش سوزی های بزرگ، هواپیماهای بدون سرنشین برای اندازه گیری گازهای سمی و ذرات در منطقه آسیب دیده مستقر می شوند. پاسخ دهندگان اول از این اطلاعات برای ایجاد محیط های ایمنی و مناطق تخلیه استفاده می کنند.آتش شیمیایی سال 2019 در تگزاس شاهد پرواز مستقیم هواپیماهای بدون سرنشین به ابرهای دود برای انتقال سطح استوکیونی به فرماندهان حادثه، یک کار خطرناک برای هواپیماهای سرنشین دار است.

ادغام با هوش مصنوعی و Data Analytics

حجم داده های تولید شده توسط پروازهای هواپیماهای بدون سرنشین بسیار زیاد است. الگوریتم های یادگیری ماشین در حال حاضر این مجموعه داده ها را برای شناسایی منابع آلودگی، طبقه بندی انواع انتشار و پیش بینی الگوهای پراکندگی می کنند. شبکه های عصبی کانولولومی می توانند تصاویر حرارتی و hyperspectral را تجزیه و تحلیل کنند تا بتوانند به حداکثر رساندن نشت هایی که در غیر این صورت از دست می رود، محاسبات Onboard اجازه می دهد تا مسیرهای پرواز خود را در زمان واقعی تنظیم کنند تا از بهینه سازی آلودگی، تنظیم کنند، و راه های پیچیده تر شدن داده ها را فراهم کنند.

چالش ها و تنظیم مقررات Hedles

علی رغم وعده، چندین مانع به طور فزاینده ای به وجود می آیند:

  • [FLT: 1 ] دقت و کالیبراسیون [ : سنسورهای مینیاتور اغلب در طول زمان حرکت می کنند و نیاز به کالیبراسیون مکرر در برابر ابزارهای مرجع دارند. حساسیت متقابل بین گازهای می تواند منجر به خواندن نادرست شود.
  • مقاومت نور : اکثر هواپیماهای بدون سرنشین چند راننده دارای زمان پرواز 20 تا 40 دقیقه، محدود کردن منطقه آنها می توانند در یک نوع بهبود فن آوری باتری و طرح های هیبریدی الکتریکی به تدریج افزایش استقامت.
  • حساسیت ماather : بادهای قوی، باران و دمای شدید عملکرد هواپیماهای بدون سرنشین را کاهش می دهند و اندازه گیری های سنسور را تحت تاثیر قرار می دهند.عملیات اغلب به شرایط آرام محدود می شود، و توانایی نمونه گیری در طول حوادث آلودگی مرتبط با اتمسفر پایدار را کاهش می دهد.
  • مقررات هوا : در بسیاری از کشورها، هواپیماهای بدون سرنشین باید در خط بصری از دید باقی بمانند و از فضای هوایی کنترل شده جلوگیری کنند.به دست آوردن معافیت برای پروازهای فراتر از دید و دید خط (BVLOS) به ویژه در نزدیکی فرودگاه ها، همچنان زمان بر است.
  • [FLT: 1 ] [FLT: 1 ]؛ هواپیماهای بدون سرنشین کم پرواز در مناطق مسکونی می توانند نگرانی های حریم خصوصی را افزایش دهند و سیاست های داده روشن برای حفظ اعتماد ضروری است.

مسیرهای آینده: Swarms، Long Endurance و Hyperlocal پیش بینی

نسل بعدی تکنولوژی پهپاد حتی قابلیت های بیشتری را به همراه دارد. Swarms از هواپیماهای کوچک که از طریق شبکه های مش هماهنگ شده اند، می تواند کل شهرها را به طور همزمان پوشش دهد، یک نقشه آلودگی پویا، سه بعدی را ایجاد کند. Hybrid VTOL (دومینی و فرود) هواپیما ترکیبی از توانایی چند راننده با بهره وری طولانی مدت از بال های ثابت، قادر به تشخیص چندین ساعت در دستگاه های تجزیه و تحلیل شیمیایی واقعی است که می توانند دستگاه های تجزیه و تحلیل شیمیایی را انجام دهند.

ادغام با داده های ماهواره ای و سنسورهای زمینی شبکه های نظارت چند قطعنامه ای را به کار می برد. تصور کنید سیستمی که ماهواره ای یک نقطه آلودگی بزرگ را شناسایی می کند، به طور خودکار یک دسته پهپاد را برای تأیید منبع و مشخصات عمودی به کار می برد و سپس تیم های زمینی را با مانیتورهای قابل حمل ارسال می کند.

نتیجه گیری

فن آوری های هواپیماهای بدون سرنشین نوآورانه اساسا در حال تغییر است که ما کیفیت هوا محیطی را ارزیابی و مدیریت می کنیم.از خیابان های کلانشهرهای پر پیچ و خم شده تا دود گیاهان صنعتی و لبه های آتش سوزی های آتش سوزی، هواپیماهای بدون سرنشین داده می دهند که قبلاً در هزینه معقولی غیر قابل نگهداری بودند، در حالی که چالش های اطراف دقت سنسور، استقامت پرواز و مقررات، پیشرفت سریع در فن آوری الکترونیک، و هوش مصنوعی، و تجهیزات پاک کننده را قادر می کند تا به ادامه دادن دقیق تر از این ابزار های بهداشتی عمومی ادامه دهد.