はじめに: 空気質の監視の新しいフロンティア

空気の質は、呼吸器および心血管疾患から毎年何百万もの早期死亡にリンクされた、私たちの時間の最も押す環境の健康の脅威の1つです。 従来の監視方法 - 固定された地上局と手動サンプリング - 貴重なしかし限られたデータを引き起こします。 これらのステーションは、スパレス、維持する高価であり、多くの場合、都市、産業ゾーン、またはリモートエリアの汚染物質の空間変動性をキャプチャすることができません。 近年、ドローンは、航空機が可能な限り複雑なデータを収集する可能性がある、航空機や、航空機の状況を把握する、および航空機の状況を把握するような、さまざまな状況を把握することができます。

ドローンセンサー技術の開発

ドローンによる大気評価システムの中心は、センサーのペイロードです。最近の小型化により、研究者は、UAVに適した軽量で低電力のパッケージにラボ用機器をパックすることができます。これらのセンサーは、汚染物質や環境パラメータの広い範囲を検出します。

マットセンサーを微粒子化

粒子状物質(PM)、特にPM2.5]、PM]10は、公衆衛生のための第一次的な懸念です。 コンパクトな光学粒子カウンターとnephelometersは、リアルタイム粒子数とサイズの分布を提供する無人機で飛んでいます。 一部の先進的なユニットは、埃、煤、または花粉などの粒子タイプと区別するためにレーザー散布を使用しています。 LTSは、SPS[F]を正確に監視する:[F]をSTS[F]に統合しました。

基準汚染物質のガスセンサー

酸化窒素(NO]2]])、硫黄酸化物(SO2]])、酸化硫黄(SO]2)、酸化水素(O3]])、および炭酸ガス(CO)。 有機物(CO)は、有機物(CO)を、有機物(CO)を複合材料(CO)に混合する。 有機物(CO)は、有機物(CO)を、有機物(CO)、有機物(CO)、および複合材料(CO)、有機物(CO)、有機物(CO)、および複合材料(有機物(CO)、有機物(有機物(有機物(有機物(有機物(有機物(有機物(CO)、有機物(CO)、有機物(有機物(有機物(有機物(有機物(有機物(有機物(有機物(有機物(有機物(有機物(有機物(有機物(

光学・リモートセンシング技術

点センサーを超えて、ドローンは、高スペクトルカメラや熱画像カメラなどの光学機器を運ぶことができます。 ハイパースペクトルイメージングは、可視および赤外線スペクトルのガスの化学指紋を識別し、汚染の欠陥のマッピングを距離から可能にします。 熱カメラは、産業スタックや埋め立て火からの熱署名を検出し、しばしば粒子状およびVOCの排出量と関連しています。 これらのリモートセンシングツールは、広域なコンテキストを提供することで、インサイトセンサーを補完します。

ドローンベースの空気質の監視の主な利点

ドローンは、伝統的な監視ステーションと有人航空機上のいくつかの異なる利点を提供します。

  • 高空間分解能]:ドローンは、低高度でトランスフォームを飛ぶことができ、数メートルごとにデータポイントをキャプチャします。 これは、地上局が見逃す高速道路、工場、または都市峡谷の近くで汚染勾配を明らかにします。
  • [ 垂直プロファイリング]: 昇順と降下により、ドローンは汚染物質が高度でどのように変化するかを測定し、大気分散と反転層を理解するために重要な。
  • 急流展開]: ドローンチームは、化学物質のこぼれや野火などの事故の時間以内に現場にすることができます。
  • []Cost-Effectness:航空機のレンタルや固定ステーションの構築と比較して、特に定期的なキャンペーンや短期キャンペーンのために、ドローンの操作が大幅に安くなります。
  • []最小環境フットプリント]:電気マルチロッターは、局所的な排出量を生成せず、騒音を少し発生させ、それらに敏感な環境に適したようにします。

セクター横断アプリケーション

アーバンエア品質マッピング

交通は、マイクロ環境のモザイクです。 ドローンは、学校の近く、交通回廊に沿って流れ、公園を通ってNO]2とPMホットスポットをマッピングすることができます。 ランドマーク調査では、北京の研究者は、PMの高解像度のマップを生成するために、軽量モニターが装備されているオクトコプターを使用していました。 K] と、都市部の面積の縮小と計画の異なる領域に、このガイドが装備されています。 。 ] と と 。 K] は、都市部の検出と と の領域の異なる領域を計画します。

産業排出の点検

規制当局およびプラントオペレーターは、ドローンを使用して、精製所、埋立物、発電所から加湿性排出量を監視します。例えば、天然ガスインフラからのメタン漏れは、ドローン上で調整可能なダイオードレーザー吸収分光法(TDLAS)を使用して検出することができ、ナウントされた眼に見えない漏れを特定する。欧州では、 ]]]欧州環境庁は、航空機の特定部分の排出を防止する効果が認められている。この製品は、産業廃棄物の排出を防止する。

農業および農村の監視

農村部では、ドローンは、農作物燃焼、肥料アプリケーション、および地質空気質の畜産の操作の影響を評価します。 肥料からアンモニア(NH]3))は、微粒子の形成と生態系の酸性化に貢献します。 コンパクトNH3]ドローン上のセンサーは、フィールド上の濃度をマップすることができます、精密農業慣行を指導します。 さらに、ドローンは、煙火事や火事に備えて、煙火を燃や火を監視します。

災害対応・イベント後の評価

産業用爆発、火山噴火、大型火災などのイベントの後、ドローンは、有毒ガスを測定し、影響を受ける領域に微粒子を粒子状にするために配置されています。 応急処置器は、この情報を使用して、安全周囲と避難ゾーンを確立します。 テキサス州の2019化学プラント火災は、ドローンが直接煙の雲に流れて、事故の司令官に戻って、作業は、あまりにも危険な作業を監視しました。

人工知能とデータ分析の統合

ドローンフライトで発生するデータの量は、非常に重要です。 マシンラーニングアルゴリズムは、汚染源を特定し、排出タイプを分類し、分散パターンを予測するために、これらのデータセットを処理します。 従来のニューラルネットワークは、熱と高スペクトルイメージを分析し、それ以外の場合は見逃す漏れを検出することができます。 オンボードエッジコンピューティングは、ドローンが大気汚染のプラムを追従し、データ収集を最適化するリアルタイムでフライトパスを調整することができます。 一つの有望なアプローチは、より効率的な飛行計画を使用して、彼らがより高度なバッテリーの検出を最適化するだけでなく、より高度な速度を向上させるための計画を使用します。

チャレンジと規制のハルール

約束にもかかわらず、いくつかの障害は、広範な採用を遅らせます:

  • [センサーの精度とキャリブレーション:最小化センサーは、多くの場合、時間をかけて漂流し、参照機器に対する頻繁なキャリブレーションを必要とします。 ガス間の交差感度は、誤った読書につながることができます。 研究者は、定期的な曝露を使用して自動校正方法を開発しています。
  • Flight endurance]:ほとんどのマルチロトルドローンは20〜40分飛行時間を持ち、単一のソートでカバーできる領域を制限します。 バッテリー技術の改善とハイブリッド電気設計は徐々に耐久性を延ばします。
  • [] 天候感度[:強風、雨、極端な温度は、ドローンのパフォーマンスを劣化させ、センサー測定に影響を及ぼします。 操作は、多くの場合、穏やかな条件に制限され、汚染イベント中に試料を安定した大気にリンクさせる能力を減らします。
  • []宇宙空間規制:多くの国では、ドローンは視線の視覚的なライン内で滞在し、制御された大気空間を避ける必要があります。 特に空港の近くで、より視覚的なラインの境界線(BVLOS)のフライトのワイバーを入手し、時間がかかります。 連邦航空局。 米国のBVLOSは、いくつかの環境監視を放棄しましたが、ユニバーサルルールは、まだ使用していません。
  • [ プライバシーと公共の知覚:住宅地の低飛行ドローンは、プライバシーの懸念を高めることができます。 透明なコミュニティのエンゲージメントと明確なデータポリシーは、信頼を維持するために不可欠です。

今後の方向: ワーム、長期耐久性、およびハイパーローカル予測

次世代のドローン技術は、さらに大きな機能を保証します。メッシュネットワークを合わせた小さなドローンのスワームは、都市全体を同時にカバーし、ダイナミックで3次元の汚染マップを作成できます。ハイブリッドVTOL(垂直離陸と着陸)航空機は、マルチロッターのホバー能力を組み合わせ、固定翼の長距離効率性を発揮し、数時間飛行を可能にします。センサー側では、研究者は、重金属や有機化合物のリアルタイムの化学分析を実行できるラボオンチップ装置を開発しています。

衛星データと地上センサーとの統合により、マルチソリューション監視ネットワークが生まれます。衛星が大規模な汚染ホットスポットを識別するシステムを想像し、自動でドローンスファームをデプロイして、ソースと垂直プロファイルを確認し、ポータブルモニターで地上チームをディスパッチします。このような自動空気品質マネジメントシステムは、ロンドンやロサンゼルスなどの都市でプロトタイプからパイロットプロジェクトに移行しています。

コンテンツ

革新的なドローン技術は、環境の空気の質を評価し、管理する方法を根本的に変えています。混雑した大都市の通りから、産業プラントの煙突や野火の汚泥エッジまで、ドローンは、これまで妥当な費用で達成できなかったデータを提供します。センサーの精度、飛行耐久性、規制の持続、電子機器、バッテリー技術、人工知能の急速な進歩に関する課題は、可能であるものの境界線をプッシュし続けます。これらのツールは、これらの知識が、より正確には、より正確には、より健康に必要とされていることを可能にします。