ICS 19.040 CCS A 21 13 河 北 省 地 方 标 准 DB 13/T 5529—2022 大气环境无人机立体监测技术规程 2022 - 02 - 28 发布 2022 - 03 - 31 实施 河北省市场监督管理局 发 布 DB 13/T 5529—2022 前 言 本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规 定起草。 本文件由石家庄市市场监督管理局提出。 本文件起草单位：河北国呈电子科技有限公司、河北科技大学、河北师范大学、河北浦安检测 技术有限公司。 本文件主要起草人：师胜利、张庆峰、赵文霞、肖捷颖、郜振廷、王阳、张虹、贾登川、贡光 辉、代静宜、赵景龙。 I DB 13/T 5529—2022 大气环境无人机立体监测技术规程 1 范围 本文件规定了大气环境无人机立体监测的系统构成、监测流程。 本文件适用于了以无人机为搭载平台进行大气环境质量立体监测的监测系统的技术规程。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用 文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单） 适用于本文件。 GB 4208-2008 外壳防护等级(IP代码)标准 HJ 653 环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）连续自动监测系统技术要求及检测方法 HJ 654 环境空气气态污染物（SO2、NO2、O3、CO）连续自动监测系统技术要求及检测方法 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 大气环境三维立体监测 three-dimensional monitoring of atmospheric environment 对目标区域内大气环境参数及大气污染物浓度进行不同高度立体监测，可以给出区域内相关污 染物浓度和污染物的垂直分布规律。 无人机平台 unmanned aerial vehicle (UAV) platform 可以自主飞行的旋翼、固定翼、垂直起降无人机，由飞控系统、地面站组成，可以自主规划航 路、自动飞行作业。 多参数气体监测系统 multi-parameter gas monitoring system 搭载在无人机上，能同时对多项气体污染物（SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5、PM1.0、TVOC等） 信息进行数据采集、传输、存储的系统。包括机载传感设备、卫星定位模块、数据处理模块等。 多参数气体传感器 multi-parameter gas sensor 采用光散射、电化学、金属氧化物或光离子等原理的监测传感器，监测参数包含温度、湿度、 PM10、PM2.5、PM1.0、SO2、NO2、CO、O3和TVOC其中的一种或几种。 数据时空融合模块 spatiotemporal data fusion module 对多参数气体传感器采集的包含温度、湿度、PM10、PM2.5、PM1.0 、SO2、NO2、CO、O3和TVOC 其中的一种或几种数据，与地理信息数据进行融合的组件模块。 承载吊舱 bearing pod 搭载在旋翼无人机上，用于安装机载大气污染物监测传感器设备的一种装置。 任务层 task layer 按要求执行数据采集任务的高度层。 监测时段 monitoring period 按要求执行数据采集任务的时间段。 1 DB 13/T 5529—2022 4 大气环境无人机立体监测系统构成 系统组成 4.1.1 一个完整的大气环境无人机立体监测系统由无人机飞行单元、监测单元、质控单元和数据处 理分析单元组成，如图 1 所示。 图1 大气环境无人机立体监测系统图 4.1.2 无人机飞行单元一般包括旋翼、固定翼和垂直起降无人机。 4.1.3 监测单元一般包含多参数气体传感器模块、数据时空融合模块和地面站模块。 4.1.4 质控单元包括大气环境模拟舱和质控设备，质控设备可根据具体质控需求配备。出厂前质控 要求配备大气环境模拟舱和标准空气质量监测站；现场质控可根据需求配备标准空气质量监测站、 小型空气质量监测站、移动校准装置。 4.1.5 数据处理分析单元包括数据分析和管理模块。 系统功能 4.2.1 无人机飞行单元 飞行平台参数见表1。 表1 飞行平台飞行参数 机型 参数 旋翼机 最大载荷重量不小于 1.5kg，工作飞行时间不小于 35min，可以自主规划航路， 故障、低电自动返航，抗风等级不小于六级，可拆卸设计便于携带及运输。 固定翼（垂直 起降）无人机 最大载荷重量不小于 1.5kg，工作飞行时间不小于 90min，可以自主规划航路， 故障、低电自动返航，抗风等级不小于六级，可拆卸设计便于携带及运输。 4.2.2 监测单元 4.2.2.1 外观要求 设备应具有产品铭牌，铭牌上应标有仪器名称、型号、生产单位、出厂编号、制造日期等信息。 设备表面应完好无损，无明显缺陷，各零、部件连接可靠，各操作键、按钮灵活有效。 4.2.2.2 工作条件 工作温度-20℃～+55℃。工作相对湿度15％RH～95％RH。 4.2.2.3 安全要求 2 DB 13/T 5529—2022 4.2.2.3.1 设备及其附件必须避免在装配、安装、使用和维护过程中可能造成的人身安全隐患，诸 如锋边、毛刺等。 4.2.2.3.2 设备采用电磁屏蔽设施。 4.2.2.3.3 在满足性能要求的前提下，设备防护等级应满足 GB 4208-2008 IP 44 的规定。 4.2.2.3.4 具有全程记录设备自生产至报废全生命周期中安装、维护、校准等管理行为的功能。多 参数气体传感器应 1 年做一次精准度检测。 4.2.3 质控单元 4.2.3.1 质控设备 4.2.3.1.1 参考 HJ 653 和 HJ 654 的相关要求。 4.2.3.1.2 小型空气质量监测站和小型颗粒物监测站具有通电自启动功能。 4.2.3.1.3 移动校准装置具有移动定位功能；数据检测周期≤5 min。 4.2.4 数据处理分析单元功能 4.2.4.1 数据接收模块 4.2.4.1.1 能够将内置协议字符串解析为需要的信息；具有数据包的校验、检查、解析和入库（数 据存储）功能。 4.2.4.1.2 能够采用多线程异步通信技术；能够接收 1 万条以上的在线监测设备实时传输数据。 4.2.4.2 数据存储模块 4.2.4.2.1 具有存储原始数据、浓度数据以及统计数据的功能；能够提供应用程序调用数据接口。 4.2.4.2.2 将接收到的融合后数据，作为一条记录，存储到 SD 卡等存储设备中，数据格式应为表 格或数据库格式。 4.2.4.3 数据分析和管理模块 4.2.4.3.1 数据分析单元具有数据实时显示功能，监测数据更新周期≤1s，可同时在 PC 端和移动 端实现；具有监测区域大气污染物浓度不同高度层三维分布呈现功能，可同时在 PC 端和移动端实现。 4.2.4.3.2 数据分析单元具有数据矫正算法，具有设置监测地区的地理要素数据，可以设置监测区 域坐标定位，高度等信息；具有实时同步无人机监测数据，可以实现任意不同污染物的数据管理； 可以根据采集间隔设置数据处理密度，监测数据自动排除干扰，进行有效性处理；具有数据插值处 理功能，可以根据采集数据自动生成区域空间数据。 4.2.4.3.3 管理模块具有筛选、查询和下载任务，可提供区域空间数据，等值线图形和梯度图形下 载服务。具有自动输出常规报告功能，具有按照污染物类型、时间、区域、高度进行交叉、对比等功 能。 4.2.4.3.4 可以展示无人机数据采集飞行轨迹；具有数据可视化分析功能，可以根据国标指标自动 生成数据的等值线图形和扩散梯度图形。具有区域污染数据历史动态展示功能，可以提供数据实时 对比图和区域对比图。 4.2.4.3.5 可以自动追溯污染方位，提供污染扩散趋势分析，具有区域污染源展示排查功能；可以 进行污染物扩散、传输总量计算;可以结合非结构化数据，如图片、视频、气象数据等，进行特征量 分析、建模，进行污染物扩散、演化预测分析功能。 系统分析方法 系统分析方法见表2。 3 DB 13/T 5529—2022 表2 系统分析方法 检测项目 监测单元分析方法 质控单元分析方法 PM1.0 光散射法 β射线吸收法 PM2.5 光散射法 β射线吸收法 PM10 光散射法 β射线吸收法 SO2 电化学法/金属氧化物法 紫外荧光法/差分吸收光谱 NO2 电化学法/金属氧化物法 化学发光法/差分吸收光谱 CO 电化学法/金属氧化物法 气体滤波相关红外吸收法/非分散红外吸收法 O3 电化学法/金属氧化物法 紫外吸收法/差分吸收光谱 TVOC 金属氧化物法/光离子法 等离子法/氢火焰离子法 5 监测流程 安装 5.1.1 多参数气体传感器模块 5.1.1.1 水平安装，顶部朝上；安装牢固，避免出现震颤、滑动等问题；机载传感设备必须有安全 屏蔽装置，防止数据采集过程中的电磁干扰；机载传感设备需与被测气体充分接触。 5.1.1.2 机载传感设备安装位置见表 3。 表3 机载传感设备安装位置 机型 固定翼无人机（垂直起降） 旋翼无人机 搭载旋翼无人机 进气通道 传感设备安装位置 安装在机腹内，进气口孔径3mm～4mm。 旋翼机传感器安装时需将螺旋桨下沉气流影响降至最低，严禁将传感 器模块裸露；严禁将传感器置于机身下方；进气通道须有节流设计。 应配备专门的承载吊舱。吊舱安装在机身中心位置上方，距离机架上 板30cm，进气口方向朝向机头方向。吊舱安装在机头方向外延，距离最近 的螺旋桨外缘30cm，进气口方向朝向机头外延方向。 需有节流设计。 5.1.2 数据时空融合模块 水平安装，顶部朝上；安装牢固，避免出现震颤、滑动等问题。 5.1.3 其他 5.1.3.1 硬件安装质量分布均匀，充分考虑无人机的载重能力及平衡性要求。 5.1.3.2 涉及线路连接的，各端口连接牢固，不能出现虚接、连接松动的现象。 数据采集 5.2.1 数据采集流程 准备——规划航线——起飞检测——数据收集处理——降落回收。 5.2.2 航线规划 4 DB 13/T 5529—2022 5.2.2.1 5.2.2.2 5.2.2.3 5.2.2.4 5.2.2.5 航线规划范围覆盖监测目标区域。 航线构成的几何区域为矩形，矩形的各边方向必须为东西向、南北向。 航线主行进方向为东西向或南北向。 同一作业区域不同高度、不同时段的监测采用同一航线。 航线设置必须均匀合理，不得出现航线交叉的情况。 5.2.3 数据资料整理 5.2.3.1 当无人机驶入、驶出正式航线时，分别