大氣研究領(lǐng)域無人機(jī)需求潛力分析

一、大氣污染防治設(shè)備市場分析

2024年4月份我國大氣污染防治設(shè)備產(chǎn)量當(dāng)期值約為36440臺(tái)(套)，同比下降22%，但較2023年4月份的41994臺(tái)(套)產(chǎn)量有所下降。累計(jì)值來看，2024年1-4月我國大氣污染防治設(shè)備產(chǎn)量累計(jì)約為126391臺(tái)(套)，較上一年同比下降19.7%。整體來看，近三年4月同期我國大氣污染防治設(shè)備產(chǎn)量當(dāng)期值和累計(jì)值呈下降走勢。

產(chǎn)量地區(qū)分布來看，2024年1-4月我國大氣污染防治設(shè)備累計(jì)產(chǎn)量排名前三的省市分別為江蘇省、河南省、浙江省，產(chǎn)量分別為47381臺(tái)(套)、16326臺(tái)(套)、13334臺(tái)(套)。

二、無人機(jī)大氣研究發(fā)展分析

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)及科技的不斷發(fā)展，我國很多地區(qū)的大氣環(huán)境也受到了相應(yīng)的影響，大氣環(huán)境一旦受到污染，其所涉及到的區(qū)域以及范圍就十分廣闊，同時(shí)也會(huì)使得不同區(qū)域間進(jìn)行大量的污染物傳輸，而這也會(huì)使得污染源頭變得多，污染因素更為復(fù)雜，這對(duì)于我國環(huán)境監(jiān)管工作的開展而言極為不利。國家及地方政府只有擁有更為有效、更為迅速的監(jiān)控系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控，而對(duì)大氣環(huán)境進(jìn)行更為精準(zhǔn)的監(jiān)控，而大氣污染預(yù)防和治理的需求也會(huì)得到最大限度的滿足。

在對(duì)流層大氣中，大氣污染物多從近地面垂直向上或水平擴(kuò)散，作為大氣化學(xué)反應(yīng)重要驅(qū)動(dòng)力的太陽輻射則自上而下傳輸。大氣環(huán)境化學(xué)研究不能只關(guān)注近地面污染，還要關(guān)注一定高度范圍(特別是邊界層)內(nèi)的大氣層結(jié)構(gòu)和成分變化，否則很難全面揭示對(duì)流層實(shí)際的大氣化學(xué)反應(yīng)過程。

此前已有多種大氣環(huán)境垂直監(jiān)測方法得到應(yīng)用，如大氣邊界層塔、有人飛機(jī)、氣球及氣艇等。但邊界層塔位置固定，高度通常在300米以下，且多建于城市地區(qū);有人飛機(jī)只能在數(shù)百米及以上的高度飛行;氣球或氣艇抗風(fēng)能力和移動(dòng)性差，需要填充大量氦氣，單次運(yùn)行成本高。這些方法已經(jīng)無法滿足新時(shí)期大氣污染研究的需求。

無人機(jī)的機(jī)動(dòng)性和靈活性可以有效彌補(bǔ)上述缺陷，讓原來不容易接近的地方變得容易到達(dá)，使大氣監(jiān)測真正做到動(dòng)態(tài)性和立體性。農(nóng)村地區(qū)不同于城市地區(qū)，它的下墊面多為農(nóng)田和低矮村莊，大氣污染物處于較低大氣層，正好是無人機(jī)適合飛行和采集樣本的高度。

無人機(jī)大氣立體監(jiān)測系統(tǒng)為農(nóng)村大氣面源污染的深入研究提供重要工具，也為區(qū)域大氣氧化性、大氣光化學(xué)過程及二次顆粒物形成等深入研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

三、無人機(jī)大氣研究應(yīng)用現(xiàn)狀

1、大氣環(huán)境監(jiān)測中，無人機(jī)的相關(guān)應(yīng)用

1.1紅外成像相機(jī)

隨著我國科技的不斷發(fā)展，紅外成像相機(jī)在各個(gè)行業(yè)都得到了應(yīng)用，尤其是在對(duì)電力的巡檢工作中，應(yīng)用更為廣泛。在對(duì)其進(jìn)行環(huán)保應(yīng)用的過程中，將其搭載到無人機(jī)上，可以使無人機(jī)在夜晚時(shí)也可以對(duì)大氣環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，而無人機(jī)通過熱像儀的熱分布可視化特點(diǎn)以及測溫相關(guān)的特性，可以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)那些在夜間還在進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)、排放污物的企業(yè)。通過將紅外成像相機(jī)搭載到無人機(jī)上并進(jìn)行應(yīng)用，可以有效防止相關(guān)企業(yè)出現(xiàn)夜間偷排這種不利大氣環(huán)境的現(xiàn)象。然而，熱像儀器也很容易受到環(huán)境因素的影響，同時(shí)不同類型的企業(yè)其進(jìn)行熱分布的形式也各不相同，這也使得污染物的排放量與排放的溫度并沒有直接的聯(lián)系，而其檢測的結(jié)果也需要經(jīng)由較長時(shí)間的模型對(duì)比和監(jiān)測才能得出，這也使得該種方式的應(yīng)用無法最大限度的將我國環(huán)境監(jiān)測的需求進(jìn)行滿足。

1.2可見光相機(jī)

在我國的環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，目前應(yīng)用最為廣泛的就是在無人機(jī)上搭載可見光云臺(tái)以此來對(duì)大氣環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測。環(huán)保部門只要對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行合理的培訓(xùn)，便可以利用無人機(jī)來組成一個(gè)監(jiān)測小隊(duì)，其對(duì)大氣環(huán)境的監(jiān)測效果也不容小覷。當(dāng)然，通過在環(huán)境監(jiān)測過程中應(yīng)用相機(jī)這種模式為我國環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域帶來了很大的突破和改變，但是針對(duì)可見光相機(jī)而言，在其對(duì)大氣環(huán)境污染物進(jìn)行監(jiān)測的過程中，只能通過拍攝照片以及

拍攝視頻來完成任務(wù)。通過可見光相機(jī)與無人機(jī)對(duì)大氣環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測目前還沒擁有足夠準(zhǔn)確的監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時(shí)還很容易受到天氣、陽光以及相機(jī)本身等各方面因素的影響，所以只有在對(duì)可見性污染源，比如秸稈焚燒進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，才會(huì)應(yīng)用到可見光相機(jī)。對(duì)于環(huán)境保護(hù)工作而言，可見光相機(jī)并沒有得到監(jiān)測工作人員的廣泛使用，這也使得環(huán)境保護(hù)部門的可見光相機(jī)只能作為一種道具進(jìn)行展示。

1.3氣體傳感器

就是利用無人機(jī)對(duì)多種因子，比如二氧化硫等的高精度氣體傳感器進(jìn)行搭載，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣環(huán)境的監(jiān)測，并將相關(guān)的污染因子準(zhǔn)確找到。以大疆搭載傳感器為例，通過規(guī)劃好的飛行線路，其可以進(jìn)行自動(dòng)飛行，這樣無人機(jī)便可以在極短的時(shí)間里將20余家工廠進(jìn)行覆蓋，這也可以使相關(guān)部門能全面掌握所在地區(qū)的氣體濃度的分布狀況。對(duì)氣體傳感器進(jìn)行合理應(yīng)用，可以最大限度地將對(duì)大氣環(huán)境的監(jiān)測效率有效提高，這與傳統(tǒng)的由監(jiān)測工作人員親自進(jìn)行巡查的方式相比，不論是監(jiān)測的質(zhì)量還是效率，都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的監(jiān)測方式。對(duì)于很多較為嚴(yán)重、難處理的問題，通過氣體傳感器的應(yīng)用也可以快速解決。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，傳感器的精度，特別是采用了光離子化檢測器的傳感器的精度也在不斷加強(qiáng)，甚至?xí)_(dá)到ppb的級(jí)別，這在很大程度上能滿足大氣污染物濃度的測量標(biāo)準(zhǔn)。

2、數(shù)據(jù)可視化

對(duì)于環(huán)境監(jiān)測執(zhí)法工作而言，所重視的是時(shí)效性，很多企業(yè)出現(xiàn)的偷排現(xiàn)象大多是在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)發(fā)生，也有可能只是在某個(gè)瞬間，而這種情況也使得環(huán)境監(jiān)測部門很難找到企業(yè)偷排情況的證據(jù)，對(duì)于執(zhí)法工作而言更是不利。在對(duì)大氣污染進(jìn)行調(diào)查的過程中，通過將氣體傳感器搭載到無人機(jī)上，可以對(duì)大量實(shí)時(shí)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

通過可視化方法對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以有效地將其中的空間關(guān)聯(lián)挖掘出來，而大氣污染物的運(yùn)動(dòng)規(guī)律其也會(huì)很直觀，這對(duì)于我國研究人員對(duì)大氣污染的分析和研究十分有利，同時(shí)還可以為環(huán)境監(jiān)測部門節(jié)省下很多的人力資源。

3、相關(guān)案例

在某天的夜間，某位居民向環(huán)保部門進(jìn)行了投訴，說周圍有刺鼻的異味存在，對(duì)于此，環(huán)保部門應(yīng)用了三臺(tái)氣體監(jiān)測的無人機(jī)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行了系統(tǒng)的監(jiān)測，通過無人機(jī)所顯示的數(shù)據(jù)，監(jiān)測人員可以很直觀的看到氣體濃度的分布情況。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，監(jiān)測人員也可以準(zhǔn)確找到污染物的排放源頭。在目標(biāo)鎖定之后，環(huán)保部門便會(huì)安排相關(guān)的執(zhí)法人員去該源頭進(jìn)行突擊性檢查，這樣在很短的時(shí)間內(nèi)便可以將出現(xiàn)的環(huán)境污染問題進(jìn)行高效率的解決。

圖表：2018-2023年無人機(jī)大氣研究市場規(guī)模(億元)