大氣研究領(lǐng)域無人機需求潛力分析

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)量當期值約為36440臺(套)，同比下降22%，但較2023年4月份的41994臺(套)產(chǎn)量有所下降。累計值來看，2024年1-4月我國大氣污染防治設(shè)備產(chǎn)量累計約為126391臺(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)量當期值和累計值呈下降走勢。

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(套)、16326臺(套)、13334臺(套)。

二、無人機大氣研究發(fā)展分析

隨著社會經(jīng)濟及科技的不斷發(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，同時也會使得不同區(qū)域間進行大量的污染物傳輸，而這也會使得污染源頭變得多，污染因素更為復雜，這對于我國環(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)，才能實現(xiàn)對大氣環(huán)境的實時監(jiān)控，而對大氣環(huán)境進行更為精準的監(jiān)控，而大氣污染預(yù)防和治理的需求也會得到最大限度的滿足。

在對流層大氣中，大氣污染物多從近地面垂直向上或水平擴散，作為大氣化學反應(yīng)重要驅(qū)動力的太陽輻射則自上而下傳輸。大氣環(huán)境化學研究不能只關(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流層實際的大氣化學反應(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、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);有人飛機只能在數(shù)百米及以上的高度飛行;氣球或氣艇抗風能力和移動性差，需要填充大量氦氣，單次運行成本高。這些方法已經(jīng)無法滿足新時期大氣污染研究的需求。

無人機的機動性和靈活性可以有效彌補上述缺陷，讓原來不容易接近的地方變得容易到達，使大氣監(jiān)測真正做到動態(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，正好是無人機適合飛行和采集樣本的高度。

無人機大氣立體監(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、無人機大氣研究應(yīng)用現(xiàn)狀

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

1.1紅外成像相機

隨著我國科技的不斷發(fā)展，紅外成像相機在各個行業(yè)都得到了應(yīng)用，尤其是在對電力的巡檢工作中，應(yīng)用更為廣泛。在對其進行環(huán)保應(yīng)用的過程中，將其搭載到無人機上，可以使無人機在夜晚時也可以對大氣環(huán)境進行實時監(jiān)測，而無人機通過熱像儀的熱分布可視化特點以及測溫相關(guān)的特性，可以準確發(fā)現(xiàn)那些在夜間還在進行生產(chǎn)作業(yè)、排放污物的企業(yè)。通過將紅外成像相機搭載到無人機上并進行應(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，同時不同類型的企業(yè)其進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)由較長時間的模型對比和監(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)測的需求進行滿足。

1.2可見光相機

在我國的環(huán)境保護領(lǐng)域，目前應(yīng)用最為廣泛的就是在無人機上搭載可見光云臺以此來對大氣環(huán)境進行監(jiān)測。環(huán)保部門只要對技術(shù)人員進行合理的培訓，便可以利用無人機來組成一個監(jiān)測小隊，其對大氣環(huán)境的監(jiān)測效果也不容小覷。當然，通過在環(huán)境監(jiān)測過程中應(yīng)用相機這種模式為我國環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域帶來了很大的突破和改變，但是針對可見光相機而言，在其對大氣環(huán)境污染物進行監(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)。通過可見光相機與無人機對大氣環(huán)境進行監(jiān)測目前還沒擁有足夠準確的監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時還很容易受到天氣、陽光以及相機本身等各方面因素的影響，所以只有在對可見性污染源，比如秸稈焚燒進行監(jiān)控時，才會應(yīng)用到可見光相機。對于環(huán)境保護工作而言，可見光相機并沒有得到監(jiān)測工作人員的廣泛使用，這也使得環(huán)境保護部門的可見光相機只能作為一種道具進行展示。

1.3氣體傳感器

就是利用無人機對多種因子，比如二氧化硫等的高精度氣體傳感器進行搭載，從而實現(xiàn)對大氣環(huán)境的監(jiān)測，并將相關(guān)的污染因子準確找到。以大疆搭載傳感器為例，通過規(guī)劃好的飛行線路，其可以進行自動飛行，這樣無人機便可以在極短的時間里將20余家工廠進行覆蓋，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。對氣體傳感器進行合理應(yīng)用，可以最大限度地將對大氣環(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，都要遠遠高于傳統(tǒng)的監(jiān)測方式。對于很多較為嚴重、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，甚至會達到ppb的級別，這在很大程度上能滿足大氣污染物濃度的測量標準。

2、數(shù)據(jù)可視化

對于環(huán)境監(jiān)測執(zhí)法工作而言，所重視的是時效性，很多企業(yè)出現(xiàn)的偷排現(xiàn)象大多是在某個時間段內(nèi)發(fā)生，也有可能只是在某個瞬間，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)，對于執(zhí)法工作而言更是不利。在對大氣污染進行調(diào)查的過程中，通過將氣體傳感器搭載到無人機上，可以對大量實時監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行采集。

通過可視化方法對相關(guān)數(shù)據(jù)進行處理，可以有效地將其中的空間關(guān)聯(lián)挖掘出來，而大氣污染物的運動規(guī)律其也會很直觀，這對于我國研究人員對大氣污染的分析和研究十分有利，同時還可以為環(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)保部門進行了投訴，說周圍有刺鼻的異味存在，對于此，環(huán)保部門應(yīng)用了三臺氣體監(jiān)測的無人機對該區(qū)域進行了系統(tǒng)的監(jiān)測，通過無人機所顯示的數(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)測人員也可以準確找到污染物的排放源頭。在目標鎖定之后，環(huán)保部門便會安排相關(guān)的執(zhí)法人員去該源頭進行突擊性檢查，這樣在很短的時間內(nèi)便可以將出現(xiàn)的環(huán)境污染問題進行高效率的解決。

圖表：2018-2023年無人機大氣研究市場規(guī)模(億元)