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Calidad del aire: Detección desde un dirigible

24/sept./2024 10:09

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Un experimento de campo integral sobre la contaminación del aire en el área de densa neblina alrededor de los tramos medios del río Yangtsé fue realizado por el Instituto de Investigación de Tormentas de Lluvia de Wuhan de la Administración Meteorológica de China, junto con la Universidad de Ciencia y Tecnología de la Información de Nanjing, la Universidad de Geociencias de China (Wuhan), el Instituto de Ciencias Meteorológicas de Jiangsu y la Facultad de Agricultura de la Universidad de Yangtsé.

 

Calidad del aire. El experimento de campo ayudó a revelar las causas y mecanismos de los cambios en los aerosoles atmosféricos en los tramos medios del río Yangtsé, lo cual tuvo un valor aplicable importante y significado estratégico. Sus beneficios incluyeron enriquecer la comprensión científica de las formaciones de contaminación en diferentes regiones, mejorar la toma de decisiones y la velocidad de respuesta para el ambiente atmosférico, y servir a la economía regional y al desarrollo social sostenible. Como uno de los principales dispositivos de detección en el experimento, el sistema de detección de gases múltiples Sniffer 4D desempeñó un papel importante en la recolección y análisis de datos.

 

 

 

Breve introducción y progreso del proyecto

Calidad del aire. Según el Instituto de Investigación de Tormentas de Lluvia de Wuhan de la Administración Meteorológica de China, el proyecto completó su primer experimento de observación de 20 días el 16 de enero de 2019. Y la segunda ronda de experimentos de observación está actualmente en curso, desde el 20 de mayo de 2019 hasta el 10 de junio de 2019. Durante el experimento, los investigadores realizaron 8 detecciones simultáneas y encriptadas en tres campos de observación ubicados individualmente en Xianning, Jingzhou y Xiangyang, en la provincia de Hubei. Los investigadores utilizaron tanto un dirigible cautivo como un dron para llevar el Sniffer4D, el sensor meteorológico, el sensor de carbono negro y otros dispositivos de observación en el experimento. Este método de detección superó el clima severo, las anomalías en la búsqueda de satélites GPS y la recolección de datos inestable durante el vuelo. De esta manera, el experimento pudo escanear los perfiles de concentración de SO2, NO2, CO, O3, carbono negro y aerosoles de diferentes tamaños, así como adquirir los perfiles verticales de velocidad del viento, dirección del viento, temperatura, humedad, presión atmosférica y otros elementos meteorológicos.

Las Razones para Elegir Nuestro Sniffer4D

El Instituto de Investigación de Tormentas de Lluvia de Wuhan declaró las razones para elegir el Sniffer4D como el dispositivo principal en el experimento:

• Pequeño y ligero: El diseño ligero del Sniffer4D (500-600g) permite montarlo fácilmente en drones pequeños y dirigibles cautivos, y tiene poco efecto en el tiempo de vuelo de los drones.
• Marcado de coordenadas 3D: El Sniffer4D puede marcar la latitud y longitud (vía GPS) y la altitud relativa (vía barómetro) para cada grupo de datos de monitoreo (1Hz), lo que ayudará a los investigadores a escanear fácilmente los perfiles de concentración de gases objetivo y materias particuladas.

• Configuraciones flexibles: El Sniffer4D puede detectar hasta 9 gases y materias particuladas al mismo tiempo. Los módulos pueden configurarse de manera flexible según las necesidades de los escenarios de trabajo, lo que puede cumplir con los diversos requisitos de los objetivos de detección.
• Integridad de los datos: Mientras se utiliza la transmisión de datos inalámbrica, el Sniffer4D y el software analítico Sniffer4D Mapper admiten la recuperación de datos, lo que permite al sistema guardar los datos durante la interrupción de la comunicación y recuperar los datos no recibidos después de restablecer la conexión; mientras tanto, el módulo de respaldo de tarjeta SD en la unidad Sniffer4D puede registrar los datos de monitoreo al mismo tiempo. De todos modos, la recuperación de datos y la copia de seguridad local de datos pueden garantizar la integridad de los datos en la mayor medida posible.
• Calidad de datos cuantificable: Objetivamente hablando, existe una gran diferencia en la precisión de los datos entre el dispositivo de monitoreo pequeño y de bajo costo basado en sensores y el equipo de monitoreo a nivel científico. Sin embargo, no era práctico aplicar el equipo de detección pesado, grande y costoso para recopilar datos desde grandes alturas en este experimento. El informe «Resultado de comparación de monitoreo de correlación a largo plazo» ofrecido por Soarability, así como el «Certificado de calibración» del Sniffer4D emitido por el Centro Nacional de Metrología y Pruebas del Sur de China, han proporcionado soportes confiables para la recopilación de datos cuantitativos.

 

Informe comparativo de Sniffer4D a largo plazo (2 meses en un amplio rango de temperatura y humedad) comparado con una estación de monitorización de grado científico.

 

 

Cómo aplicar Sniffer4D

Calidad del aire. Antes de que comenzara el experimento, los investigadores instalaron el Sniffer4D sobre las hélices del dron y dentro de la bolsa de cuerdas del dirigible cautivo. Después de que todos los accesorios y cables estuvieran correctamente instalados y conectados, los investigadores encendieron el Sniffer4D y comenzaron el calentamiento (el tiempo de calentamiento obligatorio es de 5 minutos, y recomendamos 10-20 minutos de calentamiento para cumplir con la calidad de datos requerida por los proyectos científicos). Una vez finalizado el proceso de calentamiento y los indicadores de GPS y SD aparecieron normales, los investigadores operaron el dron y volaron el dirigible cautivo para realizar un escaneo vertical. Se recomienda realizar el escaneo vertical a una velocidad de ascenso/descenso de 0.5~1m/s, para evitar en la medida de lo posible la influencia de los cambios rápidos de presión en el sensor electroquímico.

 

 

 

 

 

Calidad del aire. Durante el experimento, nuestro software analítico Sniffer4D Mapper generó el mapa de calor de nube de puntos 3D, el mapa de calor de cuadrícula 2D y el mapa de calor de isolíneas 2D para las distribuciones de contaminación en tiempo real para mostrar el estado de funcionamiento del Sniffer4D, proporcionando datos en tiempo real e intuitivos para el experimento. Para evitar la pérdida de datos causada por la interrupción de la comunicación u otros factores, los investigadores aplicaron tanto la transmisión de datos como la copia de seguridad de datos en tarjeta SD para la seguridad de los datos.

 

 

 

Calidad del aire. Después de la misión de muestreo, los datos de monitoreo se cargarían y guardarían localmente en el software. Los investigadores podían encontrar la opción «Exportar» en la barra de tareas y hacer clic en «Exportar Datos (CSV)». La información en el CSV incluía altitud, latitud y longitud, temperatura y humedad, presión atmosférica y las concentraciones de varios gases objetivo. A través del análisis de datos, el Sniffer4D Mapper generó los perfiles de concentración de los gases objetivo y proporcionó datos y resultados analíticos confiables para el experimento.

 

 

 

La imagen siguiente es la captura de pantalla del informe de análisis de los datos recogidos en el experimento:

La siguiente imagen muestra los perfiles de concentración de O3, SO2 y NO2 generados a partir del análisis de los resultados del experimento:

 

 

Ventajas e inconvenientes de ambos métodos de detección

	Ventajas	Desventajas
Sistema de Detección de Múltiples Gases Montado en UAV	Más modernizado, mejor maniobrabilidad y un mayor grado de automatización. Más potente y preciso en la adquisición de altitudes, longitudes y latitudes específicas. Proporciona un entorno de integración ideal para Sniffer4D, ya que hay menos sacudidas durante el experimento que pueden proteger los componentes dentro del hardware.	Los operadores de drones deben tener una licencia de piloto. Debido a la corta duración de la batería del dron, es difícil reducir su velocidad de vuelo a la velocidad recomendada para el escaneo, lo que puede reducir la calidad de los datos de Sniffer4D.
Sistema de Detección de Múltiples Gases Montado en Dirigible Atado	Más tradicional en la economía y menores requisitos de operación en comparación con la detección montada en UAV. Puede reducir la velocidad de vuelo a la velocidad recomendada para el escaneo, de modo que la calidad de los datos recopilados por Sniffer4D será más confiable.	El entorno de integración para Sniffer4D en el dirigible atado es insatisfactorio, ya que las sacudidas y la colisión de los dispositivos dentro de la bolsa de cuerdas afectarían la vida útil de Sniffer4D y la búsqueda de estrellas GPS. El clima tiene un gran impacto en el experimento. Tomando el dirigible atado como ejemplo, requiere que la velocidad del viento cerca del suelo no exceda los 4m/s, y la velocidad del viento a gran altitud no exceda los 6m/s.

 

Centrado en el usuario

Calidad del aire. El Sniffer4D se ha aplicado en muchas industrias en diferentes ciudades tanto a nivel nacional como internacional. Continuaremos actualizando el algoritmo de procesamiento de señales y nuestro software Sniffer4D Mapper integrado y analítico. Además, también proporcionaremos el Sniffer4D personalizado en función para las necesidades especiales de algunos equipos de investigación para resolver sus problemas prácticos.