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Qualidade do ar: Deteção de dirigíveis

24/sept./2024 8:09

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Um experimento de campo abrangente sobre poluição do ar na área de nevoeiro denso ao redor do curso médio do rio Yangtze foi realizado pelo Instituto de Pesquisa de Tempestades de Chuva de Wuhan da Administração Meteorológica da China, juntamente com a Universidade de Ciência e Tecnologia da Informação de Nanjing, a Universidade de Geociências da China (Wuhan), o Instituto de Ciências Meteorológicas de Jiangsu e a Faculdade de Agricultura da Universidade do Yangtze.

 

Qualidade do ar. O experimento de campo ajudou a revelar as causas e mecanismos das mudanças nos aerossóis atmosféricos no curso médio do rio Yangtze, o que teve um importante valor aplicável e significado estratégico. Seus benefícios incluíram enriquecer a compreensão científica das formações de poluição em diferentes regiões, melhorar a tomada de decisões e a velocidade de resposta para o ambiente atmosférico, e servir à economia regional e ao desenvolvimento social sustentável. Como um dos principais dispositivos de detecção no experimento, o sistema de detecção de múltiplos gases Sniffer 4D desempenhou um papel importante na coleta e análise de dados.

 

 

 

Breve introdução e progresso do projeto

Qualidade do ar. Segundo o Instituto de Pesquisa de Tempestades de Chuva de Wuhan da Administração Meteorológica da China, o projeto completou seu primeiro experimento de observação de 20 dias em 16 de janeiro de 2019. E a segunda rodada de experimentos de observação está atualmente em andamento, de 20 de maio de 2019 a 10 de junho de 2019. Durante o experimento, os pesquisadores realizaram 8 detecções simultâneas e criptografadas em três campos de observação localizados individualmente em Xianning, Jingzhou e Xiangyang, na província de Hubei. Os pesquisadores utilizaram tanto um dirigível cativo quanto um drone para carregar o Sniffer4D, o sensor meteorológico, o sensor de carbono negro e outros dispositivos de observação no experimento.

Este método de detecção superou o clima severo, as anomalias na busca de satélites GPS e a coleta de dados instável durante o voo. Dessa forma, o experimento pôde escanear os perfis de concentração de SO2, NO2, CO, O3, carbono negro e aerossóis de diferentes tamanhos, bem como adquirir os perfis verticais de velocidade do vento, direção do vento, temperatura, umidade, pressão atmosférica e outros elementos meteorológicos.

As Razões para Escolher Nosso Sniffer4D

O Instituto de Pesquisa de Tempestades de Chuva de Wuhan declarou as razões para escolher o Sniffer4D como o dispositivo principal no experimento:

• Pequeno e leve: O design leve do Sniffer4D (500-600g) permite montá-lo facilmente em drones pequenos e dirigíveis cativos, e tem pouco efeito no tempo de voo dos drones.
• Marcação de coordenadas 3D: O Sniffer4D pode marcar a latitude e longitude (via GPS) e a altitude relativa (via barômetro) para cada grupo de dados de monitoramento (1Hz), o que ajudará os pesquisadores a escanear facilmente os perfis de concentração de gases alvo e materiais particulados.

• Configurações flexíveis: O Sniffer4D pode detectar até 9 gases e materiais particulados ao mesmo tempo. Os módulos podem ser configurados de maneira flexível de acordo com as necessidades dos cenários de trabalho, o que pode atender aos diversos requisitos dos objetivos de detecção.
• Integridade dos dados: Enquanto utiliza a transmissão de dados sem fio, o Sniffer4D e o software analítico Sniffer4D Mapper suportam a recuperação de dados, permitindo que o sistema salve os dados durante a interrupção da comunicação e recupere os dados não recebidos após restabelecer a conexão; enquanto isso, o módulo de backup de cartão SD na unidade Sniffer4D pode registrar os dados de monitoramento ao mesmo tempo. De qualquer forma, a recuperação de dados e o backup local de dados podem garantir a integridade dos dados na maior medida possível.
• Qualidade de dados quantificável: Objetivamente falando, existe uma grande diferença na precisão dos dados entre o dispositivo de monitoramento pequeno e de baixo custo baseado em sensores e o equipamento de monitoramento de nível científico. No entanto, não era prático aplicar o equipamento de detecção pesado, grande e caro para coletar dados de grandes alturas neste experimento. O relatório «Resultado de comparação de monitoramento de correlação de longo prazo» oferecido pela Soarability, bem como o «Certificado de calibração» do Sniffer4D emitido pelo Centro Nacional de Metrologia e Testes do Sul da China, forneceram suportes confiáveis para a coleta de dados quantitativos.

 

Relatório comparativo de longo prazo do Sniffer4D (2 meses em uma ampla faixa de temperatura e umidade) comparado com uma estação de monitoramento de grau científico.

 

 

Como aplicar o Sniffer4D

Qualidade do ar. Antes do início do experimento, os pesquisadores instalaram o Sniffer4D sobre as hélices do drone e dentro da bolsa de cordas do dirigível cativo. Depois que todos os acessórios e cabos foram corretamente instalados e conectados, os pesquisadores ligaram o Sniffer4D e iniciaram o aquecimento (o tempo de aquecimento obrigatório é de 5 minutos, e recomendamos 10-20 minutos de aquecimento para atender à qualidade de dados exigida pelos projetos científicos). Uma vez finalizado o processo de aquecimento e os indicadores de GPS e SD apareceram normais, os pesquisadores operaram o drone e voaram o dirigível cativo para realizar uma varredura vertical. Recomenda-se realizar a varredura vertical a uma velocidade de subida/descida de 0,5~1m/s, para evitar na medida do possível a influência das mudanças rápidas de pressão no sensor eletroquímico.

 

 

 

 

Continuando a tradução:

 

Qualidade do ar. Durante o experimento, nosso software analítico Sniffer4D Mapper gerou o mapa de calor de nuvem de pontos 3D, o mapa de calor de grade 2D e o mapa de calor de isolinhas 2D para as distribuições de poluição em tempo real para mostrar o estado de funcionamento do Sniffer4D, fornecendo dados em tempo real e intuitivos para o experimento. Para evitar a perda de dados causada pela interrupção da comunicação ou outros fatores, os pesquisadores aplicaram tanto a transmissão de dados quanto o backup de dados em cartão SD para a segurança dos dados.

 

 

 

Qualidade do ar. Após a missão de amostragem, os dados de monitoramento seriam carregados e salvos localmente no software. Os pesquisadores podiam encontrar a opção «Exportar» na barra de tarefas e clicar em «Exportar Dados (CSV)». As informações no CSV incluíam altitude, latitude e longitude, temperatura e umidade, pressão atmosférica e as concentrações de vários gases alvo. Através da análise de dados, o Sniffer4D Mapper gerou os perfis de concentração dos gases alvo e forneceu dados e resultados analíticos confiáveis para o experimento.

 

 

Continuando a tradução:

 

A imagem a seguir é a captura de tela do relatório de análise dos dados coletados no experimento:

A seguinte imagem mostra os perfis de concentração de O3, SO2 e NO2 gerados a partir da análise dos resultados do experimento:

 

 

Vantagens e desvantagens de ambos os métodos de detecção

	Vantagens	Desvantagens
Sistema de Detecção de Múltiplos Gases Montado em VANT	Mais modernizado, melhor manobrabilidade e um maior grau de automação. Mais potente e preciso na aquisição de altitudes, longitudes e latitudes específicas. Proporciona um ambiente de integração ideal para o Sniffer4D, já que há menos sacudidas durante o experimento que podem proteger os componentes dentro do hardware.	Os operadores de drones devem ter uma licença de piloto. Devido à curta duração da bateria do drone, é difícil reduzir sua velocidade de voo para a velocidade recomendada para a varredura, o que pode reduzir a qualidade dos dados do Sniffer4D.
Sistema de Detecção de Múltiplos Gases Montado em Dirigível Cativo	Mais tradicional na economia e menores requisitos de operação em comparação com a detecção montada em VANT. Pode reduzir a velocidade de voo para a velocidade recomendada para a varredura, de modo que a qualidade dos dados coletados pelo Sniffer4D será mais confiável.	O ambiente de integração para o Sniffer4D no dirigível cativo é insatisfatório, já que as sacudidas e a colisão dos dispositivos dentro da bolsa de cordas afetariam a vida útil do Sniffer4D e a busca de estrelas GPS. O clima tem um grande impacto no experimento. Tomando o dirigível cativo como exemplo, requer que a velocidade do vento perto do solo não exceda 4m/s, e a velocidade do vento em grande altitude não exceda 6m/s.

Centrado no usuário

Qualidade do ar. O Sniffer4D tem sido aplicado em muitas indústrias em diferentes cidades, tanto a nível nacional quanto internacional. Continuaremos atualizando o algoritmo de processamento de sinais e nosso software Sniffer4D Mapper integrado e analítico. Além disso, também forneceremos o Sniffer4D personalizado para atender às necessidades especiais de algumas equipes de pesquisa para resolver seus problemas práticos.