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近年来国内雾霾天气频现且危害日益加重,PM2.5是影响雾霾形成的主要因素,研究人员已经对PM2.5进行了大量探索,但是对大气中PM2.5的实时监测和浓度垂直分布的测量研究较少,其主要原因是难以灵活的获取大气中的PM2.5浓度数据。本文研发基于四旋翼无人机的PM2.5实时监测系统,该系统通过无人机搭载PM2.5传感器监测模块进行空中监测,监测模块可通过无线传输系统将监测到的数据实时发送回地面并进行保存和分析处理。本文的主要研究内容如下:(1)无人机搭载平台的研究和搭建。多旋翼无人机的优势在于结构简单、飞行稳定、悬停能力强,并且多旋翼无人机在垂直起降和定点悬停方面有显著优势,非常适合做一些有关低空大气环境研究的监测实验。本文研究设计并搭建了一架四旋翼无人机搭载平台,该平台有效载重2kg,飞控系统选用Pixhawk国际开源飞控系统。(2)无线监测模块的研发。无线监测模块包括机载发射模块和地面接收模块,机载发射模块包括PM2.5传感器、STM32开发板、无线传输模块的发射端,通过开发通讯协议将PM2.5传感器和无线传输模块发射端集成在STM32开发板上;地面接收模块包括SD存储卡、无线传输模块的接收端、STM32开发板,通过开发通讯协议将SD存储卡和无线传输模块的接收端集成在STM32开发板上。(3)PC端数据监控平台的研发。监测到的数据通过无线传输模块发射端传回地面,接收端将接收到的数据通过串口通信传输到PC端数据监控平台,在计算机上实现PM2.5浓度的实时显示。采用C#开发PC端的数据监控平台,选取的开发环境是VisualStudio2012。(4)监测系统的应用研究。选取杭州市下沙部分区域,利用监测系统进行PM2.5的监测和数据采集工作。实验结果表明,该系统可以对低空中的PM2.5进行实时监测和数据采集。同一地点的PM2.5浓度随着时间在某一范围内波动;在5次实验中,PM2.5浓度随着高度的增加呈波动上升的趋势。研究表明,搭载监测模块的无人机是收集大气污染物三维浓度数据的一种有效而灵活的手段,尤其是在监测大气污染物的垂直分布方面具有可行性。