差分吸收光譜斷層掃描重構(gòu)大氣痕量氣體空間分布方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了差分吸收光譜斷層掃描重構(gòu)大氣痕量氣體空間分布方法，由兩組以初始觀測角度設(shè)置在待測氣團(tuán)兩邊的差分吸收掃描光學(xué)遙測組件同時定時交叉掃描，構(gòu)建交叉扇形光束幾何光路，以采樣率和射線數(shù)量共同決定的測量間隔進(jìn)行測量，處理機(jī)依據(jù)測量光譜數(shù)據(jù)精確獲取大氣痕量氣體在紫外、可見波段特征差分吸收光譜，從總大氣消光信息中，解析痕量氣體沿整個光路的線積分濃度；在扇形光束射線幾何構(gòu)型下，以精確反演的線積分濃度為投影向量，采用大氣痕量成分空間分布重構(gòu)算法，最終形成可視化的二維、三維大氣痕量氣體空間分布圖。本發(fā)明能夠?qū)崟r在線、連續(xù)準(zhǔn)確的提供多組分大氣環(huán)境污染氣體的可視化大氣痕量氣體空間分布整體信息圖。
【專利說明】差分吸收光譜斷層掃描重構(gòu)大氣痕量氣體空間分布方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種掃描大氣痕量氣體空間分布方法，尤其涉及一種差分吸收光譜斷層掃描重構(gòu)大氣痕量氣體空間分布方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大氣痕量成分濃度的空間分布獲取受到復(fù)雜的氣象、地形和化學(xué)特性等多種因素影響，有一定的不確定性。獲取大氣痕量氣體的空間分布是定量研究大氣污染物化學(xué)特性和傳輸?shù)闹匾ぞ?，不僅能有助于確定化學(xué)傳輸模式，而且有助于協(xié)助定位排放源、確定污染物的總量和進(jìn)行污染物排放監(jiān)督。目前，借助于化學(xué)傳輸模式，能進(jìn)行百米左右對流層痕量氣體濃度二維、三維空間分布計算。然而，現(xiàn)在的主要問題是對這些模式缺乏可靠的輸入數(shù)據(jù)，以及獨立的測量、驗證模型可靠性的方法。由于真實的大氣氣象條件不可能充分模擬，煙霧箱實驗只能部分的說明包含的化學(xué)過程，不可能提供一個變化條件下大氣的一個完整的圖像。
[0003]現(xiàn)有的大氣污染氣體監(jiān)測，多采用多點組網(wǎng)、分散測量的點式方法，數(shù)據(jù)缺損的非采樣區(qū)域只能依據(jù)附近測點的值估算其濃度。氣體污染物釋放的瞬時信息缺失，測量的準(zhǔn)確性受制于采樣面積、測點數(shù)量、采樣頻率等各種因素，且儀器污染在所難免。有限、孤立的數(shù)據(jù)點只能測定小范圍內(nèi)、有限時間、單一組分的污染氣體“點”濃度信息，無法實時、在線、連續(xù)、準(zhǔn)確的提供多組分大氣環(huán)境污染氣體的整體信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崟r、在線、連續(xù)、準(zhǔn)確的提供多組分大氣環(huán)境污染氣體的可視化的二維、三維大氣痕量氣體空間分布整體信息圖，且能夠協(xié)助定位排放源、確定污染物的總量和進(jìn)行污染物排放監(jiān)督的差分吸收光譜斷層掃描重構(gòu)大氣痕量氣體空間分布方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)手段是:差分吸收光譜斷層掃描重構(gòu)大氣痕量氣體空間分布方法，由兩組以初始觀測角度設(shè)置在待測氣團(tuán)兩邊的差分吸收掃描光學(xué)遙測組件同時定時交叉掃描，構(gòu)建交叉扇形光束幾何光路，以采樣率和射線數(shù)量共同決定的測量間隔進(jìn)行測量，所測量光譜數(shù)據(jù)傳送至處理機(jī)，處理機(jī)依據(jù)測量光譜數(shù)據(jù)精確獲取大氣痕量氣體在紫外、可見波段特征差分吸收光譜，從總大氣消光信息中，解析痕量氣體沿整個光路的線積分濃度；在扇形光束射線幾何構(gòu)型下，以精確反演的線積分濃度為投影向量，采用大氣痕量成分空間分布重構(gòu)算法，最終形成可視化的二維、三維大氣痕量氣體空間分布圖。
[0006]進(jìn)一步的，所述初始觀測角度為45度方向，每隔3.6度米集一條光譜,一個掃描循環(huán)小于待測氣團(tuán)移動速度。
[0007]進(jìn)一步的，所述差分吸收掃描光學(xué)遙測組件包括測光裝置、光譜儀、探測器、光纖、接收機(jī)、控制電路、采集電路；其中測光裝置通過光纖連接光譜儀，光譜儀通過探測器連接采集電路，采集電路連接接收機(jī)，接收機(jī)通過控制電路連接測光裝置。[0008]進(jìn)一步的，所述控制電路包括安裝測光裝置的控制云臺，控制云臺內(nèi)的步進(jìn)電機(jī)控制測光裝置旋轉(zhuǎn)，得到不同角度的掃描射線，在一個掃描循環(huán)時間內(nèi)，光譜儀采集到一定視場角內(nèi)幾組不同方向射線上的大氣痕量氣體特征吸收光譜。
[0009]進(jìn)一步的，所述測光裝置為望遠(yuǎn)鏡或氙燈，工業(yè)排放的監(jiān)測利用望遠(yuǎn)鏡接受的太陽散射光獲取差分吸收光譜；而公路煙羽的監(jiān)測利用痕量氣體對氙燈光的吸收獲取差分吸收光譜。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:為直接獲取大氣污染氣體空間整體分布信息開辟了新的測量途徑，能夠?qū)崟r、在線、連續(xù)、準(zhǔn)確的提供多組分大氣環(huán)境污染氣體的可視化的二維、三維大氣痕量氣體空間分布整體信息圖，且能夠協(xié)助定位排放源、確定污染物的總量和進(jìn)行污染物排放監(jiān)督。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面結(jié)合視圖和實施例對本發(fā)明做詳細(xì)的描述。
[0012]圖1為本發(fā)明的工作示意圖。
[0013]圖中:1、測光裝置，2、光譜儀，3、探測器，4、光纖，5、接收機(jī)，6、控制電路，7、采集電路。
【具體實施方式】
[0014]如圖1所示的差分吸收光譜斷層掃描重構(gòu)大氣痕量氣體空間分布方法，由兩組以初始觀測角度設(shè)置在待測氣團(tuán)兩邊的差分吸收掃描光學(xué)遙測組件同時定時交叉掃描，構(gòu)建交叉扇形光束幾何光路，以采樣率和射線數(shù)量共同決定的測量間隔進(jìn)行測量，所測量光譜數(shù)據(jù)傳送至處理機(jī)，處理機(jī)依據(jù)測量光譜數(shù)據(jù)精確獲取大氣痕量氣體在紫外、可見波段特征差分吸收光譜，從總大氣消光信息中，解析痕量氣體沿整個光路的線積分濃度；在扇形光束射線幾何構(gòu)型下，以精確反演的線積分濃度為投影向量，采用大氣痕量成分空間分布重構(gòu)算法，最終形成可視化的二維、三維大氣痕量氣體空間分布圖。
[0015]進(jìn)一步的，所述初始觀測角度為45度方向，每隔3.6度采集一條光譜，一個掃描循環(huán)小于待測氣團(tuán)移動速度。
[0016]進(jìn)一步的，所述差分吸收掃描光學(xué)遙測組件包括測光裝置1、光譜儀2、探測器3、光纖4、接收機(jī)5、控制電路6、采集電路7 ;其中測光裝置I通過光纖4連接光譜儀2，光譜儀2通過探測器3連接采集電路7，采集電路7連接接收機(jī)5，接收機(jī)5通過控制電路6連接測光裝置I。
[0017]進(jìn)一步的，所述控制電路6包括安裝測光裝置I的控制云臺，控制云臺內(nèi)的步進(jìn)電機(jī)控制測光裝置I旋轉(zhuǎn)，得到不同角度的掃描射線，在一個掃描循環(huán)時間內(nèi)，光譜儀2采集到一定視場角內(nèi)幾組不同方向射線上的大氣痕量氣體特征吸收光譜。
[0018]進(jìn)一步的，所述測光裝置I為望遠(yuǎn)鏡或氙燈，工業(yè)排放的監(jiān)測利用望遠(yuǎn)鏡接受的太陽散射光獲取差分吸收光譜；而公路煙羽的監(jiān)測利用痕量氣體對氙燈光的吸收獲取差分吸收光譜。
[0019]集差分吸收光譜算法與斷層掃描方法于一體的差分吸收光譜斷層掃描技術(shù)作為一種光學(xué)遙感方法，不僅可以進(jìn)行大范圍遙測，而且由于差分吸收光譜技術(shù)獨特的沿光路線積分特性，以及寬波段多種痕量成分(如二氧化氮、二氧化硫、臭氧、甲醛和亞硝酸等)濃度同時獲取的優(yōu)勢，在扇形光束射線幾何模式下，以精確反演的線積分濃度為投影數(shù)據(jù)，通過選用適合大氣痕量成分空間分布重構(gòu)的算法，能夠同時得到多種痕量氣體大范圍二維、三維空間分布，為直接獲取大氣污染氣體空間整體分布信息開辟了新的測量途徑，具有很強(qiáng)的實際應(yīng)用潛能。
【權(quán)利要求】
1.差分吸收光譜斷層掃描重構(gòu)大氣痕量氣體空間分布方法，其特征在于:由兩組以初始觀測角度設(shè)置在待測氣團(tuán)兩邊的差分吸收掃描光學(xué)遙測組件同時定時交叉掃描，構(gòu)建交叉扇形光束幾何光路，以采樣率和射線數(shù)量共同決定的測量間隔進(jìn)行測量，所測量光譜數(shù)據(jù)傳送至處理機(jī)，處理機(jī)依據(jù)測量光譜數(shù)據(jù)精確獲取大氣痕量氣體在紫外、可見波段特征差分吸收光譜，從總大氣消光信息中，解析痕量氣體沿整個光路的線積分濃度；在扇形光束射線幾何構(gòu)型下，以精確反演的線積分濃度為投影向量，采用大氣痕量成分空間分布重構(gòu)算法，最終形成可視化的二維、三維大氣痕量氣體空間分布圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差分吸收光譜斷層掃描重構(gòu)大氣痕量氣體空間分布方法，其特征在于:所述初始觀測角度為45度方向，每隔3.6度米集一條光譜,一個掃描循環(huán)小于待測氣團(tuán)移動速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差分吸收光譜斷層掃描重構(gòu)大氣痕量氣體空間分布方法，其特征在于:所述差分吸收掃描光學(xué)遙測組件包括測光裝置(I)、光譜儀(2)、探測器(3)、光纖(4)、接收機(jī)(5)、控制電路(6)、采集電路(7);其中測光裝置⑴通過光纖⑷連接光譜儀(2)，光譜儀(2)通過探測器(3)連接采集電路(7)，采集電路(7)連接接收機(jī)(5)，接收機(jī)(5)通過控制電路(6)連接測光裝置(I)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差分吸收光譜斷層掃描重構(gòu)大氣痕量氣體空間分布方法，其特征在于:所述控制電路(6)包括安裝測光裝置(I)的控制云臺，控制云臺內(nèi)的步進(jìn)電機(jī)控制測光裝置(I)旋轉(zhuǎn)，得到不同角度的掃描射線，在一個掃描循環(huán)時間內(nèi)，光譜儀(2)采集到一定視場角內(nèi)幾組不同方向射線上的大氣痕量氣體特征吸收光譜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差分吸收光譜斷層掃描重構(gòu)大氣痕量氣體空間分布方法，其特征在于:所述測光裝置(I)為望遠(yuǎn)鏡或氙燈，工業(yè)排放的監(jiān)測利用望遠(yuǎn)鏡接受的太陽散射光獲取差分吸收光譜；而公路煙羽的監(jiān)測利用痕量氣體對氙燈光的吸收獲取差分吸收光P曰。
【文檔編號】G01N21/31GK103616338SQ201310539768
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年10月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月26日
【發(fā)明者】李素文, 姜恩華, 韋民紅 申請人:淮北師范大學(xué)