基於大視場成像光譜儀的點汙染源排放通量測量方法
2023-11-02 20:22:07 1
基於大視場成像光譜儀的點汙染源排放通量測量方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於大視場成像光譜儀的點汙染源排放通量測量方法，利用差分吸收光譜算法分析計算出汙染氣體斜柱濃度，利用輻射傳輸模型將斜柱濃度轉換為垂直柱濃度VCD，根據汙染氣體柱濃度在距離上的分布，確定煙羽寬度W煙，煙羽截面濃度V=VCD×W煙；在T1時刻測量汙染氣體垂直柱濃度，並記錄特徵值所在的位置S1；其次，在T2時刻測量汙染氣體垂直柱濃度，並尋找記錄T1時刻記錄的特徵值此時所在的位置S2；根據上述記錄，計算出煙羽排放速度V煙。本發明一為煙羽截面濃度測量，二是煙羽排放速度測量，最終兩者測量結果相乘即為點汙染源排放通量，結構簡單，誤差小，測量精確度高，高效。
【專利說明】基於大視場成像光譜儀的點汙染源排放通量測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及環境監測【技術領域】，尤其涉及一種基於大視場成像光譜儀的點汙染源排放通量測量方法。
【背景技術】
[0002]按排放汙染物的空間分布方式，可分為點汙染源和面汙染源。點汙染源指在較小面積範圍排放汙染物的單獨汙染源。汙染源排放通量或汙染源清單數據需要及時掌握和更新，便於環境保護管理部門掌握真實環境狀況，制定合理可行的減排方案，確保良好的環境質量。
[0003]目前對於點源排放通量常規方法有以下兩種，一種是在煙?上安裝檢測儀器測量排放汙染物入S02等的濃度，同時測量煙?的排放速度，最終得到排放通量；另一種為通過調查掌握點排放源的能源消耗量S (如，燃煤多少噸，哪種類型煤)，然後用能源消耗量乘以特定生產條件下汙染排放因子K (即排放量/單位能源量，如:每噸煤排放多少S02、* NO2,這可以通過實驗或方獻獲取)，獲得點源排放通量。 [0004]這種傳統點汙染源排放通量的獲得需要較耗時費力，第一種安裝維護成本較高；第二種，調查所獲數據的誤差不確定性很大，特別是在經濟發展快的地方，數據需要不斷更新，這都使得點汙染源排放通量的及時獲得成為一個難題。
[0005]目前有利用光學遙感方法獲取汙染源排放通量的報導，如被動差分吸收光譜測量煙羽裝置，其的原理如圖1所示。在所要測量的面汙染源的下風向，採用移動平臺(如:汽車)載著差分吸收光譜系統，垂直於風向對煙羽剖面進行掃描測量，通過差分吸收光譜解析方法分析得到煙羽的垂直柱密度(VCD)，已知風向、垂直於運動方向的風速(νΛ, I)和車速(V￥)和掃描整個煙羽的時間(At)，則單位時間內汙染物的排放通量可由下式表示:
[0006]Flux=VCD.V 車.V 風,丄.At
[0007]該裝置一般利用汽車為移動平臺，在煙羽下風向通過汽車運動進行掃描，然後結合風向(並需要假定煙羽的排放速度等於風速)，可以得到點源的排放通量。這種方法相比傳統的方法，具有高效、快速等優點，但同樣存在不足，主要為以下兩點:第一，需要移動平臺(汽車)，而且需求選擇合適的測量路徑，給測量帶來限制；第二，需要測量風速，一般採用地面風速，而地面風速跟幾百米高的煙羽的速度存在偏差，有時會給計算結果帶來100%的誤差，嚴重影響著測量準確度。
【發明內容】
[0008]本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種基於大視場成像光譜儀的點汙染源排放通量測量方法。
[0009]本發明是通過以下技術方案實現的:
[0010]一種基於大視場成像光譜儀的點汙染源排放通量測量方法，包括有旋轉平臺、成像光譜儀和反射式大視場鏡頭，所述的成像光譜儀安裝在旋轉平臺上，反射式大視場鏡頭安裝在成像光譜儀上，轉動旋轉平臺，使成像光譜儀狹縫長度方向垂直於煙羽排放方向，成像光譜儀大視場覆蓋煙羽截面，測量視場角度內的經過煙羽的太陽散射光信號，根據汙染氣體的吸收，利用差分吸收光譜算法分析計算出汙染氣體斜柱濃度，利用輻射傳輸模型將斜柱濃度轉換為垂直柱濃度VCD，根據汙染氣體柱濃度在距離上的分布，確定煙羽寬度Ww，煙羽截面濃度V=VCDXWw;再次轉動旋轉平臺，使成像光譜儀狹縫長度方向平行於煙羽排放方向，在T1時刻測量汙染氣體垂直柱濃度，並記錄特徵值所在的位置S1 ;其次，在T2時刻測量汙染氣體垂直柱濃度，並尋找記錄Tl時刻記錄的特徵值此時所在的位置S2 ;根據上述記錄，計算出煙羽排放速度V』
[0011]V煙=(S2-S1V(T2-T1)
[0012]最後計算出點汙染源排放通量Flux=VX V煙。
[0013]本發明的優點是:本發明一為煙羽截面濃度測量，二是煙羽排放速度測量，最終兩者測量結果相乘即為點汙染源排放通量，結構簡單，誤差小，測量精確度高，高效。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為差分吸收光譜計算汙染氣體柱濃度原理圖。
[0015]圖2為本發明中的結構示意圖。
[0016]圖3為測量煙羽截面濃度原理圖。
[0017]圖4為測量煙羽排放速度原理圖。
[0018]圖5為Tl時刻垂直柱濃度在距離上的分布示意圖。
[0019]圖6為T2時刻垂直柱濃度在距離上的分布示意圖。
【具體實施方式】
[0020]一種基於大視場成像光譜儀的點汙染源排放通量測量方法，如圖2所示，包括有旋轉平臺1、成像光譜儀2和反射式大視場鏡頭3，所述的成像光譜儀2安裝在旋轉平臺I上，反射式大視場鏡頭3安裝在成像光譜儀2上，如圖3所示，轉動旋轉平臺I，使成像光譜儀2狹縫長度方向垂直於煙羽4排放方向，成像光譜儀2大視場覆蓋煙羽4截面，測量視場角度內的經過煙羽4的太陽散射光信號，根據汙染氣體的吸收，利用差分吸收光譜算法分析計算出汙染氣體斜柱濃度，利用輻射傳輸模型將斜柱濃度轉換為垂直柱濃度VCD，根據汙染氣體柱濃度在距離上的分布，確定煙羽寬度Ww，煙羽截面濃度V=VCDXWw ;如圖4所示，再次轉動旋轉平臺1，使成像光譜儀2狹縫長度方向平行於煙羽4排放方向，如圖5、6所示，在T1時刻測量汙染氣體垂直柱濃度，並記錄特徵值所在的位置S1 ;其次，在T2時刻測量汙染氣體垂直柱濃度，並尋找記錄Tl時刻記錄的特徵值此時所在的位置S2 ;根據上述記錄，計算出煙羽排放速度V』
[0021]V煙=(S2-S1)/ (T2-T1)
[0022]最後計算出點汙染源排放通量Flux=VX V煙。
【權利要求】
1.一種基於大視場成像光譜儀的點汙染源排放通量測量方法，其特徵在於:包括有旋轉平臺、成像光譜儀和反射式大視場鏡頭，所述的成像光譜儀安裝在旋轉平臺上，反射式大視場鏡頭安裝在成像光譜儀上，轉動旋轉平臺，使成像光譜儀狹縫長度方向垂直於煙羽排放方向，成像光譜儀大視場覆蓋煙羽截面，測量視場角度內的經過煙羽的太陽散射光信號，根據汙染氣體的吸收，利用差分吸收光譜算法分析計算出汙染氣體斜柱濃度，利用輻射傳輸模型將斜柱濃度轉換為垂直柱濃度VCD，根據汙染氣體柱濃度在距離上的分布，確定煙羽寬度W?，煙羽截面濃度V=VCDXWw;再次轉動旋轉平臺，使成像光譜儀狹縫長度方向平行於煙羽排放方向，在T1時刻測量汙染氣體垂直柱濃度，並記錄特徵值所在的位置S1 ;其次，在T2時刻測量汙染氣體垂直柱濃度，並尋找記錄Tl時刻記錄的特徵值此時所在的位置S2 ;根據上述記錄，計算出煙羽排放速度V』
V煙=(S2-S1V(T2-T1) 最後計算出點汙染源排 放通 量Flux=VXVwtj
【文檔編號】G01N21/31GK103543112SQ201310485523
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月16日 優先權日:2013年10月16日
【發明者】司福祺, 竇科, 周海金, 江宇, 李傳新, 黃書華 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所