基于大視場成像光譜儀的點污染源排放通量測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于大視場成像光譜儀的點污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污染氣體斜柱濃度，利用輻射傳輸模型將斜柱濃度轉(zhuǎn)換為垂直柱濃度VCD，根據(jù)污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時刻測量污染氣體垂直柱濃度，并記錄特征值所在的位置S1；其次，在T2時刻測量污染氣體垂直柱濃度，并尋找記錄T1時刻記錄的特征值此時所在的位置S2；根據(jù)上述記錄，計算出煙羽排放速度V煙。本發(fā)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(jié)果相乘即為點污染源排放通量，結(jié)構(gòu)簡單，誤差小，測量精確度高，高效。
【專利說明】基于大視場成像光譜儀的點污染源排放通量測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于大視場成像光譜儀的點污染源排放通量測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]按排放污染物的空間分布方式，可分為點污染源和面污染源。點污染源指在較小面積范圍排放污染物的單獨污染源。污染源排放通量或污染源清單數(shù)據(jù)需要及時掌握和更新，便于環(huán)境保護管理部門掌握真實環(huán)境狀況，制定合理可行的減排方案，確保良好的環(huán)境質(zhì)量。
[0003]目前對于點源排放通量常規(guī)方法有以下兩種，一種是在煙?上安裝檢測儀器測量排放污染物入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(diào)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)，然后用能源消耗量乘以特定生產(chǎn)條件下污染排放因子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(tǒng)點污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(diào)查所獲數(shù)據(jù)的誤差不確定性很大，特別是在經(jīng)濟發(fā)展快的地方，數(shù)據(jù)需要不斷更新，這都使得點污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(xué)遙感方法獲取污染源排放通量的報道，如被動差分吸收光譜測量煙羽裝置，其的原理如圖1所示。在所要測量的面污染源的下風(fēng)向，采用移動平臺(如:汽車)載著差分吸收光譜系統(tǒng)，垂直于風(fēng)向?qū)熡鹌拭孢M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(fēng)向、垂直于運動方向的風(fēng)速(νΛ, I)和車速(V￥)和掃描整個煙羽的時間(At)，則單位時間內(nèi)污染物的排放通量可由下式表示:
[0006]Flux=VCD.V 車.V 風(fēng),丄.At
[0007]該裝置一般利用汽車為移動平臺，在煙羽下風(fēng)向通過汽車運動進行掃描，然后結(jié)合風(fēng)向(并需要假定煙羽的排放速度等于風(fēng)速)，可以得到點源的排放通量。這種方法相比傳統(tǒng)的方法，具有高效、快速等優(yōu)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(fēng)速，一般采用地面風(fēng)速，而地面風(fēng)速跟幾百米高的煙羽的速度存在偏差，有時會給計算結(jié)果帶來100%的誤差，嚴重影響著測量準確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明目的就是為了彌補已有技術(shù)的缺陷，提供一種基于大視場成像光譜儀的點污染源排放通量測量方法。
[0009]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0010]一種基于大視場成像光譜儀的點污染源排放通量測量方法，包括有旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)平臺上，反射式大視場鏡頭安裝在成像光譜儀上，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)平臺，使成像光譜儀狹縫長度方向垂直于煙羽排放方向，成像光譜儀大視場覆蓋煙羽截面，測量視場角度內(nèi)的經(jīng)過煙羽的太陽散射光信號，根據(jù)污染氣體的吸收，利用差分吸收光譜算法分析計算出污染氣體斜柱濃度，利用輻射傳輸模型將斜柱濃度轉(zhuǎn)換為垂直柱濃度VCD，根據(jù)污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(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)平臺，使成像光譜儀狹縫長度方向平行于煙羽排放方向，在T1時刻測量污染氣體垂直柱濃度，并記錄特征值所在的位置S1 ;其次，在T2時刻測量污染氣體垂直柱濃度，并尋找記錄Tl時刻記錄的特征值此時所在的位置S2 ;根據(jù)上述記錄，計算出煙羽排放速度V’
[0011]V煙=(S2-S1V(T2-T1)
[0012]最后計算出點污染源排放通量Flux=VX V煙。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點是:本發(fā)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(jié)果相乘即為點污染源排放通量，結(jié)構(gòu)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污染氣體柱濃度原理圖。
[0015]圖2為本發(fā)明中的結(jié)構(gòu)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]一種基于大視場成像光譜儀的點污染源排放通量測量方法，如圖2所示，包括有旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)平臺I，使成像光譜儀2狹縫長度方向垂直于煙羽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(nèi)的經(jīng)過煙羽4的太陽散射光信號，根據(jù)污染氣體的吸收，利用差分吸收光譜算法分析計算出污染氣體斜柱濃度，利用輻射傳輸模型將斜柱濃度轉(zhuǎn)換為垂直柱濃度VCD，根據(jù)污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(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)平臺1，使成像光譜儀2狹縫長度方向平行于煙羽4排放方向，如圖5、6所示，在T1時刻測量污染氣體垂直柱濃度，并記錄特征值所在的位置S1 ;其次，在T2時刻測量污染氣體垂直柱濃度，并尋找記錄Tl時刻記錄的特征值此時所在的位置S2 ;根據(jù)上述記錄，計算出煙羽排放速度V’
[0021]V煙=(S2-S1)/ (T2-T1)
[0022]最后計算出點污染源排放通量Flux=VX V煙。
【權(quán)利要求】
1.一種基于大視場成像光譜儀的點污染源排放通量測量方法，其特征在于:包括有旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)平臺上，反射式大視場鏡頭安裝在成像光譜儀上，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)平臺，使成像光譜儀狹縫長度方向垂直于煙羽排放方向，成像光譜儀大視場覆蓋煙羽截面，測量視場角度內(nèi)的經(jīng)過煙羽的太陽散射光信號，根據(jù)污染氣體的吸收，利用差分吸收光譜算法分析計算出污染氣體斜柱濃度，利用輻射傳輸模型將斜柱濃度轉(zhuǎn)換為垂直柱濃度VCD，根據(jù)污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(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)平臺，使成像光譜儀狹縫長度方向平行于煙羽排放方向，在T1時刻測量污染氣體垂直柱濃度，并記錄特征值所在的位置S1 ;其次，在T2時刻測量污染氣體垂直柱濃度，并尋找記錄Tl時刻記錄的特征值此時所在的位置S2 ;根據(jù)上述記錄，計算出煙羽排放速度V’
V煙=(S2-S1V(T2-T1) 最后計算出點污染源排 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(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)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(xué)院安徽光學(xué)精密機械研究所