基于遙感技術(shù)的風(fēng)景名勝區(qū)道路交通污染預(yù)警裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了基于遙感技術(shù)的風(fēng)景名勝區(qū)道路交通污染預(yù)警裝置，在三～五個(gè)制高點(diǎn)測(cè)點(diǎn)處設(shè)置大氣激光測(cè)量系統(tǒng)，將上述大氣激光測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)一連接至服務(wù)器；將用于探測(cè)景區(qū)道路交通環(huán)境空氣路邊固定常規(guī)監(jiān)測(cè)站位污染物質(zhì)濃度的監(jiān)測(cè)結(jié)果裝置連接至服務(wù)器；將景區(qū)綜合環(huán)境空氣固定常規(guī)監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)裝置連接至服務(wù)器，鑒于當(dāng)前區(qū)域環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)存在的各種優(yōu)缺點(diǎn)，又根據(jù)西湖景區(qū)具有“三面云山一面城”的地理特征，提出通過(guò)在西湖周邊的制高點(diǎn)搭建大氣遙感遙測(cè)平臺(tái)，對(duì)景區(qū)主要由于道路交通產(chǎn)生的NO2以及其他化學(xué)物質(zhì)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
【專利說(shuō)明】基于遙感技術(shù)的風(fēng)景名勝區(qū)道路交通污染預(yù)警裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)境科學(xué)技術(shù)、公共安全與防災(zāi)減災(zāi)交叉領(lǐng)域，涉及基于遙感技術(shù)的 風(fēng)景名勝區(qū)道路交通污染預(yù)警裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)條件的改善，我國(guó)人民在節(jié)假日出行旅游的機(jī)會(huì)得以極大地提高。"上有 天堂、下有蘇杭"的世界自然文化遺產(chǎn)杭州西湖風(fēng)景名勝區(qū)，正更加注目地吸引著海內(nèi)外賓 客的來(lái)訪。但是，西湖景區(qū)的進(jìn)出和通過(guò)道路，大都按城市次干道甚至支路定位與設(shè)計(jì)，隨 著旅游客流交通量的不斷增加，進(jìn)出西湖經(jīng)常出現(xiàn)"行車難與停車難"的兩難，在國(guó)家節(jié)假 和黃金周的堵車更是達(dá)到了井噴的狀況。雖然通過(guò)限行、單行線等措施有效地緩減了這種 狀況，但是隨著私家車數(shù)量的繼續(xù)攀升，有必要針對(duì)景區(qū)車流量及其對(duì)大氣與聲環(huán)境進(jìn)行 監(jiān)測(cè)和向游客告知影響甚至污染的程度，加大交通管理的力度，以保護(hù)西湖的旅游質(zhì)量。
[0003] 西湖風(fēng)景名勝區(qū)道路交通環(huán)境影響與污染的現(xiàn)狀不同程度低地存在于我國(guó)大多 數(shù)的風(fēng)景名勝區(qū)。
[0004] 現(xiàn)階段對(duì)于區(qū)域交通大氣環(huán)境承載力的研究與控制，宏觀上的方法是對(duì)該區(qū)域范 圍內(nèi)最大規(guī)模機(jī)動(dòng)車總量值靜態(tài)狀況開(kāi)展研究，重點(diǎn)僅限于為控制機(jī)動(dòng)車發(fā)展總量提供科 學(xué)決策依據(jù)。但機(jī)動(dòng)車的環(huán)境影響具有流動(dòng)性和瞬時(shí)性，在總量不超過(guò)城市環(huán)境總?cè)萘繒r(shí)， 道路沿線區(qū)域的污染濃度分布一般并不均勻，尤其在交通繁忙、車流量大的小區(qū)域，機(jī)動(dòng)車 排放的尾氣會(huì)造成對(duì)環(huán)境的影響，污染濃度甚至可能嚴(yán)重超標(biāo)，而在人流量少、靠近偏遠(yuǎn)區(qū) 域的空氣與聲環(huán)境質(zhì)量良好。對(duì)于道路沿線的環(huán)境影響，可以采取實(shí)測(cè)和通過(guò)實(shí)測(cè)車流量、 車速和大型車占有率，通過(guò)數(shù)學(xué)模型和軟件進(jìn)行計(jì)算并預(yù)測(cè)。然而，影響汽車尾氣的排放擴(kuò) 散，還受到當(dāng)時(shí)氣象條件的作用，以及微觀地化學(xué)反應(yīng)與變化，會(huì)對(duì)預(yù)測(cè)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生顯著 影響，而利用歷史氣象資料只能較為準(zhǔn)確地反映平均水平的結(jié)果，因?yàn)楹茈y得到瞬時(shí)的氣 象參數(shù)，而化學(xué)過(guò)程的變化又過(guò)于復(fù)雜，一般均予以簡(jiǎn)化成忽略不計(jì)，由此使得計(jì)算結(jié)果不 能進(jìn)行或者誤差很大。
[0005] 實(shí)測(cè)的方法是在區(qū)域中建立多個(gè)長(zhǎng)期定點(diǎn)的監(jiān)測(cè)站位并形成網(wǎng)絡(luò)，目前大部分站 位的N0 2以及S02、PM、CO、THC、03和氣溶膠等監(jiān)測(cè)設(shè)備為地基點(diǎn)式儀器，例如，在西湖景區(qū) 已有若干個(gè)這樣的站位；受人員、投資和運(yùn)營(yíng)成本的限制，地面站位濃度觀測(cè)資料的數(shù)量非 常有限，也就不能獲得大氣的空間分布信息。目前最好的空間分布數(shù)據(jù)習(xí)慣上是通過(guò)氣球 飛艇飛機(jī)航空與衛(wèi)星航天機(jī)載儀器的遙感技術(shù)來(lái)獲取和實(shí)現(xiàn)，但其運(yùn)行成本更高，并且獲 得的數(shù)據(jù)時(shí)間和空間分辨率都較差。
[0006] 從一個(gè)地點(diǎn)同時(shí)觀測(cè)分布在廣闊大氣空間中的污染物質(zhì)濃度的方法，通常是利用 有線、無(wú)線方式，把設(shè)在寬廣地區(qū)的許多傳感器中的數(shù)據(jù)，傳送到遙測(cè)系統(tǒng)中進(jìn)行檢測(cè)。但 是，這種方法的缺點(diǎn)是不能連續(xù)測(cè)量空間的分布狀態(tài)。更好的方法是在同一地點(diǎn)以電磁波 為"探測(cè)器"，遠(yuǎn)距離連續(xù)測(cè)量空間的分布狀態(tài)，這就是雷達(dá)。微波雷達(dá)已被廣泛應(yīng)用于航 空、航海和氣象領(lǐng)域中。現(xiàn)在又出現(xiàn)了使用波長(zhǎng)短4?5個(gè)數(shù)量級(jí)、方向性也更強(qiáng)的激光雷 達(dá)。
[0007] 由于激光波長(zhǎng)短，方向性好，故在空間探測(cè)中具有較高的測(cè)量精度，能檢測(cè)大氣中 浮游的顆粒狀和氣態(tài)物質(zhì)。又因?yàn)榧す鈱儆诜肿?、原子吸收的波長(zhǎng)范圍，所以在測(cè)量大氣中 分子、原子的濃度和海面、湖面上漂浮的發(fā)出螢光的物體時(shí)、以及在對(duì)風(fēng)、溫度、濕度等氣象 因素的空何分布以及云和降雨等大氣現(xiàn)象進(jìn)行遙測(cè)時(shí)，都可使用。
[0008] 由于激光雷達(dá)得到的空間分布信息，其數(shù)據(jù)量很大，所以隨著計(jì)算機(jī)和高速數(shù)據(jù) 處理技術(shù)的發(fā)展，激光雷達(dá)的應(yīng)用才更加廣泛。
[0009] 大氣污染物擴(kuò)散受氣象條件影響嚴(yán)重，又有難以避免的化學(xué)過(guò)程，傳播過(guò)程整體 時(shí)空易變?，F(xiàn)階段對(duì)于區(qū)域交通大氣環(huán)境承載力的研究與控制，仿真計(jì)算是一種方法，但精 度上存在較大的誤差。實(shí)測(cè)的方法雖然是一種最為可靠的方法，通過(guò)在區(qū)域中建立多個(gè)長(zhǎng) 期監(jiān)測(cè)站位形成網(wǎng)絡(luò)，目前大部分站位的Ν0 2、ΡΜ和其他化學(xué)物質(zhì)氣體等監(jiān)測(cè)設(shè)備為地基點(diǎn) 式儀器，例如，在西湖景區(qū)已有若干個(gè)這樣的站位，但受人員、投資和運(yùn)營(yíng)成本的限制，使得 地面站位和濃度觀測(cè)資料、尤其是從3維空間分布角度的數(shù)據(jù)非常有限，也就不能獲得大 氣的空間分布信息，總體使得覆蓋范圍小，時(shí)效性差。目前最好的空間分布數(shù)據(jù)習(xí)慣上是通 過(guò)氣球飛艇飛機(jī)航空與衛(wèi)星航天機(jī)載儀器的遙感技術(shù)來(lái)獲取和實(shí)現(xiàn)，但其運(yùn)行成本更高， 并且獲得的數(shù)據(jù)時(shí)間和空間分辨率都較差。
[0010] 大氣遙感地面實(shí)驗(yàn)常規(guī)儀器包括了直接與間接的遙感設(shè)備。直接測(cè)量也有定點(diǎn)采 用遙感儀器的，如激光雷達(dá)系統(tǒng)，光學(xué)探頭指向高空，差分吸收型激光雷達(dá)可對(duì)N02等污染 物的空間分布、濃度進(jìn)行測(cè)量。間接或者非遙感儀器，有大氣污染自動(dòng)分析儀（含風(fēng))2等污 染物的自動(dòng)分析儀），可自動(dòng)測(cè)量N〇 2和其他環(huán)境空氣質(zhì)量指標(biāo)的濃度；環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)，配置氣象參數(shù)測(cè)量與變換器（風(fēng)速、風(fēng)向、溫濕度、氣壓）采樣系統(tǒng)，包括州) 2等因子的 測(cè)量?jī)x器系統(tǒng)，以及記錄儀、系統(tǒng)控制器和網(wǎng)絡(luò)傳輸配置等進(jìn)行有關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)在線測(cè)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 針對(duì)上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明以西湖風(fēng)景名勝區(qū)為例，提出基于遙感技術(shù)的風(fēng)景名 勝區(qū)重要道路交通污染的預(yù)警裝置及方法。
[0012] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0013] 基于遙感技術(shù)的風(fēng)景名勝區(qū)道路交通污染預(yù)警裝置，在三?五個(gè)制高點(diǎn)測(cè)點(diǎn)處設(shè) 置大氣激光測(cè)量系統(tǒng)，將上述大氣激光測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)一連接至服務(wù)器；將用于探測(cè)景區(qū)道路 交通環(huán)境空氣路邊固定常規(guī)監(jiān)測(cè)站位污染物質(zhì)濃度的監(jiān)測(cè)結(jié)果裝置連接至服務(wù)器；將景區(qū) 綜合環(huán)境空氣固定常規(guī)監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)裝置連接至服務(wù)器。
[0014] 進(jìn)一步的，還包括衛(wèi)星接收裝置，所述衛(wèi)星接收裝置接收衛(wèi)星遙感信號(hào),所述衛(wèi) 星接收裝置連接至所述服務(wù)器。
[0015] 進(jìn)一步的，還包括放飛系留飛艇或者氣球及無(wú)線裝置，所述系留飛艇或者氣球的 的發(fā)射裝置下傳遙感信號(hào)，氣球地面接收裝置接收該遙感信號(hào)并將其傳輸至所述服務(wù)器。
[0016] 基于遙感技術(shù)的風(fēng)景名勝區(qū)道路交通污染預(yù)警方法，包括如下步驟：
[0017] 41)在三?五個(gè)制高點(diǎn)測(cè)點(diǎn)處設(shè)置大氣激光測(cè)量系統(tǒng)，并采集數(shù)據(jù)；
[0018] 42)將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理；
[0019] 43)根據(jù)融合后的數(shù)據(jù)，對(duì)環(huán)境質(zhì)量做出預(yù)判；
[0020] 步驟42)還包括采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)的步驟，具體包括：
[0021] 51)通過(guò)激光測(cè)量系統(tǒng)遙感的方式探測(cè)景區(qū)內(nèi)道路交通環(huán)境空氣路邊固定常規(guī)監(jiān) 測(cè)站位處上空的污染物的的濃度；
[0022] 52)通過(guò)激光測(cè)量系統(tǒng)遙感的方式探測(cè)景區(qū)綜合環(huán)境空氣常規(guī)固定監(jiān)測(cè)站站位處 上空的污染物的濃度；
[0023] 53)將步驟51)探測(cè)到的數(shù)據(jù)和步驟52)探測(cè)到的數(shù)據(jù)與這兩類固定常規(guī)監(jiān)測(cè)站 本身測(cè)量得出的有關(guān)污染物的濃度進(jìn)行比較，用于校準(zhǔn)采集的數(shù)據(jù)。
[0024] 進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)融合處理包括如下步驟：設(shè)有N臺(tái)大氣激光測(cè)量系統(tǒng)對(duì)同一 景點(diǎn)從不同制高點(diǎn)位置進(jìn)行測(cè)量，各激光傳感器的方差為〇i(i =〇，1，2, "·，Ν-1)，所要估 計(jì)的真值為X，各傳感器的量測(cè)值為& (i = 〇, 1，2,…，Ν-1)，彼此獨(dú)立并且為X的無(wú)偏估 計(jì)，即為每臺(tái)大氣激光測(cè)量系統(tǒng)分配權(quán)重％(1=〇，1，2，...，11)，在總均方誤差〇 2最小 的最優(yōu)條件下，根據(jù)各大氣激光測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量值以自適應(yīng)方式尋找最優(yōu)％，使融合后 的結(jié)果

【權(quán)利要求】
1. 基于遙感技術(shù)的風(fēng)景名勝區(qū)道路交通污染預(yù)警裝置，其特征在于，在三?五個(gè)制高 點(diǎn)測(cè)點(diǎn)處設(shè)置大氣激光測(cè)量系統(tǒng)，將上述大氣激光測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)一連接至服務(wù)器；將用于探 測(cè)景區(qū)交通道路環(huán)境空氣路邊固定常規(guī)監(jiān)測(cè)站位污染物質(zhì)濃度的監(jiān)測(cè)結(jié)果裝置連接至服 務(wù)器；將景區(qū)綜合環(huán)境空氣固定常規(guī)監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)裝置連接至服務(wù)器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遙感技術(shù)的風(fēng)景名勝區(qū)道路交通污染預(yù)警裝置，還包括 衛(wèi)星接收裝置，所述衛(wèi)星接收裝置接收衛(wèi)星遙感信號(hào)，所述衛(wèi)星接收裝置連接至所述服務(wù) 器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遙感技術(shù)的風(fēng)景名勝區(qū)道路交通污染預(yù)警裝置，其特性 在于，還包括放飛系留飛艇或者氣球及無(wú)線裝置，所述系留飛艇或者氣球的的發(fā)射裝置下 傳遙感信號(hào)，氣球地面接收裝置接收該遙感信號(hào)并將其傳輸至所述服務(wù)器。
4. 基于遙感技術(shù)的風(fēng)景名勝區(qū)道路交通污染預(yù)警方法，其特征在于，包括如下步驟： 41) 在三個(gè)制高點(diǎn)測(cè)點(diǎn)處設(shè)置大氣激光測(cè)量系統(tǒng)，并采集數(shù)據(jù)； 42) 將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理； 43) 根據(jù)融合后的數(shù)據(jù)，對(duì)環(huán)境質(zhì)量做出預(yù)判； 步驟4)還包括采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)的步驟，具體包括： 51) 通過(guò)激光測(cè)量系統(tǒng)遙感的方式探測(cè)景區(qū)內(nèi)道路交通環(huán)境空氣路邊固定常規(guī)監(jiān)測(cè)站 位處上空的污染物的的濃度； 52) 通過(guò)激光測(cè)量系統(tǒng)遙感的方式探測(cè)景區(qū)綜合環(huán)境空氣常規(guī)固定監(jiān)測(cè)站站位處上空 的污染物的濃度； 53) 將步驟51)探測(cè)到的數(shù)據(jù)和步驟52)探測(cè)到的數(shù)據(jù)與這兩類固定常規(guī)監(jiān)測(cè)站本身 測(cè)量得出的有關(guān)污染物的濃度進(jìn)行比較，用于校準(zhǔn)采集的數(shù)據(jù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于遙感技術(shù)的風(fēng)景名勝區(qū)道路交通污染預(yù)警方法，其特 征在于，所述數(shù)據(jù)融合處理包括如下步驟：設(shè)有N臺(tái)大氣激光測(cè)量系統(tǒng)對(duì)同一景點(diǎn)從不同 制高點(diǎn)位置進(jìn)行測(cè)量，各激光傳感器的方差為〇^1 = 〇，1，2, 一,Ν-Ι)，所要估計(jì)的真值 為X，各傳感器的量測(cè)值為Xi(i = 〇，1，2,…，Ν-1)，彼此獨(dú)立并且為X的無(wú)偏估計(jì)，即為 每臺(tái)大氣激光測(cè)量系統(tǒng)分配權(quán)重Wi(i = 〇，1，2,…，N-1)，在總均方誤差〇2最小的最優(yōu) 條件下，根據(jù)各大氣激光測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量值以自適應(yīng)方式尋找最優(yōu)K，使融合后的結(jié)果
?r, · 最優(yōu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于遙感技術(shù)的風(fēng)景名勝區(qū)道路交通污染預(yù)警方法，其特征 在于，還包括對(duì)激光進(jìn)行人眼安全強(qiáng)度控制步驟。
【文檔編號(hào)】G01N15/06GK104297117SQ201410570442
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月23日
【發(fā)明者】張繼萍 申請(qǐng)人:浙江省環(huán)境保護(hù)科學(xué)設(shè)計(jì)研究院