本發(fā)明涉及大氣污染監(jiān)測設備校準方法，具體涉及一種激光雷達氣溶膠參數(shù)的校準方法。

背景技術：

1、激光雷達大氣遙感技術可以用于溫度、壓力、濕度、風、微量氣體、云和氣溶膠等多種目標的觀測。在大氣氣溶膠的觀測中，利用激光雷達可以測量得到消光系數(shù)等光學參數(shù)，而大氣氣溶膠的濃度等參數(shù)需要通過其它方法測量，再為激光雷達的測量提供參考或基準，從而對其測量結果進行校準，這就需要在激光雷達測試的同時對空中大氣氣溶膠的組成和濃度進行取樣分析或觀測。大氣氣溶膠的基準測量儀器一般用顆粒物濃度監(jiān)測儀，技術原理包括重量法、β射線吸收法和振蕩天平法等，這些儀器適合于大氣中顆粒物污染狀態(tài)變化較慢的情況。對于爆炸事故或火災等特殊場景，大氣氣溶膠或煙云的變化過程很快，相應地，也要求激光雷達的校準要有快速的時間和空間分辨率，現(xiàn)有的方法難以適應這一要求。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術在特殊場景中進行大氣氣溶膠的觀測時，難以適應激光雷達校準所需的時間和空間分辨率要求的不足之處，而提供一種激光雷達氣溶膠參數(shù)的校準方法。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術解決方案如下：

3、一種激光雷達氣溶膠參數(shù)的校準方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

4、步驟1，布設激光雷達、飛行采樣裝置和圖像采集單元；

5、步驟2，發(fā)射飛行采樣裝置，使飛行采樣裝置穿過大氣氣溶膠污染云團，獲得空氣動力學直徑小于等于20微米的顆粒物的實測顆粒物質量濃度，并獲取飛行采樣裝置的飛行軌跡；利用激光雷達和圖像采集單元對大氣氣溶膠污染云團進行觀測；

6、所述激光雷達用于觀測大氣氣溶膠污染云團的顆粒物相對質量濃度空間分布；所述圖像采集單元用于觀測大氣氣溶膠污染云團輪廓；

7、步驟3，改變飛行采樣裝置的飛行軌跡，重復步驟2獲得多個不同采集點位的實測顆粒物質量濃度；

8、步驟4，根據(jù)飛行采樣裝置的飛行軌跡和大氣氣溶膠污染云團輪廓篩選不同采集點位的實測顆粒物質量濃度，得到在大氣氣溶膠污染云團內的有效點位對應的實測顆粒物質量濃度；根據(jù)大氣氣溶膠污染云團的顆粒物相對質量濃度空間分布反演得到有效點位對應的消光系數(shù)；

9、步驟5，利用有效點位對應的實測顆粒物質量濃度及消光系數(shù)校準大氣氣溶膠污染云團的光學遙感測試模型的系數(shù)，完成激光雷達氣溶膠參數(shù)的校準；所述光學遙感測試模型為：

10、pmx＝b+k*α

11、其中，pmx代表空氣動力學直徑小于等于20微米的顆粒物質量濃度，b和k為擬合系數(shù)，α為有效點位對應的消光系數(shù)。

12、進一步地，步驟2中，所述飛行采樣裝置在大氣氣溶膠污染云團的飛行方向與激光雷達的出射光方向平行。

13、進一步地，步驟4中，所述反演基于klett方法并結合分段斜率法實現(xiàn)。

14、進一步地，步驟1中，所述圖像采集單元包括至少三套光學圖像采集裝置，各光學圖像采集裝置沿大氣氣溶膠污染云團的原點360°等角度均布，且至少一套光學圖像采集裝置的拍攝方向與飛行采樣裝置的軌跡所在平面相垂直；

15、步驟2中，所述飛行采樣裝置的飛行軌跡通過光學圖像采集裝置獲取。

16、進一步地，步驟2中，所述飛行采樣裝置通過彈射裝置發(fā)射；

17、所述激光雷達、彈射裝置以及圖像采集單元的時間預先同步，以飛行采樣裝置的發(fā)射時間為觸發(fā)，發(fā)送信號給激光雷達和圖像采集單元，確保激光雷達和圖像采集單元的時間同步。

18、進一步地，步驟2中，所述飛行采樣裝置中設置氣溶膠收集裝置，用于采集氣溶膠樣品，所述實測顆粒物質量濃度通過回收氣溶膠樣品后由實驗室測量獲得；

19、或者，

20、所述飛行采樣裝置中設置氣溶膠傳感器，所述實測顆粒物質量濃度通過氣溶膠傳感器在線探測獲得。

21、進一步地，步驟2中，所述飛行采樣裝置中設置有陀螺儀，所述飛行采樣裝置的飛行軌跡通過所述陀螺儀獲取。

22、進一步地，步驟2中，所述飛行采樣裝置在大氣氣溶膠污染云團的飛行方向與激光雷達的出射光之間的平行間距小于4米，立體角小于0.5°。

23、本發(fā)明的有益效果：

24、1、本發(fā)明通過飛行采樣裝置獲取實測顆粒物質量濃度，再利用激光雷達測得的消光系數(shù)與實測顆粒物質量濃度建立大氣氣溶膠污染云團的光學遙感測試模型，從而實現(xiàn)對激光雷達的測量數(shù)據(jù)進行校準，利用實測數(shù)據(jù)進行校準提高激光雷達測量準確性。

25、2、本發(fā)明飛行采樣裝置在大氣氣溶膠污染云團的飛行方向與激光雷達的出射光方向平行，提高激光雷達觀測大氣氣溶膠污染云團并反演的消光系數(shù)和飛行采樣裝置的實測顆粒物質量濃度之間的相關擬合精度。

26、3、本發(fā)明使用至少三套光學圖像采集裝置一方面確定云團輪廓，另一方面確定了飛行采樣裝置穿過云團的位置，可以為激光雷達提供時間和空間位置準確的氣溶膠濃度和粒度信息。

27、4、本發(fā)明飛行采樣裝置采用彈射裝置發(fā)射，響應迅速，飛行速度合適可控，有良好的時間分辨率，適合作為大氣中快速變化的氣溶膠事件的取樣和監(jiān)測，進一步地，以飛行采樣裝置的發(fā)射時間為觸發(fā)，發(fā)送信號給激光雷達和圖像采集單元，確保激光雷達和圖像采集單元的時間同步，為激光雷達提供可靠的基準參數(shù)。

技術特征：

1.一種激光雷達氣溶膠參數(shù)的校準方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述一種激光雷達氣溶膠參數(shù)的校準方法，其特征在于：

3.根據(jù)權利要求1或2所述一種激光雷達氣溶膠參數(shù)的校準方法，其特征在于：

4.根據(jù)權利要求3所述一種激光雷達氣溶膠參數(shù)的校準方法，其特征在于：

5.根據(jù)權利要求4所述一種激光雷達氣溶膠參數(shù)的校準方法，其特征在于：

6.根據(jù)權利要求5所述一種激光雷達氣溶膠參數(shù)的校準方法，其特征在于：

7.根據(jù)權利要求1所述一種激光雷達氣溶膠參數(shù)的校準方法，其特征在于：

8.根據(jù)權利要求2所述一種激光雷達氣溶膠參數(shù)的校準方法，其特征在于：

技術總結
本發(fā)明涉及大氣污染監(jiān)測設備校準方法，具體涉及一種激光雷達氣溶膠參數(shù)的校準方法，為解決現(xiàn)有技術在特殊場景中進行大氣氣溶膠的觀測時，難以適應激光雷達校準所需的時間和空間分辨率要求的不足之處。本發(fā)明激光雷達氣溶膠參數(shù)的校準方法通過飛行采樣裝置獲得實測顆粒物質量濃度，并獲取飛行采樣裝置的飛行軌跡，改變飛行采樣裝置的飛行軌跡，獲得多個不同采集點位的實測顆粒物質量濃度；根據(jù)激光雷達測得的大氣氣溶膠污染云團的顆粒物相對質量濃度空間分布反演得到有效點位對應的消光系數(shù)；最終利用實測顆粒物質量濃度及消光系數(shù)校準大氣氣溶膠污染云團的光學遙感測試模型的系數(shù)，完成激光雷達氣溶膠參數(shù)的校準。

技術研發(fā)人員：劉龍波,王寶生,馬騰躍,蘇春磊,胡攀,郭樹偉,唐寒冰,李達,李志明
受保護的技術使用者：西北核技術研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/11/14