[發明專利]基于Cubesat衛星的PM2.5的監測方法及裝置

有效

• 申請號: 201711175536.7
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN107972887B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 師鵬;王逍;雷冰瑤;趙育善
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64G1/10
• 分類號: B64G1/10;B64G1/22;B64G1/44;B64G1/32;G01N15/06
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發明提供一種基于Cubesat衛星的PM2.5的監測方法及裝置。該方法包括：通過利用預設Cubesat衛星攜帶的成像系統，記錄激光發射平臺向外部空間發射的激光的散射光，得到目標圖像，每間隔第一預設時間，將所述目標圖像發送至地面分析設備以使所述地面分析設備根據所述目標圖像，獲取PM2.5的濃度值及分布，實現了在不破壞目標空間大氣成分的前提下對目標空間內的PM2.5進行全方位觀測，并基于全方位觀測的圖像獲取目標空間內PM2.5的濃度值及分布。通過對目標空間全放位觀測而得的PM2.5的分布較衛星遙感監測法通過反演而得的PM2.5的分布以及激光雷達監測法通過單一角度觀測而得的PM2.5的分布更準確，獲得的PM2.5的濃度值也更準確。

技術領域

本發明涉及衛星設計技術領域，更具體地，涉及一種基于Cubesat衛星的PM2.5的監測方法及裝置。

背景技術

PM2.5指環境空氣中空氣動力學當量直徑小于等于2.5微米的顆粒物。它粒徑小，面積大，活性強，易附帶有毒、有害物質(例如，重金屬、微生物等)，且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，對人體健康和大氣環境質量的影響很大。因此，對PM2.5進行濃度監測，對于空氣質量監控和空氣質量改善措施的制定具有重要意義。

現有技術中，對PM2.5進行濃度監測的方法主要包括：地面監測站監測法、衛星遙感監測法和激光散射雷達監測法。

地面監測站監測法，主要通過將PM2.5與大顆粒分離，測定分離出來的PM2.5重量。具體濃度監測過程中，空氣以一定的流速通過切割器，在抽氣泵的作用下，直徑較大的顆粒被截留，將PM10顆粒分離出來，進入PM10分析儀；PM2.5的采集、分析需經分割器二次截流，進一步將PM2.5顆粒分離出來，采集到的PM2.5顆粒進入分析儀，被截留到濾膜上，然后通過一束β射線照射，射線穿過濾紙和顆粒物時由于被散射而衰減，根據β射線衰減的程度通過一定的公式計算就可以得出PM2.5的濃度。衛星遙感監測法，通過獲取的衛星數據反演AOD數據，利用AOD數據反演得到PM2.5濃度值。

激光散射雷達監測法，主要基于米散射理論，根據大氣中目標懸浮顆粒的特有直徑，有針對性的選擇激光波長，然后，在激光雷達系統運行時，激光器向特定目標區域發射所選波長的激光。激光受到大氣顆粒物的作用，產生各個方向的散射光信號。激光散射雷達利用光檢測單元收集后向散射光信號，并分析采集到的光散射信號圖像，獲得大氣中目標懸浮顆粒的分布狀態。例如，針對PM2.5，選擇532nm波長的激光。然后，在激光雷達系統運行時，激光器向特定目標區域發射所選波長的激光。激光受到大氣顆粒物的作用，產生各個方向的散射光信號。激光散射雷達利用光檢測單元收集后向散射光信號，并分析采集到的光散射信號圖像，獲得大氣中目標懸浮顆粒的分布狀態，進而實現PM2.5濃度的實時監測。

地面監測站監測法僅能對監測點的空氣污染情況進行檢測，且會破會局部大氣分布狀態。衛星遙感監測法，通過獲取的衛星數據反演AOD數據，利用AOD數據來反演大氣狀態，得到的大氣狀態與真實大氣狀態存在誤差，且根據大氣狀態計算出的PM2.5濃度值不夠準確。激光散射雷達監測法，僅能接受后向散射光信號，對大范圍內的顆粒物空間分布的觀測角度單一。

發明內容

本發明提供一種基于Cubesat衛星的PM2.5的監測方法及裝置，以克服現有技術無法對目標空間內的PM2.5進行全方位觀測，并基于全方位觀測的圖像獲取目標空間內PM2.5的濃度值及分布。

根據本發明的一個方面，提供一種基于Cubesat衛星的PM2.5的監測方法，該方法包括：步驟1，利用預設Cubesat衛星攜帶的成像系統，記錄激光發射平臺向外部空間發射的激光的散射光，得到目標圖像；步驟2，每間隔第一預設時間，將所述目標圖像發送至地面分析設備以使所述地面分析設備根據所述目標圖像，獲取PM2.5的濃度值及分布。

其中，所述方法還包括：根據在第二預設時間段內的PM2.5的濃度值及分布變化，預測所述外部空間內PM2.5的濃度值及分布的變化趨勢。