[發明專利]利用激光雷達3D掃描探測VOC分布的方法

有效

• 申請號: 202010055921.3
• 申請日: 2020-01-18
• 公開（公告）號: CN111221004B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 付江輝
• 申請（專利權）人: 北京環拓科技有限公司
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01S17/89;G01S7/48
• 代理公司: 北京博智杰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11929
• 代理人: 尹春雷

本發明公開了一種利用激光雷達3D掃描探測VOC分布的方法，屬于大氣污染監測方法技術領域。通過對激光雷達原始回波信號的反演計算，綜合多個掃描周期的數據進行迭代計算，分析激光雷達掃描范圍內的VOC污染濃度分布，同時利用VOC污染分布數據繪制污染色譜分布圖，更為直觀地反映VOC污染在區域內的分布情況。本發明既可獲得3D激光雷達掃描區域內的實時VOC濃度分布；也可使用固定時間間隔的監測數據，通過色譜分布圖的形式能夠直觀地監測掌握區域內VOC的污染分布；還可通過對歷史大量數據的處理，能夠觀察區域內VOC的變化特征及變遷過程，更有利于VOC污染的治理。

技術領域

本發明屬于大氣污染監測方法技術領域，涉及一種利用激光雷達3D掃描探測VOC分布的方法。

背景技術

隨著科技的進步和社會的飛速發展，越來越多的機械化產品普遍應用，在提高經濟水平的同時也給環境帶來了污染，逐漸地導致了環境的惡化，需要積極的監測治理。

VOC污染監測在環保領域中占有重要的比重，當下主要使用的監測手段是點位監測，即通過安裝點位監測設備，監測VOC的濃度。這種方式沒有面的概念，無法得知VOC在區域內分布情況和變化特性，所以在區域范圍內VOC污染治理難度很大。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用激光雷達3D掃描探測VOC分布的方法，通過對激光雷達原始回波信號的反演計算，綜合多個掃描周期的數據進行迭代計算，分析激光雷達掃描范圍內的VOC污染濃度分布，同時利用VOC污染分布數據繪制污染色譜分布圖，更為直觀地反映VOC污染在區域內的分布情況，以解決上述背景技術中提到的問題。

技術原理：在大氣環境中分布的氣溶膠(OA)中，二次生成的有機氣溶膠(SOA)對氣溶膠的貢獻率最大可達到80％。VOC在大氣中能夠被OH自由基、NO₃自由基或O₃氧化，生成R自由基，然后迅速與O₂反應生成RO₂自由基，繼而與大氣中的NO_x或其它自由基反應，生成各種不同揮發性的產物。低揮發性的產物能夠部分的進入顆粒相，轉化為氣溶膠(SOA)。而氣溶膠(SOA)是大氣中顆粒物的重要組成部分，最高可達到90％的質量濃度占比，所以通過監測氣溶膠濃度可在一定程度上反應大氣中VOC的濃度分布狀況。

在實際處理過程中，通過對激光雷達掃描區域不同監測點位的歷史VOC濃度和歷史氣溶膠濃度變化、分布狀況，進行深入演算，得出二者之間的變化分布圖。結合相關試驗，測出VOC在不同氣溶膠濃度N條件下的產率，根據產率公式擬合試驗數據得到過程計算參數，從而進行估算VOC對二次氣溶膠轉換的比例因子，進而估算雷達掃描區域內的VOC和氣溶膠的轉化比例關系。

3D激光雷達的特點就是在掃描過程中，雷達所發射的激光在觸碰到空氣中的氣溶膠顆粒物時產生回波信號，通過Fernald方法獲取大氣氣溶膠的消光系數分布狀態，從而計算氣溶膠濃度分布狀況，然后再使用試驗所得的比例因子并結合分布在3D激光雷達掃描范圍內的校準點進行數據校準，繪制區域VOC污染濃度分布圖譜。3D激光雷達在進行水平切面模式或者垂直切面掃描時，將產生以3D激光雷達所在位置為圓心的面向分布數據，水平切面為水平分布數據，垂直切面為垂直分布數據。本發明的具體技術方案如下。

利用激光雷達3D掃描探測VOC污染濃度分布的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)利用3D激光雷達探測大氣氣溶膠濃度分布，獲取3D激光雷達原始回波信號；

(2)使用Fernald算法對原始回波信號進行反演處理，獲取氣溶膠濃度分布數據集合；

(3)建立數據矩陣PointInfo[n,n]pInfo，其中元素PointInfo包含X、Y、Z三個參數，X表示橫向索引，Y表示縱向索引，Z表示氣溶膠濃度數值；用步驟(2)獲取的氣溶膠濃度分布數據賦值數據矩陣pInfo；n為自然數，n≥1000；