[發(fā)明專利]一種移動源廢氣快照式遙測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011467898.5
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112697711B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周海金;司福祺
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N21/31;G01N21/33;G01J3/42;G01J3/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明

1.一種移動源廢氣快照式遙測系統(tǒng)，包括有多通道相機陣列，所述多通道相機陣列獲取多個波段移動源圖像，用于氣體反演，其特征在于：多通道相機陣列安裝在快速跟蹤機構(gòu)，實現(xiàn)相機指向的快速調(diào)整，所述快速跟蹤機構(gòu)、多通道相機陣列連接到控制單元，控制單元采用基于深度學(xué)習(xí)的移動源目標識別算法，實現(xiàn)船舶目標的快速變焦跟蹤采集；所述多通道相機陣列圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理單元綜合分析，經(jīng)過數(shù)據(jù)融合、氣溶膠和背景干擾校正處理后，輸出NO2、SO2氣體濃度信息；

所述多通道相機包含多組單色相機和一個彩色相機，所有相機具備電動調(diào)焦功能，焦段和視場一致，并進行視場精準匹配，保證探測同一移動源目標；

所述多組單色相機安裝不同波長濾光片，透過待測SO2、NO2組分吸收波長內(nèi)的多組紫外可見信號，彩色相機獲取目標區(qū)域彩色圖像；

所述多組單色相機共8個，其中四個用于NO2探測，另外四個用于SO2探測，濾光片帶寬在1nm；

所述濾光片中心波長設(shè)計為SO2、NO2吸收截面的兩個吸收波峰、兩個吸收波谷；

所述快速跟蹤機構(gòu)具備三軸調(diào)整功能，響應(yīng)速度在毫秒級別，基于控制單元控制信號，驅(qū)動多通道相機調(diào)整指向；

所述控制單元具備基于深度學(xué)習(xí)的移動源目標快速識別功能，基于彩色相機測量圖像判斷移動源目標位置；

所述控制單元可基于移動源目標位置，快速解算出快速跟蹤機構(gòu)的電機驅(qū)動參數(shù)、多通道相機變焦參數(shù)；

所述控制單元可控制多通道相機陣列的同步變焦、同步圖像拍照；

控制單元設(shè)計有移動源目標識別功能、同步變焦指令發(fā)送功能、快速跟蹤機構(gòu)驅(qū)動功能、相機陣列同步采集功能，移動源目標識別功能采用深度學(xué)習(xí)方法開發(fā)，輸入大量的船舶圖像、機動車圖像進行機器學(xué)習(xí)，構(gòu)建了移動源目標識別模型，基于識別模型對彩色相機的觀測圖像進行分析，如果有目標移動源進入觀測區(qū)域，則執(zhí)行觀測流程，系統(tǒng)初始化配置移動源目標，選擇是船舶或機動車目標，隨后系統(tǒng)彩色相機進行巡視掃描，如果發(fā)現(xiàn)目標進入設(shè)定觀測區(qū)域，則執(zhí)行目標跟蹤功能，控制單元發(fā)送同步變焦指令發(fā)送功能到多通道相機陣列，發(fā)送快速跟蹤機構(gòu)驅(qū)動指令，并相機陣列同步采集，多通道相機圖像傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元，直到移動源目標移出觀測區(qū)域，則數(shù)據(jù)處理單元進行聯(lián)合反演，計算移動源廢氣排放中NO2、SO2濃度值，計算完成后進行下一個觀測循環(huán)；

數(shù)據(jù)處理單元對多組單色相機圖像綜合分析，對長時間序列觀測圖像進行信噪比提升，多波長圖像進行擬合分析，扣除氣溶膠和背景變化對光強的影響，基于離散差分吸收光譜算法計算出NO2、SO2氣體濃度信息，對氣體濃度的反演基于Lambert-Beer定律，相機測量輻射強度I(λ)可以表示為如下公式：

其中，λ代表輻射波長，入射強度為I₀(λ)，傳輸距離L，0～L距離內(nèi)大氣成分按照均勻分布分析，σ_j(λ)是所測第j種氣體的分子吸收截面[cm²/molecule]，c_j是第j種氣體的濃度，n是所測氣體的種類數(shù)，σ_R0(λ)λ^-4C_AIR代表Mie散射消光系數(shù)，其中C_AIR為空氣分子密度，σ_R0≈4.4×10^-16cm²nm⁴，ε_M0·λ^-n代表瑞利散射吸收系數(shù)。