[發明專利]一種基于激光雷達的煙羽通量測量方法及裝置

有效

• 申請號: 202310133720.4
• 申請日: 2023-02-20
• 公開（公告）號: CN115840236B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 余賽芬;董晶晶;夏海云;章振;袁金龍;舒志峰
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01S7/481;G01N21/31
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 劉艷艷

本發明公開了一種基于激光雷達的煙羽通量測量方法及裝置。本發明通過掃描式差分吸收激光雷達PPI掃描來獲取煙羽位置，實現煙羽位置的準確定位。采用單臺掃描式激光雷達就能夠測量風場信息和目標氣體濃度信息。在測量得到目標氣體煙羽的背景風場信息后，獲取煙羽準確的截面信息，得到煙羽截面的濃度信息。通過將煙羽高度處的三維風速投影到煙羽截面，可以計算得到準確的煙羽通量。與現有技術相比，本發明采用單臺激光雷達就能精確測量定位煙羽位置，獲取每個煙羽截面的風速和截面對應的法向風速，大大提高了煙羽通量的計算精度和準確度，為目標氣體排放的精準溯源提供有力保障，對大氣污染防治具有重要意義。

技術領域

本發明涉及激光雷達技術領域，尤其涉及一種基于激光雷達的煙羽通量測量方法及裝置。

背景技術

大氣氣體成分遙感對氣象氣候研究、污染物監測和大氣光化學反應研究等有重要意義。

目前的大氣氣體成分測量主要依靠原位測量設備和激光雷達，雖然原位測量技術能夠獲得高精度的多種氣體成分，但是無法獲得三維空間分布的氣體成分測量，難以定位氣體污染的源頭和氣體的傳播過程，激光雷達是實現大氣氣體成分三維遙感的有效途徑。

氣體探測激光雷達主要采用差分吸收激光雷達、路徑積分差分吸收激光雷達和高光譜分辨激光雷達。差分吸收激光雷達選用兩個波長的激光，一個位于待測氣體吸收截面強的位置，另一個位于待測氣體吸收截面弱的位置。

現有技術存在以下缺陷：現有的激光雷達測量氣體時，無法準確追蹤準確地追蹤污染氣體的源頭，也無法定量計算污染氣體的排放情況。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基于激光雷達的煙羽通量測量方法，能夠準確地鎖定煙羽位置，并在煙羽下方掃描得到精確的風場信息和煙羽濃度信息，進而測量煙羽的三維通量；

進一步地利用本發明從而精確測量目標氣體的排放量，為污染氣體精準溯源提供科學依據。

本發明是這樣實現的，一種基于激光雷達的煙羽通量測量方法，包括：

S1、利用掃描式差分吸收激光雷達進行PPI掃描，根據掃描結果獲取目標煙羽位置信息；

S2、根據目標煙羽的位置信息，將掃描式差分吸收激光雷達放置在目標煙羽的下方；

S3、獲取目標煙羽位置的風場信息，所述風場信息包括風速和風向；

S4、利用掃描式差分吸收激光雷達進行RHI掃描；其中RHI掃描包括：以預設的仰角A和方位角B范圍，在規定的掃描時段內，按預設的時間間隔和角度間隔對目標測量區域進行雷達掃描；其中，所述方位角B固定在預設的角度，所述仰角A隨時間變化，0＜A≤90°，0＜B≤360°；

S5、獲取每次RHI掃描對應的回波信號，并依據各個所述回波信號，利用預設的差分吸收算法計算掃描范圍內目標氣體的濃度分布；

S6、根據所述目標氣體的濃度分布，篩選出目標氣體的濃度高于預設的閾值的區域作為煙羽截面；

S7、根據所述風場信息計算所述煙羽截面的法向速度；

S8、根據煙羽截面上的氣體濃度分布和法向速度計算目標氣體的煙羽通量。

進一步的，步驟S1，利用掃描式差分吸收激光雷達進行PPI掃描，根據掃描結果獲取目標煙羽位置信息，包括：

S11，利用掃描式差分吸收激光雷達進行PPI掃描；PPI掃描包括：以預設的仰角和方位角范圍對目標平面進行掃描；其中，所述仰角A固定在預設的角度，所述方位角B按預定的角度間隔改變；0＜A＜10°；0＜B＜180°；

S12，獲取每次PPI掃描對應的回波信號，并依據各個所述回波信號，計算目標參數在目標平面的分布；