专利名称：用于对污染物进行测量和绘图的系统和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及优选使用有差别和/或传统的紫外线(UV)光谱用于动态与连续探测和量化环境中的气体或空气传播的化学制品，特别是污染物的范围的系统和设备，以及涉及产生实时显示或地图以显示环境中的化学制品程度或水平。
背景技术：
城区的空气污染广泛地被公认为是对于生活和工作在市区的人们最为关心的环境问题之一。由于政府机构、环境意识以及新的立法的要求对于监测和获得高度精确的污染测量的需要正在不断的增长。这种高精度测量要求在城区内，例如在能够被研究更好地控制诸如交通流量管理的市区环境的交通高峰时段内，产生污染程度或其他环境因素的有代表性的高分辨率的地图或精确且精密的位置数据。不幸的是，传统的测量系统无法按要求提供存在于空气中的气体的高精度的探测，它们也无法提供实时地图。这些系统正常地在分钟量级的时程(或时间量程)内收集数据。污染程度(或水平)常常是从测量的点取来的样本中恢复，使得建立与污染源的相关联系(或关联性)变得困难。其它系统采用固定位置的站点且通常稀疏地分布，例如在路边等，这些站点提供关于现场的污染的信息数据。然而，不可能用固定的站点监测大范围的区域，且通过这样的系统仅仅能够监测有限数量的区域。而且这种固定的系统不能提供基于广大范围的实时地图。传统的系统还限于固定在路边附近，而不能测量更接近路口中心或沿着道路本身的浓度值。传统的系统通常建立成仅测量一种污染物或其它环境因素。而且，在某些情况下，所述污染物不能被直接测量出，而是推断值。因此，已经引入了可移动的装置来监测大气中的污染程度(或污染水平)。可移动的装置在此定义为能够进行连续测量同时在各地理位置之间被运输的装置，例如，能够被安装在公路车辆上或用手携带的那些装置。这些可移动的装置是灵活的且具有扩展的空间范围。与使用这类可移动的装置的已知的监测系统相关联的缺点就是在监测污染程度时缺乏测量的精确度和受限的响应时间。美国专利文件US6750467公开了一种可移动的气体探测器，它包括载装在车辆上的激光发射器和信号分析器以及装载在所述车辆的外部的激光吸收单元。美国专利文件US7288770公开了一种便携式空气监测系统，所述空气监测系统使用能够探测开放的大气中和被引入到腔室内的空气样本中的化学制品的紫外线(UV)光谱。所述系统通过收集数据点的全部频谱并通过使用多重镜像(或多镜面)加强其灵敏度和精度，以增加在闭合(或封闭)路径长度上的光束路径。这些方法的精度是良好的，但是不能充分完成当日出现的，例如形成污染程度的代表性地图的要求。美国专利文件US6415646涉及一种用于以测量头来测量气体浓度的方法，所述测量头设置有卫星支持的环球定位装置。以预定的时间间隔和比较的位置数据确定测量头的位置。对应于位置信息的气体浓度的所测量的值可以储存在数据存储器中。
欧洲专利文件EP1942342描述了一种雇佣受过训练的动物的探测系统。从动物身上能够收集决定所述动物的身体部位的变化的生物测定数据。因而，通过分析动物的身体部位，能够决定所述动物是否已探测到了目标气味。所述动物的部位信息可以通过用惯性巡航系统补充的GPS系统来决定。没有任何描述用来对环境数据进行制图的装置。美国专利文件US2006/0237657描述了利用开路或闭合多路白血球用来量化气体毒素的实时UV光谱。所述系统可以使用在用于UV光谱的便携式系统中，所述系统能够从开放的空气环境或使用样本腔室通过样本的插入探测和量化化学制品。所述系统例如可以被安装在车辆的车顶上。美国专利文件US2008/0024323描述了一种用于监测运行状况，特别是空气质量的可移动的系统。空气监测装置可以被安装在车辆上，以收集结合有与车辆的实际位置相关的数据的空气质量数据。中央计算机可以构形成(或形状被制成)分析所述空气质量数据并以接近实时地传播相关信息，使得接收者能够部分地基于相关结果改变他们的行为。Hideo Tai在其第3746卷第332-336页的SPIE的处理过程中描述了一种装设在车辆上的甲烷监测系统，它带有定位系统和能够从埋藏的管线中获得气体泄露的实时记录的可移动的GIS (地理信息系统)。欧洲专利文件EP1113268描述了一种用于在预定的地理区域内监测空气质量的方法和设备，其中，GPA数据可以被使用，以绘出或记入收集空气质量样本的车辆的位置。在现有技术中，当车辆向前移动时，进行测量，但是由于缺乏在城区或建筑物多的环境中所需要的精确的位置数据，特别是在可能难以获得GPS信息的地方，这些测量不能被转变成任何种类的实时地图。通过GPS接收器计算的位置需要卫星的现时、位置和所接收的信号的所测量的延迟。位置精度主要取决于卫星位置和信号延迟。为了测量延迟，接收器将从卫星接收到的位序和内生(或自有)版本进行比较。通过位转移的前沿和后沿的比较，现代化的电子器件或电子装置能够对大约百分之一的位时间内或者对于C/A编码来说大约10毫微秒的信号偏移进行测量。由于GPS信号以光速传播，这表示大约3米的理论误差。通过使用更高级的芯片速率(或速度)信号能够改进位置精度，然而典型的电子器件的误差是几种精度降级或衰减的影响之一。当这些影响被放在一起时，自主民用全球定位系统的水平定位坐标误差(autonomous civilian GPS horizontal position fixes)典型地精确到大约 15 米(50英尺)。此外，GPS信号还常常由于多路径问题可能受到干扰，其中，无线电信号在地形周围的反射，这些地形有建筑物、峡谷壁，硬质地面等等。这些延迟的信号可能招致不精确。已经开发了许多的技术，最为突出的窄的的相关器间隔，以降低多路径误差，但是这些误差不能被完全减少且仍然是一个显著的问题。在这些环境中，例如城区环境或者结构很多的环境中，GPS定位数据非常显著地被进一步恶化或者甚至完全被阻塞。这是由于反射大型结构的GPS信号的多路径，来自进入视角的不同卫星在位置上的突然变化或者由低成本电子器件或接收所施与的限制所导致的。在多路径或阻塞的情况下，我们可以认为GPS的精度可能在长时间的时间段受到限制，而对于短期或实时测量，GPS确定的座标的精度可能是不充分的。从GPS数据中获得的速度曲线将会作为离散数值得到，因为速度的测量是以1秒的间隔(IHz)实施的。这种时间系列与在曲线或图形中示出峰值的高频噪音信号叠加。为了消除这种噪音信号，可以应用平滑滤波器。然而，尽管某些位置的平滑滤波器是可能的， 但是短期精度可能没有被显著地改善。GPS能够提供高度信息，且另外，GPS高度信息通过包括按某个距离分开安装的另外一些GPS接收器能够得到改善。高度信息特别与低水平或低高度的气流传感器相关，例如这些传感器被安装在UAV上。在详细审查的环境因素中，可以意识到，这些因素典型的在极短的地理位置范围或距离内发生变化，特别是在城区环境中的极短的位置距离内发生变化。因此，需要收集与环境因素有关的非常局部化或区域化的数据。仅利用GPS定位数据不足以提供精确和精密 (或准确)的地理位置，特别是在短时程内，但是在城区或其它结构复杂的环境中这个问题甚至更为严重。
发明内容
按照本发明的目的，提供有一种用于绘制大气中的环境因素地图的系统，所述系统具有一个或多个可移动的探测设备，其中，每个所述探测设备包括用于探测大气中的环境因素的传感器，所述传感器提供与大气样本有关的数据；用于追踪所述传感器的地理位置和所述样本被提取的时间的导航系统；能够处理数据的处理单元；所述处理单元与所述传感器和所述导航系统耦合，以便提供每个样本的地理位置和时间；所述系统还包括含有数据库的服务器，在所述数据库中来自每个设备的数据被储存，且任选地进行处理，其特征在于，所述导航系统包括第一导航装置和第二导航装置， 其中，所述第一导航装置包括GPS系统，而所述第二导航装置包括独立运行的定位系统，其中，所述第一导航装置和所述第二导航装置是数据耦合的，且其中每一个系统相互地通知另一个系统且提供精确的、连续地被提炼且修正的位置数据以及任选的速度数据。每个探测设备可以包括处理单元，所述处理单元能够处理来自用于在闭合的光学路径(即没有超出装置的界线之外的情况)中探测气体的传感器的数据；用于追踪所述一个或多个设备的位置的导航系统，其中，所述处理单元与所述传感器和所述导航系统耦合; 以及用于将数据传送回到中央位置或区位的优选的装置。本发明还提供一种用于产生环境因素的实时区位或位置信息的方法，所述方法包括提取大气样本并在分光仪中分析所述样本；提取所述大气样本被提取情况下的地理位置并将这一地理信息与时间信息相耦合，以提供非常精确的取样点的时间和位置；将所述位置，时间和分析结果结合到数据包中并将所述数据包传送到服务器；分析所述大气样本的所述信息从而提供环境因素的水平的数据；将所述环境因素的所述数据与实时位置数据进行整合，从而提供所述环境因素的实时区位或位置；其特征在于，从导航系统产生所述地理信息，所述导航系统包括第一导航装置和第二导航装置，其中，所述第一导航装置包括GPS系统，而所述第二导航装置包括独立运行的定位系统，其中，所述第一导航装置和所述第二导航装置是数据耦合的，且其中每一个系统相互地通知另一个系统且提供精确的、连续地被提炼且修正的位置数据和任选的速度数据。上述系统和方法学由于在每个设备中使用导航系统而提供大气化学物质的实时同步浓度测量。所获得的结果是污染程度或水平的高度精确的测量，所述测量可以用来形成显示污染或其它环境因素的分布状态的地图。所述数据优选被铺放在区域的地理位置图上，以形成与已知点，诸如道路，房屋，工厂等等，相关的环境因素(例如污染程度或水平) 的地图。探测到的排放物的不同混合同时也可以用于源解析。而且这样一种系统能够在短时程或短时间内进行污染物程度或水平的实时连续的监测，或者为了高分辨率制图或在空间上或临时地其它数据的相关性的实时连续的监测。就实时而论，我们指的是监测的系统，在所述监测的系统中，尽可能多的信息以短暂的延迟被连续地提供。将会理解的是，某些测量将是同时期的，而其它测量是历史的，但是目标是历史的值应当尽可能频繁地被更新或升级，以提供所测量的区域内的尽可能好的实时信息测量。模糊逻辑能够用来按照需要基于其它确切和实时的读数对测量的建模或模型化进行更新或升级。另外，用于监测城区空气污染的系统能够用于便携式、移动式和固定式设备。如果大量的足够数量的坚固系统对于地方当局或有关各方变得有效，那么这类系统就能够监测整个城市。在优选的系统中，每个设备是可移动的。这样一种设备可以安装在汽车上，摩托车上或大众交通工具的表面上，以能够覆盖大片的区域。所述设备还能够设计成为便携式的。在优选的系统中，所述第一导航装置包括一个或多个GPS接收器，而所述第二导航装置包括除GPS系统之外的定位系统。更为优选地，所述第二导航装置包括IMU/INS系统。测量系统的精确度可以定义为测量数量的紧密度与其实际真实值之比。测量系统的精密度也称为再现性或可重复性，所述精密度是在不变的条件下重复的测量表现相同的结果的程度。优选地，提供有一种系统，其中，每个导航系统包括一个或多个GPS (环球定位系统(GlcAal Positioning System))接收器。如所讨论的，尽管GPS提供在地面高度(或水平面)或关于地面高度的高分辨率定位信息，但是它不能直接获得有关车辆取向(或定向)或速度的信息。以GPS为基的，例如^itNav系统，商业系统(Commercial system)依赖于道路地图，当定位数据变得不可靠时，作为最佳测定以将车辆定位于最接近的道路上。 更为优选地，导航系统包括与另外的导航系统，例如无线导航系统(RDF)或推测领航系统 (dead reckoningsystem)等，相联系的GPS。航位推测法就是通过投影过程和从已知的过去位置评估现在的位置和速度的过程。推测领航系统的优选类型是惯性导航，由此，基于运动传感器来计算位置。因而，更加优选地，导航系统包括与IMU(惯性测量单元anertial Measurement Unit))/惯性导航系统 Qnertial Navigation System(INS))相联系的 GPS。 GPS信息与诸如IMU/INS等其它传感器数据的整合(或集成或者积分)使得连续而精确的位置评估能够在实时的基础上得到提供。在城区的环境中，GPS卫星由于高的建筑物或其它局部地理特点或构造被隐藏脱离所述接收器。通过将GPS接收器与IMU/INS进行整合， 能够获得更高程度的导航和定位精度。因而，耦合或联接的GPS-IMU/INS的使用提供精确的遥感勘测数据，使得能够在宽阔的区域内进行污染程度的精确评定。这使得监测覆盖范围比现有的固定监测地点更为宽广。探测设备可以是在紫外线，紫外可见光，红外线或它们的组合中的波长内进行探测的分光仪(或光谱仪)或者干涉仪。所述探测设备优选包括即时紫外线气体分析仪。紫外线(UV)分光仪能够收集用于宽广的气体范围的分析的高分辨率数据。本发明在特殊的气体中进行探测，可在紫外(uv)(160-500nm的波长范围)，可视的(500-800nm的波长范围)，和红外(800-15000nm的波长范围)范围内进行探测。分光仪能够在痕量级(或在痕迹水平上)探测多种气体。原始数据可以以强度对波长的格式进行收集。信号的强度受到监测且被记入日志，而且与导航数据进行联系。优选地提供有一种系统，其中，所述传感器数据在动态变量样本时间段内进行处理。所述样本时间段可以通过设备处理器本身或远程，基于来自IMU/INS的信息，自动地进行调整。根据本发明的另一个目的，提供有一种绘制污染程度或水平地图的可移动的装置，所述装置包括能够处理来自传感器和导航系统的数据的处理单元，所述传感器用来在闭合的光学路径中探测气体，其中，所述处理单元与所述传感器和所述导航系统耦合。所述导航系统优选包括整合的GPS-IMU/INS系统。
通过参考附图将进一步描述本发明，其中图1表示数据如何传送的总体数据流程图；图2表示作为本发明中优选的使用在紫外线分光仪中的光学部件的示意图；图3表示在城区环境中成网络的系统；图4表示在GPS和MIU导出的速度之间示例性的比较；图5图示出Kalman过滤器的预测-修正本质；图6表示Kalman过滤器如果能够被应用到GPS和IMU/INS数据的组合上；图7表示IMU/INS捷联方法；图8表示松散耦合(或松散联接)的GPS-IMU/INS系统；图9表示紧密耦合(或紧密联接)的GPS-IMU/INS系统；和图10表示超紧密耦合(或超紧密联接)的GPS-IMU/INS系统。
具体实施例方式本发明的一个实施例是一种成网络的系统，所述系统具有多个集成或整合的设备，所述设备包括通过服务器相互连接或连通的导航装置和气体传感器。所述服务器包括数据库，在所述数据库中储存着输出数据。每个设备包括带有处理单元的计算机，所述处理单元能够处理来自传感器的数据，所述传感器用于优选在封闭的光学路径中，特别优选在光学紫外线多路配置或布置中探测气体，这里配置或布置例如White cell (怀特单元)，
8Cavity Ring-Down (光纤腔衰荡)，htegrating Sphere (光积分球)或 Herriott cell (赫里奥特单元)。每个设备可以将这类信息与导航系统整合或集成起来，以提供信息包，所述信息包表示在任何时刻与气体传感器的地理位置相联系的各种污染物程度或水平。作为被提请注意的传感器优选是紫外线(UV)分光计或光谱仪，所述传感器探测， 但并不限于一氧化氮，二氧化氮，二氧化硫，臭氧，氨，硫化氢，苯，甲苯，(间、邻、对)二甲苯，异丁烯，亚硝酸，氟化氢，汞，苯乙烯，二硫化碳，甲醛，乙醛，苯酚，(间、邻、对)甲酚，氯苯，二氯苯，盐酸，氢酸，溴化氢，二氧化氯，氯，碳酰氯，乙苯，丙烯腈，1，2，4-三甲基苯，1,3, 5-三甲基苯以及其它物质或化合物。图2示出UV分光仪的示意性配置，所述配置具有紫外线源，所述紫外线源经过闭合路径的光学元件单元。气体经过光学部件腔室，且通过分光仪接收到最终的光谱图像。然后，可以对这一信息进行处理以利用处理算法分析所述气体的成分或组分，例如构成的化学物质以及这些化学物质的含量。为了探测这些气体，需要创建用于每种气体的光谱的参照“库”，使得气体的特有特征(或独特标志)能够被识别和定量(或量化)。吸收UV光的任何数量的气体都可以被添加到所述(光谱参照)库中，以便提供用于广大范围的污染物探测的基础。这种方法的总体上的优点在于这类装置具有超出气体的初始配置组的范围的可扩展的能力。能够针对事件的特殊性进行调整的可配置的装置在长期传感器网络的部署中是一种所希望的特质。形成网络的设备可以在特定区域附近被放置在各固定位置，但优选是可移动的和附接到移动工具或车辆上。图3示出了记录污染物程度用于生成地图的安装到车辆上的单元的代表。每个车辆具有安装在其顶部的小的UV光谱气体分析仪。关于局部污染程度的信息被送回到中央服务器，然后所述中央服务器产生污染物成分和程度的视觉地图。各个测量设备优选通过临时或特别(ad hoc)通讯系统被一起组合成网，这些特别系统作为固定的基本设施(或基础构建)系统的补充或替代。这使得数据传送变得容易，即使在固定的接收器并不容易进行有效的数据传递的情况下。在城区环境中在GSM/GPRS便携式无线电话网络上数据是容易传送的。最为优选的是多跳分布式临时网络(multi-hop ad hoc network)，由此，信息可以被储存在设备中，且随后被传递到在有可能时为基础(as and when basis)的接收器。每个设备能够起连接或接合发送器和接收器的作用，以允许多个数据包的传递。还设置有用于追踪由UV分光仪所探测到的气体的位置的导航系统。在这种情况下，所述导航系统优选地结合一个或多个环球定位系统(GPS) (Glottal Positioning System)接收器和惯性测量单元系统(IMU) (Inertial Measurement Unit System)/惯性导航系统(1赂)(Inertial Navigation System)，其连接到计算机或者嵌入式微处理器单元。分布的传感器网络自然地将它们自己出借给临时WiFi网络，但也可以使用诸如 WiMax的基本设施网络。这些系统能够使用Bluetooth(蓝牙)，GPRS，3G或上面的用于混合模式数据传递的系统的组合。精确的制图的生成只能通过硬件配置且本发明的优点和效益是基于高质量的数据传递的生成，而不是关注所获得的数据的后续处理。在本发明的优选实施例中，传感器所探测到的数据被打包并经过适合的非有线连接的构建体系，或直接或经相邻的节点构成的线路来进行传递。间歇的临时WiFi是这种传递的优选的选择。然而，如上所解释的，系统的稳固性随着通讯技术的混合应用而得到改进。在本发明中，地图要被理解成不仅形成地理位置的表达，而且是能形成所测量的现象的图形或数字化表达的任何系统，这些表达包括与地理位置相联系的例如条形图或数字读数。在服务器上的中央数据库进而能够或者通过将信息铺放在地理地图上以视觉形式直接利用所述数据，或者与向团体或个人发出以SMS为基的警报整合在一起，或者与用于增强的精确度的分散的建模(或模型化)包相耦合(或相联系)，等等。分散的模型常常以污染库存清单为基并不精确的接近实际污染程度，但可以用来自用于精确结果的数据库的数据进行完善。如果需要被监测的污染或散发事件发生，带有多个传感器或设备的所述传感器网络可以通过中央登录服务器集中改变其行为或工作，以便能够测量污染事件，例如开动的工厂，正进入港湾的船舶，TIC释放，CffA攻击等等的突发的气体烟雾流。如所提及的，本发明的一个优选的方面就是GPS和惯性测量单元(IMU) /惯性导航系统(INS)数据的整合或集成。GPS信号被用于修正(或改正)或校准来自惯性测量单元 (IMU)/惯性导航系统(INS)的信息。IMU/INS系统包括许多传感器，以测量沿多个轴线的加速度。典型地IMU/INS系统将包括一系列相互正交的线性和旋转加速度，但是附加的传感器(或IMU/INSs)可以用来读数。IMU/INS提供高频加速度/转动速率(或速度)数据， 这些数据与GPS测量是松散或紧密联系(或耦合)或者超紧密联系(或耦合)的。IMU/INS 系统能够提供用于短时段并如所讨论的那样的精确的信息。GPS系统由于局部地理位置特点或构造可能有阻塞卫星信号的问题。长期而言，GPS给出能够用来连续地重设IMU/INS系统导航系统的无漂移位置(drift-free position)，或更优选地通过数学算法，例如Kalman过滤器，与IMU/INS数据相联系(或耦合)οGPS数据主要以经纬格式设置。对于某些应用来说，像地图重叠或人工速度计算， 需要将数据投影并转换成米制(或线性单位)。对于中等或大比例尺单张地图或其它地图所投影的座标在数字上被保持在高精度，对于地表的实际形状给予应有的注意是必须的。 即使存在有几个有效的投影，最常用的将地形角度转换成米制的方法之一就是墨卡托(投影)平面直角坐标系(Transverse Mercator ftOjection)。这种投影将经纬数据转换为米制东向值(metre esating)禾口米制北向值(metre northing)。GPS系统为了解决三维位置需要四个被追踪的卫星，其中也能解决第四时间的不确定性。用少于有效的四个卫星，不可能完成独立的三维GPS定位。卫星数量变化的城区， 树木覆盖的或形成隧道的环境(或定点位置)增加了单独从GPS定位的不确定性。如所提及的，所述GPS系统能够与IMU系统形成相互关联，以提供更加精确的位置绘图。从六个线性和旋转加速度传感器，如所述整个IMU/INS系统的部分，收集的测量数据通过捷联算法来进行数字上的编辑。所述算法的目的就是要提取加速度数据并得出位置数据。诸如通过Kalman过滤器的IMU/INS捷联方法能够被应用以将来自包括IMU/INS系统的传感器的测量中的每一个测量相结合。从IMU/INS获得的数据是呈三维正交加速度的形式(x、y和ζ)和一个记录在ζ轴上的旋转的角速度(航行陀螺仪速率(yaw gyro rate))。 由IMU/INS提供的数据通常是处在非常高的速率。图7示出了 IMU/INS捷联方法。这个数据可以进行操控并积分(或整合)以产生可与从GPS方案获得的数据相匹敌的速度图形(或曲线)。从IMU/INS获得的所述速度图形验证GPS速度图形(或曲线)并“填充间隙”， 所述间隙是因GPS松散的接收时而造成的。然而，从加速度到速度的积分算法(或综合算法)不是直接的，且需要噪音过滤和几次修正。这些数据能够被耦合或联系的阶段(或步骤)取决于所使用的积分(或整合)的完善程度，其中实际误差和测量的误差需要被考虑。 与任何IMU单元相关联的主要误差是恒定误差、比例因素和漂移。恒定误差指的是在传感器中的各种缺陷引起的惯性传感器所产生的测量上的偏移。比例因素指的是输出信号和其正在测量的数量之间的关系，这表现为例如每秒每度多少毫伏。漂移指的是在传感器或系统中随时间累积的误差的速率(或速度)。仅基于IMU/INS数据的定位系统在只几分钟的时间内不能对速度图形进行识别，甚至对于优质的IMU/INS而言也是如此。其它类型的误差与所述单元内的温度变化以及在安装时的非正交性相关联。所述单元的轴(或轴线)在安装时不可以完全与测量的车辆的轴(或轴线)对准。所述单元的振动也将误差引入到所记录的需要过滤的测量中。除了误差过滤之外，存在着一种对测量进行修正的需要，以免重力和离心力的影响。所述IMU单元记录重力场的加速度。这意味着当静止不动时，所述单元在正向ζ 轴(或轴线)记录重力加速度，如果轴线被正确地对准且所述单元垂直于地板(或地面) 的话。由于所述单元是被卡持在车辆上，当它由于车辆向前运动而倾斜或摇晃，和/或振动时，重力矢量就不再对齐ζ轴线。因此，重力加速度矢量现在被分解到ζ和χ或y (或者两者)上，这取决于车辆正经历的状况(如果车辆正在摇晃就分解到y，而如果车辆正在颠簸就分解到χ)。需要的其它修正是当车辆转弯时离心力对测量的影响。当车辆正在沿急转弯转向时，所述单元由于离心力而经受加速度。这个力与当乘坐以高速急转弯的车辆上的经历是相同的，这种急转弯使得乘客移到曲线上的侧边。如果将IMU/INS装设在车辆的重心的中心当实施测量时能够使来自这个力的修正的固有误差为最小。这将消除由于离心力增强的杠杆效应，其中IMU/INS和车辆的重心的中心之间的距离起着重要的作用。然而，不可能多次将所述单元装设在重力的中心且它一定是被装设在最为方便的地方。因此，根据由所述单元测量的航行陀螺仪速率需要用于离心力的修正。当用于载装所述传感器的车辆的分析测量时这种修正就更为重要。由于IMU/INS被固定到载装的车辆上，当它沿特定的轨迹移动时它的轴线将保持与车辆的轴线相同。然而，IMU/INS的座标系统将在绝对的参照系中不停地转动。这可以由用于2D(二维)情况的航行陀螺仪速率来决定，其中它只是沿ζ轴线旋转。对于3D(三维)更一般的情况，应当使用Euler角。这些角度使得能够从一个坐标系向另一个坐标系进行矢量的转换，且这是基于三个关于不同的轴线的成功的旋转。Euler角(Φ，θ和ψ) 定义如下关于坐标χ轴转过Φ角关于坐标y轴转过θ角关于坐标ζ轴转过Ψ角由于Euler角的物理意义，这种类型的表达是普遍采用的，所述Euler角对应于将会通过在稳定平台的惯性导航系统中的三个万向节组之间的角度传感器(或拾取器)测量的角度。考虑到Euler角理论，万向节速率(或速度)之间的关系((1Φ/dt，d θ/dt和d
权利要求
1.一种用于绘制大气中的环境因素地图的系统，所述系统具有一个或多个可移动的探测设备，其中，每个所述探测设备包括用于探测大气中的环境因素的传感器，所述传感器提供与大气样本有关的数据； 用于追踪所述传感器的地理位置和所述样本被提取的时间的导航系统； 能够处理数据的处理单元；所述处理单元与所述传感器和所述导航系统耦合，以便提供每个样本的地理位置和时间；所述系统还包括含有数据库的服务器，在所述数据库中来自每个设备的数据被储存， 且任选地进行处理，其特征在于，所述导航系统包括第一导航装置和第二导航装置，其中， 所述第一导航装置包括GPS系统，而所述第二导航装置包括独立运行的定位系统，其中，所述第一导航装置和所述第二导航装置是数据耦合的，且其中每一个系统相互地通知另一个系统且提供精确的、连续地被提炼且修正的位置数据以及任选的速度数据。
2.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一导航装置包括一个或多个GPS接收器，而所述第二导航装置包括除GPS系统之外的定位系统。
3.按照权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述第二导航装置包括IMU/INS系统。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，所述耦合的导航系统提供位置，方向和速度数据，方式是所述传感器或与所述环境因素相关的数据能够动态地受到操控，以便提供最佳的数据。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述数据的处理可以立刻或在随后任何时候来进行。
6.按照权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于，所述传感器选自下列组中， 所述组包括紫外线分光仪，紫外光分光仪，红外线分光仪或者它们的组合。
7.按照权利要求6所述的系统，其特征在于，所述分光仪在160-500nm的波长范围内进行探测。
8.按照权利要求1至7中任一项所述的系统，其特征在于，所述传感器数据在动态变量样本时间段内进行收集。
9.一种用于在环境因素的分析中使用的装置，所述装置包括用于探测大气中的环境因素的传感器，所述传感器提供与大气样本有关的数据； 用于追踪所述传感器的地理位置和所述样本被提取的时间的导航系统； 能够处理数据的处理单元；所述处理单元与所述传感器和所述导航系统耦合，以便提供每个样本的地理位置和时间；
10.按照权利要求9所述的装置，其特征在于，所述传感器包括分光仪。
11.按照权利要求10所述的装置，其特征在于，所述分光仪探测160-500nm的波长范围。
12.按照权利要求9至11中任一项所述的装置，其特征在于，所述导航系统是紧密耦合的 GPS-IMU/INS 系统。
13.一种用于产生环境因素的实时区位信息的方法，所述方法包括提取大气样本并在分光仪中分析所述样本；提取所述大气样本被提取情况下的地理位置并将这一地理信息与时间信息相耦合，以提供非常精确的取样点的时间和位置；将所述位置，时间和分析结果结合到数据包中并将所述数据包传送到服务器；分析所述大气样本的所述信息从而提供环境因素的水平的数据；将所述环境因素的所述数据与实时位置数据进行整合，从而提供所述环境因素的实时区位；其特征在于，从导航系统产生所述地理信息，所述导航系统包括第一导航装置和第二导航装置，其中，所述第一导航装置包括GPS系统，而所述第二导航装置包括独立运行的定位系统，其中，所述第一导航装置和所述第二导航装置是数据耦合的，且其中每一个系统相互地通知另一个系统且提供精确的、连续地被提炼且修正的位置数据和任选的速度数据。
14.按照权利要求13所述的方法，其特征在于，所述耦合的导航系统提供位置，方向和速度数据，方式是所述传感器或与所述环境因素相关的数据能够动态地受到操控，以便提供最佳的数据。
15.按照权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述数据包通过无线通讯网络被传送到中央服务器，用于数据储存，显示和分析。
16.按照权利要求1所述的系统或按照权利要求9所述的装置，其特征在于，所述系统或所述装置附加有装置，以收集风速数据，其中所述风速数据与所述地理区位数据结合起来使用，以预测所述环境因素的分布状态。
全文摘要
优选使用紫外线分光仪的设备和系统，该设备和系统用于动态和连续探测和定量化学物质，特别是污染物的范围，并且产生实时显示或地图，以显示在环境中的化学物质的水平。通过提供将大气中的污染物的细节与非常精确的位置结合的数据包，能够提供污染的实时地图。
文档编号G01N33/00GK102301230SQ200980151542
公开日2011年12月28日 申请日期2009年12月21日 优先权日2008年12月19日
发明者史蒂文·威尔金斯 申请人:达维斯技术有限公司