基于大视场成像光谱仪的点污染源排放通量测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于大视场成像光谱仪的点污染源排放通量测量方法，利用差分吸收光谱算法分析计算出污染气体斜柱浓度，利用辐射传输模型将斜柱浓度转换为垂直柱浓度VCD，根据污染气体柱浓度在距离上的分布，确定烟羽宽度W烟，烟羽截面浓度V=VCD×W烟；在T1时刻测量污染气体垂直柱浓度，并记录特征值所在的位置S1；其次，在T2时刻测量污染气体垂直柱浓度，并寻找记录T1时刻记录的特征值此时所在的位置S2；根据上述记录，计算出烟羽排放速度V烟。本发明一为烟羽截面浓度测量，二是烟羽排放速度测量，最终两者测量结果相乘即为点污染源排放通量，结构简单，误差小，测量精确度高，高效。
【专利说明】基于大视场成像光谱仪的点污染源排放通量测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及环境监测【技术领域】，尤其涉及一种基于大视场成像光谱仪的点污染源排放通量测量方法。
【背景技术】
[0002]按排放污染物的空间分布方式，可分为点污染源和面污染源。点污染源指在较小面积范围排放污染物的单独污染源。污染源排放通量或污染源清单数据需要及时掌握和更新，便于环境保护管理部门掌握真实环境状况，制定合理可行的减排方案，确保良好的环境质量。
[0003]目前对于点源排放通量常规方法有以下两种，一种是在烟?上安装检测仪器测量排放污染物入S02等的浓度，同时测量烟?的排放速度，最终得到排放通量；另一种为通过调查掌握点排放源的能源消耗量S (如，燃煤多少吨，哪种类型煤)，然后用能源消耗量乘以特定生产条件下污染排放因子K (即排放量/单位能源量，如:每吨煤排放多少S02、* NO2,这可以通过实验或方献获取)，获得点源排放通量。 [0004]这种传统点污染源排放通量的获得需要较耗时费力，第一种安装维护成本较高；第二种，调查所获数据的误差不确定性很大，特别是在经济发展快的地方，数据需要不断更新，这都使得点污染源排放通量的及时获得成为一个难题。
[0005]目前有利用光学遥感方法获取污染源排放通量的报道，如被动差分吸收光谱测量烟羽装置，其的原理如图1所示。在所要测量的面污染源的下风向，采用移动平台(如:汽车)载着差分吸收光谱系统，垂直于风向对烟羽剖面进行扫描测量，通过差分吸收光谱解析方法分析得到烟羽的垂直柱密度(VCD)，已知风向、垂直于运动方向的风速(νΛ, I)和车速(V￥)和扫描整个烟羽的时间(At)，则单位时间内污染物的排放通量可由下式表示:
[0006]Flux=VCD.V 车.V 风,丄.At
[0007]该装置一般利用汽车为移动平台，在烟羽下风向通过汽车运动进行扫描，然后结合风向(并需要假定烟羽的排放速度等于风速)，可以得到点源的排放通量。这种方法相比传统的方法，具有高效、快速等优点，但同样存在不足，主要为以下两点:第一，需要移动平台(汽车)，而且需求选择合适的测量路径，给测量带来限制；第二，需要测量风速，一般采用地面风速，而地面风速跟几百米高的烟羽的速度存在偏差，有时会给计算结果带来100%的误差，严重影响着测量准确度。
【发明内容】
[0008]本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于大视场成像光谱仪的点污染源排放通量测量方法。
[0009]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0010]一种基于大视场成像光谱仪的点污染源排放通量测量方法，包括有旋转平台、成像光谱仪和反射式大视场镜头，所述的成像光谱仪安装在旋转平台上，反射式大视场镜头安装在成像光谱仪上，转动旋转平台，使成像光谱仪狭缝长度方向垂直于烟羽排放方向，成像光谱仪大视场覆盖烟羽截面，测量视场角度内的经过烟羽的太阳散射光信号，根据污染气体的吸收，利用差分吸收光谱算法分析计算出污染气体斜柱浓度，利用辐射传输模型将斜柱浓度转换为垂直柱浓度VCD，根据污染气体柱浓度在距离上的分布，确定烟羽宽度Ww，烟羽截面浓度V=VCDXWw;再次转动旋转平台，使成像光谱仪狭缝长度方向平行于烟羽排放方向，在T1时刻测量污染气体垂直柱浓度，并记录特征值所在的位置S1 ;其次，在T2时刻测量污染气体垂直柱浓度，并寻找记录Tl时刻记录的特征值此时所在的位置S2 ;根据上述记录，计算出烟羽排放速度V’
[0011]V烟=(S2-S1V(T2-T1)
[0012]最后计算出点污染源排放通量Flux=VX V烟。
[0013]本发明的优点是:本发明一为烟羽截面浓度测量，二是烟羽排放速度测量，最终两者测量结果相乘即为点污染源排放通量，结构简单，误差小，测量精确度高，高效。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为差分吸收光谱计算污染气体柱浓度原理图。
[0015]图2为本发明中的结构示意图。
[0016]图3为测量烟羽截面浓度原理图。
[0017]图4为测量烟羽排放速度原理图。
[0018]图5为Tl时刻垂直柱浓度在距离上的分布示意图。
[0019]图6为T2时刻垂直柱浓度在距离上的分布示意图。
【具体实施方式】
[0020]一种基于大视场成像光谱仪的点污染源排放通量测量方法，如图2所示，包括有旋转平台1、成像光谱仪2和反射式大视场镜头3，所述的成像光谱仪2安装在旋转平台I上，反射式大视场镜头3安装在成像光谱仪2上，如图3所示，转动旋转平台I，使成像光谱仪2狭缝长度方向垂直于烟羽4排放方向，成像光谱仪2大视场覆盖烟羽4截面，测量视场角度内的经过烟羽4的太阳散射光信号，根据污染气体的吸收，利用差分吸收光谱算法分析计算出污染气体斜柱浓度，利用辐射传输模型将斜柱浓度转换为垂直柱浓度VCD，根据污染气体柱浓度在距离上的分布，确定烟羽宽度Ww，烟羽截面浓度V=VCDXWw ;如图4所示，再次转动旋转平台1，使成像光谱仪2狭缝长度方向平行于烟羽4排放方向，如图5、6所示，在T1时刻测量污染气体垂直柱浓度，并记录特征值所在的位置S1 ;其次，在T2时刻测量污染气体垂直柱浓度，并寻找记录Tl时刻记录的特征值此时所在的位置S2 ;根据上述记录，计算出烟羽排放速度V’
[0021]V烟=(S2-S1)/ (T2-T1)
[0022]最后计算出点污染源排放通量Flux=VX V烟。
【权利要求】
1.一种基于大视场成像光谱仪的点污染源排放通量测量方法，其特征在于:包括有旋转平台、成像光谱仪和反射式大视场镜头，所述的成像光谱仪安装在旋转平台上，反射式大视场镜头安装在成像光谱仪上，转动旋转平台，使成像光谱仪狭缝长度方向垂直于烟羽排放方向，成像光谱仪大视场覆盖烟羽截面，测量视场角度内的经过烟羽的太阳散射光信号，根据污染气体的吸收，利用差分吸收光谱算法分析计算出污染气体斜柱浓度，利用辐射传输模型将斜柱浓度转换为垂直柱浓度VCD，根据污染气体柱浓度在距离上的分布，确定烟羽宽度W?，烟羽截面浓度V=VCDXWw;再次转动旋转平台，使成像光谱仪狭缝长度方向平行于烟羽排放方向，在T1时刻测量污染气体垂直柱浓度，并记录特征值所在的位置S1 ;其次，在T2时刻测量污染气体垂直柱浓度，并寻找记录Tl时刻记录的特征值此时所在的位置S2 ;根据上述记录，计算出烟羽排放速度V’
V烟=(S2-S1V(T2-T1) 最后计算出点污染源排 放通 量Flux=VXVwtj
【文档编号】G01N21/31GK103543112SQ201310485523
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月16日 优先权日:2013年10月16日
【发明者】司福祺, 窦科, 周海金, 江宇, 李传新, 黄书华 申请人:中国科学院安徽光学精密机械研究所