[发明专利]一种基于激光雷达的烟羽通量测量方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于激光雷达的烟羽通量测量方法及装置。本发明通过扫描式差分吸收激光雷达PPI扫描来获取烟羽位置，实现烟羽位置的准确定位。采用单台扫描式激光雷达就能够测量风场信息和目标气体浓度信息。在测量得到目标气体烟羽的背景风场信息后，获取烟羽准确的截面信息，得到烟羽截面的浓度信息。通过将烟羽高度处的三维风速投影到烟羽截面，可以计算得到准确的烟羽通量。与现有技术相比，本发明采用单台激光雷达就能精确测量定位烟羽位置，获取每个烟羽截面的风速和截面对应的法向风速，大大提高了烟羽通量的计算精度和准确度，为目标气体排放的精准溯源提供有力保障，对大气污染防治具有重要意义。

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种基于激光雷达的烟羽通量测量方法及装置。

背景技术

大气气体成分遥感对气象气候研究、污染物监测和大气光化学反应研究等有重要意义。

目前的大气气体成分测量主要依靠原位测量设备和激光雷达，虽然原位测量技术能够获得高精度的多种气体成分，但是无法获得三维空间分布的气体成分测量，难以定位气体污染的源头和气体的传播过程，激光雷达是实现大气气体成分三维遥感的有效途径。

气体探测激光雷达主要采用差分吸收激光雷达、路径积分差分吸收激光雷达和高光谱分辨激光雷达。差分吸收激光雷达选用两个波长的激光，一个位于待测气体吸收截面强的位置，另一个位于待测气体吸收截面弱的位置。

现有技术存在以下缺陷：现有的激光雷达测量气体时，无法准确追踪准确地追踪污染气体的源头，也无法定量计算污染气体的排放情况。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于激光雷达的烟羽通量测量方法，能够准确地锁定烟羽位置，并在烟羽下方扫描得到精确的风场信息和烟羽浓度信息，进而测量烟羽的三维通量；

进一步地利用本发明从而精确测量目标气体的排放量，为污染气体精准溯源提供科学依据。

本发明是这样实现的，一种基于激光雷达的烟羽通量测量方法，包括：

S1、利用扫描式差分吸收激光雷达进行PPI扫描，根据扫描结果获取目标烟羽位置信息；

S2、根据目标烟羽的位置信息，将扫描式差分吸收激光雷达放置在目标烟羽的下方；

S3、获取目标烟羽位置的风场信息，所述风场信息包括风速和风向；

S4、利用扫描式差分吸收激光雷达进行RHI扫描；其中RHI扫描包括：以预设的仰角A和方位角B范围，在规定的扫描时段内，按预设的时间间隔和角度间隔对目标测量区域进行雷达扫描；其中，所述方位角B固定在预设的角度，所述仰角A随时间变化，0＜A≤90°，0＜B≤360°；

S5、获取每次RHI扫描对应的回波信号，并依据各个所述回波信号，利用预设的差分吸收算法计算扫描范围内目标气体的浓度分布；

S6、根据所述目标气体的浓度分布，筛选出目标气体的浓度高于预设的阈值的区域作为烟羽截面；

S7、根据所述风场信息计算所述烟羽截面的法向速度；

S8、根据烟羽截面上的气体浓度分布和法向速度计算目标气体的烟羽通量。

进一步的，步骤S1，利用扫描式差分吸收激光雷达进行PPI扫描，根据扫描结果获取目标烟羽位置信息，包括：

S11，利用扫描式差分吸收激光雷达进行PPI扫描；PPI扫描包括：以预设的仰角和方位角范围对目标平面进行扫描；其中，所述仰角A固定在预设的角度，所述方位角B按预定的角度间隔改变；0＜A＜10°；0＜B＜180°；

S12，获取每次PPI扫描对应的回波信号，并依据各个所述回波信号，计算目标参数在目标平面的分布；