CN103954541A - 一种大气细颗粒物立体监测系统 - Google Patents
一种大气细颗粒物立体监测系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103954541A CN103954541A CN201410200459.6A CN201410200459A CN103954541A CN 103954541 A CN103954541 A CN 103954541A CN 201410200459 A CN201410200459 A CN 201410200459A CN 103954541 A CN103954541 A CN 103954541A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cloud
- particulate matter
- fine particle
- module
- terminal detector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 53
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 claims description 42
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 16
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 4
- 230000005619 thermoelectricity Effects 0.000 claims description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 abstract 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 7
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 206010058467 Lung neoplasm malignant Diseases 0.000 description 1
- 208000034189 Sclerosis Diseases 0.000 description 1
- 206010047115 Vasculitis Diseases 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 description 1
- 208000006673 asthma Diseases 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 108010018532 geographutoxin II Proteins 0.000 description 1
- 230000008821 health effect Effects 0.000 description 1
- 208000019622 heart disease Diseases 0.000 description 1
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 1
- 201000005202 lung cancer Diseases 0.000 description 1
- 208000020816 lung neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 208000019553 vascular disease Diseases 0.000 description 1
- 230000004304 visual acuity Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
一种大气细颗粒物立体监测系统，包括：气象系留气球上挂载云终端检测器，云终端检测器内置有无线通讯管理模块，以及采用光散射法测量细颗粒物模块；云中心计算机服务器，内置有采用光散射法和称重法测量细颗粒物模块，以及无线发射模块；由云终端检测器内置的无线通讯管理模块和云中心服务器内置的无线发射模块进行双向通讯。本发明还公开了利用上述装置进行大气细颗粒物立体监测的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种对大气中细颗粒物进行监测的监测系统。
本发明还涉及利用上述监测系统进行细颗粒物立体监测的方法。
背景技术
大气中的细颗粒物对人体及气候环境具有显著的危害，尤其是细颗粒物造成的雾霾污染是目前影响全国环境质量的重要因素。空气中的细颗粒物可引起哮喘、肺癌、心血管疾病、残疾儿、过早死亡等疾患。细颗粒物可穿透肺的气体交换器官，引起脉管炎、动脉硬化、心脏病和其他血管疾病。空气中污染物浓度分布除了与污染源的分布和源强大小有直接关系外，还与城市边界层中大气污染物的垂直剖面特征及变化规律有关，因此细颗粒物在大气垂直方向的分布是不均匀的。随着各地城市化的进一步发展，污染物排放状况、边界层结构以及人们居住环境等因素不断变化，高层建筑、超高层建筑不断涌现，人们活动的范围逐渐从单一平面发展到近地层空间，研究大气污染物在近地层不同高度的垂直分布状况日趋重要。大气污染物在近地层各高度浓度分布对人们的健康影响具有直接关系，而目前环保、气象等相关部们的监测都只局限于地面，并不了解不同高度的污染物分布，因此了解和研究污染物在此种过程中不同高度污染物的分布特征、形成机理具有重要意义。
目前市场销售和被业务研究部门认可的细颗粒物的检测方法有四种，即光散射法、β射线法、膜称重法和振荡天平法。四种方法中只有光散射法可以做到体积小重量轻，从而被系留气球携带升空。
光散射法可以现场直接显示浓度，且其体积小、重量轻、反应快、操作简便、噪声低、稳定性好，因此本发明选用的光散射法作为云终端检测模块的方法。光散射法是通过测量颗粒物受光照射后所发出的散射光信号的大小来测量颗粒物的质量浓度。该法是利用Mie散射理论及颗粒物的各参量来反演颗粒物的数量浓度的。但光的散射与颗粒物浓度间的关系受到颗粒物的化学组成、形状、比重、粒径分布等诸多因素的影响，因此光散射系数和颗粒物质量浓度之间的定量关系随时都可能改变，这就需要不断地进行计算修正。如果采用光散射法，辅助相应的动态校准方法，将使数据时间分辨率得到很大的提高，可以获得分钟水平的监测数据。同时精度大大提高，检出限和精度理论上最高能接近真实值的90％以上，因此本发明利用云中心服务器通过无线方式对云终端光散射法检测器进行远程计算校准法进行质量浓度计算，由此可以得到一套经济，可行，立体，高分辨准确的细颗粒物实时在线检测系统，并可通过拓展云终端检测器的分布来增大监测范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大气细颗粒物立体监测系统。
本发明的又一目的在于提供一种大气细颗粒物立体监测方法。
为实现上述目的，本发明提供的大气细颗粒物立体监测系统，其包括：
气象系留气球上挂载云终端检测器，云终端检测器内置有无线通讯管理模块，以及采用光散射法测量细颗粒物模块；
云中心计算机服务器，内置有采用光散射法和称重法测量细颗粒物模块，以及无线发射模块；
由云终端检测器内置的无线通讯管理模块和云中心服务器内置的无线发射模块进行双向通讯。
所述的大气细颗粒物立体监测系统中，光散射法测量细颗粒物模块为SHARP颗粒物光散射传感器，型号为GP2Y1010AU0F；称重法测量细颗粒物模块为热电1400型细颗粒物监测仪。
所述的大气细颗粒物立体监测系统中，一个云中心服务器与多个气象系留气球和多个云终端检测器组成不同高度不同覆盖面积的基于云计算的观测系统。
本发明提供的利用上述监测系统进行大气细颗粒物立体监测方法，是将云终端检测器挂载于气象系留气球上，升空至指定高度后云终端检测器与云中心服务器同时工作，实现垂直高度的细颗粒物高分辨率的数浓度和质量浓度监测；
云中心服务器同时进行光散射法测量细颗粒物模块和称重法测量细颗粒物模块测量，将测量值进行运算得到转换计算方程或校准方程，向云终端检测器发出计算方程指令，云终端检测器接收到云中心服务器指令后，按指令的计算方法进行细颗粒物的单位转化计算，并将计算结果发回云中心服务器存储或演示，从而达到立体监测。
所述的大气细颗粒物立体监测方法中，一个云中心服务器与多个系留气球和多个云终端检测器组成不同高度不同覆盖面积的基于云计算的观测系统，实施立体在线精确观测大气细颗粒物的数浓度和质量浓度。
本发明的有益效果是，本发明对了解和研究污染物在此种过程中不同高度污染物的分布特征、形成机理具有重要意义，并大大降低了业务运行成本，可更广泛的布点得到更有代表性的数据。
附图说明：
图1是本发明的基于云计算的大气细颗粒物立体监测系统结构示意图。
附图中主要组件符号说明：
云中心服务器内置的光散射法测细颗粒物模块1，云中心服务器内置的称重法测细颗粒物模块2，云中心服务器3，无线发射模块4，云终端检测器5，气象系留气球6。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明：
本发明的基于云计算的大气细颗粒物立体监测系统主要由气象系留气球6、云终端检测器5和云中心服务器3组成，其中的云中心服务器3包括有：云中心服务器内置的光散射法测细颗粒物模块1、云中心服务器内置的称重法测细颗粒物模块2和无线发射模块4。
云终端检测器5使用光散射法测量细颗粒物(集成了SHARP颗粒物光散射传感器，型号：GP2Y1010AU0F)，并具备无线通讯管理模块，可以和云中心服务器3内置的无线发射模块4进行双向通讯。
云中心服务器3配备光散射法测量细颗粒物模块(集成了SHARP颗粒物光散射传感器1，型号GP2Y1010AU0F)和称重法测量细颗粒物模块(美国热电1400型细颗粒物监测仪2)以及和无线发射模块4以及和计算机管理单元，系统的运行原理是通过气象系留气球(GTXⅡ系留气球低空探测系统)携带云终端检测器5升空后对一定高度的大气细颗粒物进行在线监测，由云中心服务器3同时进行光散射法测量细颗粒物模块和称重法测量细颗粒物模块测量，将测量值进行运算得到转换计算方程或校准方程，向云终端检测器5发出计算方程指令，云终端检测器5接收到云中心服务器3指令后，按指令的计算方法进行细颗粒物的单位转化计算，计算结果发回云中心服务器3存储或演示，从而达到高分辨率的立体监测效果。本发明的系统可以在使用一个云中心服务器3的基础上增加多个系留气球6和多个云终端检测器5组成不同高度不同覆盖面积的基于云计算的观测系统实施高分辨率立体在线精确观测大气细颗粒物的数浓度和质量浓度。
本发明的运行原理是通过气象系留气球携带云终端检测器升空后对一定高度的大气细颗粒物进行在线监测，由于云终端检测器使用光散射法模块，但光散射系数与颗粒物浓度间的关系受到颗粒物的化学组成、形状、比重、粒径分布等诸多因素的影响，因此光散射系数和颗粒物浓度之间的定量关系随时都可能改变，这就需要不断地用标准方法进行校正。在本发明中，采用了由云中心服务器同时进行光散射法测量细颗粒物模块和称重法测量细颗粒物模块测量，将测量值进行运算得到转换计算方程或校准方程，向云终端检测器发出计算方程指令，云终端接收到云中心服务器指令后，按指令的计算方法进行细颗粒物的单位转化计算，计算结果发回中心服务器存储或演示，从而达到高分辨率的立体监测效果。由此形成了一套经济，可行的实时在线检测系统，其精度取决于细颗粒物在一定区域内的分布均匀程度。并可通过拓展云终端检测器的分布来增大监测范围。
Claims (5)
1.一种大气细颗粒物立体监测系统，其特征在于，包括：
气象系留气球上挂载云终端检测器，云终端检测器内置有无线通讯管理模块，以及采用光散射法测量细颗粒物模块；
云中心计算机服务器，内置有采用光散射法和称重法测量细颗粒物模块，以及无线发射模块；
由云终端检测器内置的无线通讯管理模块和云中心服务器内置的无线发射模块进行双向通讯。
2.如权利要求1所述的大气细颗粒物立体监测系统，其中，光散射法测量细颗粒物模块为SHARP颗粒物光散射传感器，型号为GP2Y1010AU0F；称重法测量细颗粒物模块为热电1400型细颗粒物监测仪。
3.如权利要求1所述的大气细颗粒物立体监测系统，其特征是，一个云中心服务器与多个气象系留气球和多个云终端检测器组成不同高度不同覆盖面积的基于云计算的观测系统。
4.一种大气细颗粒物立体监测方法，将云终端检测器挂载于气象系留气球上，升空至指定高度后云终端检测器与云中心服务器同时工作，实现垂直高度的细颗粒物高分辨率的数浓度和质量浓度监测；
云中心服务器同时进行光散射法测量细颗粒物模块和称重法测量细颗粒物模块测量，将测量值进行运算得到转换计算方程或校准方程，向云终端检测器发出计算方程指令，云终端检测器接收到云中心服务器指令后，按指令的计算方法进行细颗粒物的单位转化计算，并将计算结果发回云中心服务器存储或演示，从而达到立体监测。
5.如权利要求1所述的大气细颗粒物立体监测方法，其中，一个云中心服务器与多个系留气球和多个云终端检测器组成不同高度不同覆盖面积的基于云计算的观测系统，实施立体在线精确观测大气细颗粒物的数浓度和质量浓度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410200459.6A CN103954541B (zh) | 2014-05-13 | 2014-05-13 | 一种大气细颗粒物立体监测系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410200459.6A CN103954541B (zh) | 2014-05-13 | 2014-05-13 | 一种大气细颗粒物立体监测系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103954541A true CN103954541A (zh) | 2014-07-30 |
| CN103954541B CN103954541B (zh) | 2016-01-27 |
Family
ID=51331846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410200459.6A Expired - Fee Related CN103954541B (zh) | 2014-05-13 | 2014-05-13 | 一种大气细颗粒物立体监测系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103954541B (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104483248A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-04-01 | 中科宇图天下科技有限公司 | 一种区域颗粒物立体监测系统和方法 |
| CN104697826A (zh) * | 2015-03-30 | 2015-06-10 | 国家海洋局第三海洋研究所 | 大气垂直分布化学颗粒采集装置及其采样方法 |
| CN105157822A (zh) * | 2015-09-08 | 2015-12-16 | 重庆大学 | 一种由系留气球搭载的噪声采集系统 |
| CN105842136A (zh) * | 2016-05-09 | 2016-08-10 | 上海卫东信息科技有限公司 | 一种空气颗粒物浓度监控设备及其检测方法 |
| CN107290257A (zh) * | 2017-07-29 | 2017-10-24 | 山东诺方电子科技有限公司 | 一种自动化大气颗粒物监测设备 |
| CN108519312A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-09-11 | 重庆山楂树科技有限公司 | 用于检测气体颗粒的装置 |
| CN110470579A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-11-19 | 郑州航空工业管理学院 | 一种大气颗粒物监测装置及其使用方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020180972A1 (en) * | 1999-12-06 | 2002-12-05 | Ansari Rafat Razak | Particle sizing of flowing fluids, dispersion, and suspension |
| CN201788149U (zh) * | 2010-09-14 | 2011-04-06 | 北京环科环保技术公司 | 具有湿度校正的光散射式颗粒物在线监测仪 |
| CN102706780A (zh) * | 2012-06-14 | 2012-10-03 | 苏州苏净仪器自控设备有限公司 | 空气微小颗粒物监测仪器 |
| CN203824873U (zh) * | 2014-05-13 | 2014-09-10 | 中国科学院大气物理研究所 | 一种大气细颗粒物立体监测系统 |
-
2014
- 2014-05-13 CN CN201410200459.6A patent/CN103954541B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020180972A1 (en) * | 1999-12-06 | 2002-12-05 | Ansari Rafat Razak | Particle sizing of flowing fluids, dispersion, and suspension |
| CN201788149U (zh) * | 2010-09-14 | 2011-04-06 | 北京环科环保技术公司 | 具有湿度校正的光散射式颗粒物在线监测仪 |
| CN102706780A (zh) * | 2012-06-14 | 2012-10-03 | 苏州苏净仪器自控设备有限公司 | 空气微小颗粒物监测仪器 |
| CN203824873U (zh) * | 2014-05-13 | 2014-09-10 | 中国科学院大气物理研究所 | 一种大气细颗粒物立体监测系统 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104483248A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-04-01 | 中科宇图天下科技有限公司 | 一种区域颗粒物立体监测系统和方法 |
| CN104697826A (zh) * | 2015-03-30 | 2015-06-10 | 国家海洋局第三海洋研究所 | 大气垂直分布化学颗粒采集装置及其采样方法 |
| CN105157822A (zh) * | 2015-09-08 | 2015-12-16 | 重庆大学 | 一种由系留气球搭载的噪声采集系统 |
| CN105157822B (zh) * | 2015-09-08 | 2018-09-11 | 重庆大学 | 一种由系留气球搭载的噪声采集系统 |
| CN105842136A (zh) * | 2016-05-09 | 2016-08-10 | 上海卫东信息科技有限公司 | 一种空气颗粒物浓度监控设备及其检测方法 |
| CN107290257A (zh) * | 2017-07-29 | 2017-10-24 | 山东诺方电子科技有限公司 | 一种自动化大气颗粒物监测设备 |
| CN108519312A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-09-11 | 重庆山楂树科技有限公司 | 用于检测气体颗粒的装置 |
| CN110470579A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-11-19 | 郑州航空工业管理学院 | 一种大气颗粒物监测装置及其使用方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103954541B (zh) | 2016-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103954541B (zh) | 一种大气细颗粒物立体监测系统 | |
| CN203824873U (zh) | 一种大气细颗粒物立体监测系统 | |
| Blocken | LES over RANS in building simulation for outdoor and indoor applications: A foregone conclusion? | |
| CN103913405A (zh) | 一种基于车联网的细颗粒物浓度检测方法 | |
| Lee et al. | On the use of rotary-wing aircraft to sample near-surface thermodynamic fields: Results from recent field campaigns | |
| CN104483248B (zh) | 一种区域颗粒物立体监测方法 | |
| CN103234877A (zh) | 一种大气颗粒物粒径谱时空分布激光雷达数据反演方法 | |
| CN110726431A (zh) | 具多点空气质量侦测的污染源分析系统运作方法 | |
| CN105606499B (zh) | 悬浮颗粒物质量浓度实时检测装置及测量方法 | |
| Hansen et al. | Recent advances in wind turbine noise research | |
| Li et al. | Use of multi-rotor unmanned aerial vehicles for fine-grained roadside air pollution monitoring | |
| CN110095784A (zh) | 一种复杂环境影响下的海洋-低层大气激光传输建模方法 | |
| Wang et al. | Unmanned aerial vehicle-borne sensor system for atmosphere-particulate-matter measurements: Design and experiments | |
| WO2021129715A1 (zh) | 疏散区域计算方法、装置、电子设备和存储介质 | |
| KR20210050831A (ko) | 실시간 미세먼지 모니터링 시스템 및 그 방법 | |
| Cai et al. | The Foshan total lightning location system in China and its initial operation results | |
| Feng et al. | Effects of canopy and multi-epoch observations on single-point positioning errors of a GNSS in coniferous and broadleaved forests | |
| Mendes et al. | Development of a rainfall and runoff simulator for performing hydrological and geotechnical tests | |
| Dubey et al. | Evaluation of vertical and horizontal distribution of particulate matter near an urban roadway using an unmanned aerial vehicle | |
| CN110503348B (zh) | 一种基于位置匹配的个体空气污染暴露模拟测量方法 | |
| Mariani et al. | A multi-year evaluation of Doppler lidar wind-profile observations in the Arctic | |
| Song et al. | Spatial distribution of fine particulate matter in underground passageways | |
| Cuxart et al. | Spatial variability of the lower atmospheric boundary layer over hilly terrain as observed with an RPAS | |
| Chen et al. | Observations of atmospheric aerosol and cloud using a polarized Micropulse Lidar in Xi’an, China | |
| Wang et al. | Investigation of aerosol properties and structures in two representative meteorological situations over the Vipava valley using polarization Raman LiDAR |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Sun Yang Inventor after: Wang Yuesi Inventor after: Sun Baolai Inventor before: Sun Yang Inventor before: Wang Yuesi |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20160825 Address after: 232000 Taining, Huainan, Shannan New District Atmospheric Environment Technology Industrial Park Patentee after: ANHUI KEZHEN ATOMOSPHERIC ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY CO., LTD. Address before: 100029 Beijing city Chaoyang District Street Dewai Qi Jia Huo Zi Kegon Village No. 40 Patentee before: Inst. of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170302 Address after: 100020 Beijing city Chaoyang District Desheng outside Qi Jia Huo Zi Hua Yan Li Patentee after: Inst. of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences Address before: 232000 Taining, Huainan, Shannan New District Atmospheric Environment Technology Industrial Park Patentee before: ANHUI KEZHEN ATOMOSPHERIC ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY CO., LTD. |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160127 Termination date: 20170513 |