CN109187412A - 一种激光扫描大气环境网格监测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种激光扫描大气环境网格监测方法，包括以下步骤：将若干台激光扫描装置进行无缝隙拼接；每一激光扫描装置以激光为发射光源将激光射到大气中；采集后向散射光的信号；将后向散射光的信号转化为电信号并进行放大处理；通过数据分析，将所述电信号转换为图谱并显示。本发明由多台激光扫描装置拼接形成，通过此激光扫描大气环境网格监测系统，不仅可以立体精准监测目标区域污染物浓度，结合GIS地理信息，图形化展示各个交通主干道上空、工业园区、居民生活区、厂区等敏感地区颗粒物的空间分布特征，而且可以形成多层不同高度平面构成的立体系统，反算出污染源扩散速度方位，为污染物排放定期监管提供技术支持。
Description
技术领域
本发明涉及激光探测领域，具体涉及一种激光扫描大气环境网格监测方法及系统。
背景技术
环境污染防治已被国家列为重点工作，大气污染防治尤为重要，因为它直接关系到每个人的身心健康。大气污染监测设备种类很多，国家及地方政府引进了各种先进监测技术手段，并在全国范围内建设了大量的空气质量监测站点。但是当前空气质量监测站点监测出来的数据只能代表监测站附近区域的空气质量，并不能直接探测出污染来源及污染物空间分布。基于激光雷达在大气探测方面的优越性，激光雷达立体探测技术得到快速推广应用。通过颗粒物激光雷达的高实效性、大空间尺度探测，可快速发现城市区域污染源分布情况以及不同高度层污染分布情况，实现对城市区域空气质量的综合立体评估。但是一般激光雷达对运行环境要求较高，成本较高，还需要专人维护，不利于长期过程监测，且单独激光雷达监测区域有限，因此，研究一种低成本激光扫描大气环境网格监测系统具有十分重大的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种无缝隙全覆盖的激光扫描大气环境网格监测方法及系统。
为实现上述目的，本发明的一种技术方案是提供一种激光扫描大气环境网格监测方法，包括以下步骤：将若干台激光扫描装置进行无缝隙拼接；每一激光扫描装置以激光为发射光源将激光射到大气中；采集后向散射光的信号；将后向散射光的信号转化为电信号并进行放大处理；通过数据分析，将所述电信号转换为图谱并显示。
进一步的，所述将若干台激光扫描装置进行无缝隙拼接的步骤具体包括：采用立体网络布点方式将若干台激光扫描装置进行无缝隙拼接。
进一步的，所述数据分析采用的是相关反演算法。
进一步的，所述激光的波长为635nm、650nm、670nm和685nm中的一种。
为实现上述目的，本发明的另一种技术方案是提供一种激光扫描大气环境网格监测系统，包括：若干台无缝隙拼接的激光扫描装置，其中，每一激光扫描装置进一步包括：激光发射模块，所述激光发射模块用于以激光为发射光源将激光射到大气中；光学接收模块，所述光学接收模块用于接收后向散射光的信号；信号采集模块，所述信号采集模块用于将后向散射光的信号转化为电信号并进行放大处理；数据分析模块，所述数据分析模块通过数据分析，将所述电信号转换为图谱；显示模块，所述显示模块用于显示所述图谱。
进一步的，所述激光发射模块包括：激光器和用于向所述激光器供电的激光器电源。
进一步的，还包括滤光片，所述滤光片设置在所述激光器前端，以保留红外光进入，避免其他光线干扰。
进一步的，所述的光学接收模块包括望远镜，所述望远镜的类型为卡塞格林望远镜。
进一步的，所述的信号采集模块包括采集卡和光电倍增管，采集卡用于采集微弱光信号，光电倍增管用于将微弱的光信息转换成电信号并进行采集处理。
进一步的，所述的数据分析模块包括模数转换模块和算法分析模块，所述模数转换模块对所述电信号进行模数转换，以获得数字信号，所述算法分析模块通过相关反演算法将所述数字信号转换为可读性高的扫描图。
本发明一种激光扫描大气环境网格监测方法及系统具有以下有益效果；本发明由多台激光扫描装置拼接形成，完成无缝隙全覆盖的在线立体监测。通过此激光扫描大气环境网格监测系统，不仅可以立体精准监测目标区域污染物浓度，结合GIS地理信息，图形化展示各个交通主干道上空、工业园区、居民生活区、厂区等敏感地区颗粒物的空间分布特征，而且可以形成多层不同高度平面构成的立体系统，反算出污染源扩散速度方位，为污染物排放定期监管提供技术支持。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
图1为本发明一种激光扫描大气环境网格监测系统实施例中单台激光扫描装置的工作原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
如图1所示，图1为本发明一种激光扫描大气环境网格监测系统实施例中单台激光扫描装置的工作原理图。在本实施例中，系统包括若干台无缝隙拼接的激光扫描装置，其中，每一激光扫描装置进一步包括激光发射模块、光学接收模块、信号采集模块5、数据分析模块6，显示模块等组成的一种低成本红外激光扫描装置，其中，激光发射模块用于以激光为发射光源将激光射到大气中，激光束在大气中遇到空气分子、大气气溶胶等成分发生散射、吸收等作用。光学接收模块用于接收后向散射光的信号，信号采集模块用于将后向散射光的信号转化为电信号并进行放大处理，数据分析模块通过数据分析，将所述电信号转换为图谱，显示模块用于显示所述图谱。
在一个更具体的实施例中，激光扫描装置中的激光发射模块包括激光器2 和用于向所述激光器供电的激光器电源1。激光器2以激光为发射光源将激光射到大气中，其中，后向散射光经光纤4落入信号采集模块5采集信号，并且将其光信息转换成电信号，由数据分析模块通过相关反演算法将数字信号转换为可读性高的扫描图，并通过计算机7显示。
其中，激光器发射模块包括激光器电源1和激光器2，激光器电源1用于向激光器2供电。激光器发射模块是整个系统的核心部件，激光器2发射低功率红外激光，优选地，激光的波长为635nm、650nm、670nm和685nm中的一种。优先的，系统还还包括滤光片，所述滤光片设置在所述激光器前端，以保留红外光进入，避免其他光线干扰，滤光片透光率>90％。
光学接收模块包括望远镜3，望远镜的类型为卡塞格林望远镜，也就是使后向散射光依次进入主镜(球面镜)，反射到次镜(凸面镜)、反射穿过主镜中心的孔洞，汇聚在主镜后方的焦平面上，后经光纤4进入信号采集模块。所述的光纤纤芯为0.25mm到1mm。激光器2安装在望远镜3上，在旋转测量过程中能够保持激光光轴与望远镜轴线平行。
望远镜3可以通过系统控制模块的计算机7向望远镜旋转平台发送串口命令，望远镜3可以自由调整转动的角度进行扫描，扫描速度0.5°/s到1.5°/s，计算机7控制望远镜旋转的编程须经过开始、确认装置与串口连接、选择扫描方式(水平扫描、竖直扫描)、停止扫描等命令。
信号采集模块5至少包括采集卡和光电倍增管，采集卡用于采集微弱光信号，光电倍增管用于将其微弱的光信息转换成电信号并进行采集处理。采集卡采用DSO5200或DSO5200AU，采样频率为200MHz，并内置存储器，可暂时储存数据。
数据分析模块6包括模数转换模块和算法分析模块，所述模数转换模块对所述电信号进行模数转换，以获得数字信号，所述算法分析模块通过相关反演算法将所述数字信号转换为可读性高的扫描图。
分析模块中的算法主要指消光系数的计算，消光系数的计算采用斜率法，对计算机7系统进行C语言编程，获取消光系数，进而获得大气相关信息
本实施例中，分析模块使用的分析软件包括GIS地理信息系统，可图形化显示扫描区域颗粒物分布情况，以扫描图的形式在计算机上显示，排查污染排放源，反算污染源扩散速度方位。
本实施例中，计算机7还用于对每一台激光扫描装置中的激光器开关、望远镜的水平旋转、回波信号的接收与采集、数据的分析等进行统一协调控制。计算机7是整个系统的人机交互接口，通过RS422串口或者RS485串口进行无线网络通讯，其程序是由C语言编写的。
本发明的另一实施例提供一种激光扫描大气环境网格监测方法，包括以下步骤：将若干台激光扫描装置进行无缝隙拼接；每一激光扫描装置以激光为发射光源将激光射到大气中；采集后向散射光的信号；将后向散射光的信号转化为电信号并进行放大处理；通过数据分析，将所述电信号转换为图谱并显示。
进一步的，所述将若干台激光扫描装置进行无缝隙拼接的步骤具体包括：采用立体网络布点方式将若干台激光扫描装置进行无缝隙拼接。
实现本发明激光扫描大气环境网格监测方法的一种具体实施方式已经通过图1及对应的附图说明进行详细描述，此处不再赘述。
本发明一种激光扫描大气环境网格监测方法及系统具有以下有益效果；本发明由多台激光扫描装置拼接形成，完成无缝隙全覆盖的在线立体监测。通过此激光扫描大气环境网格监测系统，不仅可以立体精准监测目标区域污染物浓度，结合GIS地理信息，图形化展示各个交通主干道上空、工业园区、居民生活区、厂区等敏感地区颗粒物的空间分布特征，而且可以形成多层不同高度平面构成的立体系统，反算出污染源扩散速度方位，为污染物排放定期监管提供技术支持。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种激光扫描大气环境网格监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
将若干台激光扫描装置进行无缝隙拼接；
每一激光扫描装置以激光为发射光源将激光射到大气中；
采集后向散射光的信号；
将后向散射光的信号转化为电信号并进行放大处理；
通过数据分析，将所述电信号转换为图谱并显示。
2.根据权利要求1所述的一种激光扫描大气环境网格监测方法，其特征在于，所述将若干台激光扫描装置进行无缝隙拼接的步骤具体包括：采用立体网络布点方式将若干台激光扫描装置进行无缝隙拼接。
3.根据权利要求1所述的一种激光扫描大气环境网格监测方法，其特征在于，所述数据分析采用的是相关反演算法。
4.根据权利要求1所述的一种激光扫描大气环境网格监测方法，其特征在于，所述激光的波长为635nm、650nm、670nm和685nm中的一种。
5.一种激光扫描大气环境网格监测系统，其特征在于，包括：
若干台无缝隙拼接的激光扫描装置，其中，每一激光扫描装置进一步包括：
激光发射模块，所述激光发射模块用于以激光为发射光源将激光射到大气中；
光学接收模块，所述光学接收模块用于接收后向散射光的信号；
信号采集模块，所述信号采集模块用于将后向散射光的信号转化为电信号并进行放大处理；
数据分析模块，所述数据分析模块通过数据分析，将所述电信号转换为图谱；
显示模块，所述显示模块用于显示所述图谱。
6.根据权利要求5所述的一种激光扫描大气环境网格监测系统，其特征在于，所述激光发射模块包括：激光器和用于向所述激光器供电的激光器电源。
7.根据权利要求5所述的一种激光扫描大气环境网格监测系统，其特征在于，还包括滤光片，所述滤光片设置在所述激光器前端，以保留红外光进入，避免其他光线干扰。
8.根据权利要求5所述的一种激光扫描大气环境网格监测系统，其特征在于，所述的光学接收模块包括望远镜，所述望远镜的类型为卡塞格林望远镜。
9.根据权利要求5所述的一种激光扫描大气环境网格监测系统，其特征在于，所述的信号采集模块包括采集卡和光电倍增管，采集卡用于采集微弱光信号，光电倍增管用于将微弱的光信息转换成电信号并进行采集处理。
10.根据权利要求5所述的一种激光扫描大气环境网格监测系统，其特征在于，所述的数据分析模块包括模数转换模块和算法分析模块，所述模数转换模块对所述电信号进行模数转换，以获得数字信号，所述算法分析模块通过相关反演算法将所述数字信号转换为可读性高的扫描图。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190111 |