CN109541638A - 一种大气颗粒物激光雷达联网监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大气颗粒物激光雷达联网监测方法。该技术方案通过提取区域本地化的大气污染传输特征，得到最优化的激光雷达监测网布局方案，使颗粒物激光雷达联网监测台站分布更加合理，有效捕捉大气污染传输过程中的定性定量特征；通过提取区域本地化的大气污染物物理特征，得到最优化的区域本地化激光雷达比分配表，统一规范数据分析方法，使多台站颗粒物激光雷达设备间的监测数据体现区域大气污染特征的同时具备较强的可比性。在此基础上，本发明给出了大气颗粒物激光雷达网最优化布点方案和大气颗粒物激光雷达数据规范化分析方法，从而使大气颗粒物激光雷达联网监测中联网布点更加合理，监测数据对比性更加突出。
Description
技术领域
本发明涉及大气颗粒物监测技术领域，具体涉及一种大气颗粒物激光雷达联网监测方法。
背景技术
大气颗粒物激光雷达又称大气气溶胶探测激光雷达，能够探测大气污染物的垂直分布信息及污染物形态、大小等物理特征，在大气污染监测中发挥着重要作用，近年来，随着国家大气污染监测水平能力的不断提升，大气颗粒物激光雷达在监测数据质量及台站数量上有了较大发展，过去依靠单站点独立监测的方式逐步向联网监测发展。
颗粒物激光雷达联网监测可有效提升大气污染综合监测能力，在区域大气污染传输特征、定量贡献方面具有其他监测方法难以替代的优势。但是由于过去颗粒物激光雷达监测台站在建设上的随机性及联网监测方法，颗粒物激光雷达联网监测还存在一些不足，主要表现在：
1、联网布点方式不够合理。过去几年各级大气环境监测部门及研究机构在颗粒物激光雷达监测能力建设方面几乎是自发开展的，建设过程中多是从单台站独立监测的角度出发开展选点及监测功能选择，并未对颗粒物激光雷达监测网进行有效规划设计，导致各监测台站在联网分布上存在一定的随机性和重复性，难以适应联网监测的效率最大化监测要求。
2、监测数据结果可比性不强。目前各级大气环境监测部门及研究机构采购的颗粒物激光雷达设备均来自不同的生产厂家，这些颗粒物激光雷达设备在探测距离、探测精度、分析方法等方面均存在较大差异，特别是在数据分析方法方面，并未综合考虑各区域污染特征进行有针对性的分析，导致所得到的监测数据难以进行对比分析，不适应联网监测要求。
发明内容
本发明旨在针对现有技术的技术缺陷，提供一种大气颗粒物激光雷达联网监测方法，以解决大气颗粒物激光雷达联网监测中联网布点不合理的技术问题。
本发明要解决的另一技术问题是大气颗粒物激光雷达联网监测中监测数据对比性不强。
为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种大气颗粒物激光雷达联网监测方法，包括：通过提取区域本地化的大气污染传输特征，得到优化的激光雷达监测网布局方案；通过提取区域本地化的大气污染物物理特征，得到优化的区域本地化激光雷达比分配表。
作为优选，还包括：通过分析气象历史数据，提取区域长期气象要素；通过分析卫星遥感数据，提取区域不同尺度地形要素特征；通过分析地面空气自动站历史数据，提取区域大气颗粒物污染分布及传输特征；通过分析所述长期气象要素、所述地形要素特征、所述大气颗粒物污染分布及传输特征，提取大气污染重点区域并提取区域大气污染传输通道；通过将大气颗粒物激光雷达探测结果与地面实测站点数据对比分析，提取颗粒物激光雷达代表区域；将所述颗粒物激光雷达代表区域与所述大气污染传输通道进行叠加耦合分析，提出包含多级优化的备选点位方案，结合实地调研结果，提出颗粒物激光雷达联网布点最终方案。
作为优选，所述长期气象要素包括近地面主导风向、平均风速、温度、湿度。
作为优选，所述实地调研结果包括交通条件，电力条件，周边环境条件。
作为优选，还包括：通过最小二乘法，分析不同激光雷达比条件下各区域颗粒物激光雷达监测数据反演结果与地面实测结果最优匹配结果，得到各不同区域的最优化激光雷达比，建立不同区域最优激光雷达比匹配表；结合所述最终方案，对监测网内不同区域的颗粒物激光雷达设备反演参数激光雷达比进行分配。
本发明提供了一种大气颗粒物激光雷达联网监测方法。该技术方案通过提取区域本地化的大气污染传输特征，得到最优化的激光雷达监测网布局方案，使颗粒物激光雷达联网监测台站分布更加合理，有效捕捉大气污染传输过程中的定性定量特征；通过提取区域本地化的大气污染物物理特征，得到最优化的区域本地化激光雷达比分配表，统一规范数据分析方法，使多台站颗粒物激光雷达设备间的监测数据体现区域大气污染特征的同时具备较强的可比性。在此基础上，本发明给出了大气颗粒物激光雷达网最优化布点方案和大气颗粒物激光雷达数据规范化分析方法，从而使大气颗粒物激光雷达联网监测中联网布点更加合理，监测数据对比性更加突出。
附图说明
图1是本发明大气颗粒物激光雷达联网原理图；
图2是本发明大气颗粒物激光雷达网最优化布点方案原理图；
图3是本发明大气颗粒物激光雷达数据规范化分析方法原理图。
具体实施方式
以下将对本发明的具体实施方式进行详细描述。为了避免过多不必要的细节，在以下实施例中对属于公知的结构或功能将不进行详细描述。以下实施例中所使用的近似性语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。除有定义外，以下实施例中所用的技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。
实施例1
一种大气颗粒物激光雷达联网监测方法，包括：通过提取区域本地化的大气污染传输特征，得到最优化的激光雷达监测网布局方案，使颗粒物激光雷达联网监测台站分布更加合理，有效捕捉大气污染传输过程中的定性定量特征；通过提取区域本地化的大气污染物物理特征，得到最优化的区域本地化激光雷达比分配表，统一规范数据分析方法，使多台站颗粒物激光雷达设备间的监测数据体现区域大气污染特征的同时具备较强的可比性。
通过分析近5－10年区域气象要素数据，提取区域中长期气象要素(近地面主导风向、平均风速、温度、湿度)特征；通过卫星遥感技术，提取区域不同尺度地形要素特征；通过分析近5－10年大气颗粒物(总悬浮颗粒、PM10、PM2.5等)空间分布特征及在典型大气重污染过程中的区域传输特征，提取区域大气颗粒物污染分布、传输特征；通过综合分析区域气象要素、地形要素及颗粒物污染空间分布特点，提取大气污染重点区域并提取区域大气污染传输通道。同时，开展大气颗粒物激光雷达探测结果与地面实测站点数据对比分析研究，提取颗粒物激光雷达最大及最优代表区域，将颗粒物激光雷达最大及最优代表区域与提取得到的大气污染传输通道进行叠加耦合分析，提出包含多级优化的备选点位方案，结合实地调研结果(备选点位交通、电力、周边环境等建站条件)，提出最优化的颗粒物激光雷达联网布点最终方案，实现在最少监测台数(即成本最小)情况下实现区域重点传输通道监测全覆盖，有效捕捉大气污染传输过程中的定性定量特征。
通过最小二乘法，分析不同激光雷达比条件下各区域颗粒物激光雷达监测数据反演结果与地面实测结果最优匹配结果，得到各不同区域的最优化激光雷达比，建立不同区域最优激光雷达比匹配表，结合最优化的颗粒物激光雷达联网布点方案，对监测网内不同区域的颗粒物激光雷达设备反演关键参数激光雷达比进行智能化最优分配，实现不同区域颗粒物激光雷达监测数据的规范化统一分析，使多台站颗粒物激光雷达设备间的监测数据体现区域大气污染特征的同时具备较强的可比性。
实施例2
图1为大气颗粒物激光雷达联网原理框架图，包含若干大气颗粒物激光雷达10，颗粒物激光雷达监测网台站分布最优化方案20，激光雷达比最优化分配表30，优化后的若干大气颗粒物激光雷达40以及颗粒物激光雷达联网数据库50；所述若干大气颗粒物激光雷达10传输至颗粒物激光雷达监测网台站分布最优化方案20，经颗粒物激光雷达监测网台站分布最优化方案20处理后，所述颗粒物激光雷达监测网台站分布最优化方案20传输至激光雷达比最优化分配表30，得到优化后的若干大气颗粒物激光雷达40，所述优化后的若干大气颗粒物激光雷达40，传输至颗粒物激光雷达联网数据库50。
图2为大气污染颗粒物激光雷达最优化布网方法，包含气象历史数据分析60，卫星遥感数据分析61，地面空气自动站历史数据分析62，长期气象要素(近地面主导风向、平均风速、温度、湿度)特征63，区域地形数据64，区域大气颗粒物污染空间分布特征65，大气颗粒物激光雷达监测结果66，区域传输通道67，优化后的不同级别备选点位方案68，实地调研结果(交通、电力、周边环境等建站条件)69以及大气颗粒物激光雷达最优布网方案70。所述气象历史数据分析60传输至长期气象要素(近地面主导风向、平均风速、温度、湿度)特征63，所述卫星遥感数据分析61传输至区域地形数据64，所述地面空气自动站历史数据分析62传输至区域大气颗粒物污染空间分布特征65，所述长期气象要素(近地面主导风向、平均风速、温度、湿度)特征63、区域地形数据64传输至区域传输通道67，所述区域大气颗粒物污染空间分布特征65、大气颗粒物激光雷达监测结果66传输至不同级别备选点位方案68，所述区域传输通道67、优化后的不同级别备选点位方案68、实地调研结果(交通、电力、周边环境等建站条件)69传输至大气颗粒物激光雷达最优布网方案70。
图3为大气颗粒物激光雷达数据规范化分析方法。包含各区域颗粒物激光雷达监测数据71，地面空气自动站历史数据72，最优化激光雷达比匹配表73，大气颗粒物激光雷达最优布网方案74以及大气颗粒物激光雷达最优布网方案70。所述区域颗粒物激光雷达监测数据71、地面空气自动站历史数据72传输至最优化激光雷达比匹配表73，所述最优化激光雷达比匹配表73、大气颗粒物激光雷达最优布网方案70传输至大气颗粒物激光雷达最优布网方案74。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明。凡在本发明的申请范围内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种大气颗粒物激光雷达联网监测方法，其特征在于包括：通过提取区域本地化的大气污染传输特征，得到优化的激光雷达监测网布局方案；通过提取区域本地化的大气污染物物理特征，得到优化的区域本地化激光雷达比分配表。
2.根据权利要求1所述的一种大气颗粒物激光雷达联网监测方法，其特征在于还包括：通过分析气象历史数据，提取区域长期气象要素；通过分析卫星遥感数据，提取区域不同尺度地形要素特征；通过分析地面空气自动站历史数据，提取区域大气颗粒物污染分布及传输特征；通过分析所述长期气象要素、所述地形要素特征、所述大气颗粒物污染分布及传输特征，提取大气污染重点区域并提取区域大气污染传输通道；通过将大气颗粒物激光雷达探测结果与地面实测站点数据对比分析，提取颗粒物激光雷达代表区域；将所述颗粒物激光雷达代表区域与所述大气污染传输通道进行叠加耦合分析，提出包含多级优化的备选点位方案，结合实地调研结果，提出颗粒物激光雷达联网布点最终方案。
3.根据权利要求2所述的一种大气颗粒物激光雷达联网监测方法，其特征在于所述长期气象要素包括近地面主导风向、平均风速、温度、湿度。
4.根据权利要求2所述的一种大气颗粒物激光雷达联网监测方法，其特征在于所述实地调研结果包括交通条件，电力条件，周边环境条件。
5.根据权利要求2所述的一种大气颗粒物激光雷达联网监测方法，其特征在于还包括：通过最小二乘法，分析不同激光雷达比条件下各区域颗粒物激光雷达监测数据反演结果与地面实测结果最优匹配结果，得到各不同区域的最优化激光雷达比，建立不同区域最优激光雷达比匹配表；结合所述最终方案，对监测网内不同区域的颗粒物激光雷达设备反演参数激光雷达比进行分配。
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