CN115494523A - 一种大气污染物浓度检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大气污染物浓度检测装置及检测方法，涉及大气检测技术领域，解决了现有不具有立体空间内任意一点的污染物绝对浓度值检测方式的问题，包括转台、微脉冲激光雷达、粒子取样器、能够获取粒子取样器和微脉冲激光雷达的位置关系的位置获取机构、信息处理模块，微脉冲激光雷达用于进行空间激光雷达扫描获得大气后向散射激光信号，根据大气后向散射激光信号能够获得雷达扫描图像，信息处理模块用于根据雷达扫描图像、粒子取样器和微脉冲激光雷达的位置关系、粒子取样器获得的污染物绝对浓度值进行分析处理得到雷达扫描图像中的污染物绝对浓度。本发明能够获得一定区域范围内的气溶胶绝对浓度分布。
Description
技术领域
本发明涉及大气污染物检测技术领域，具体涉及一种大气污染物浓度检测装置及检测方法。
背景技术
环境污染已经成为当今急需关注和解决的问题，其中，由于与人类的呼吸直接相关，大气污染更是需要给予足够的重视。目前已确认的大气污染物超过100种，这些污染物以分子状和粒子状两种状态分布于大气中。分子状污染物主要有硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、臭氧、卤代烃、碳氢化合物等。粒子状污染物主要有降尘、总悬浮颗粒物、飘尘等。
确定大气污染程度的很重要的一个指标是大气污染物浓度，现有技术中存在多种大气污染物的检测方式，但是这些方式不能够直接获得立体空间内任意一点的污染物浓度值。基于此，对于污染物的研究来说，无法进一步的进行污染物形成、分布及扩散规律等的研究。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种大气污染物浓度检测装置及检测方法。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种大气污染物浓度检测装置，包括转台、设置在转台上的微脉冲激光雷达、粒子取样器、能够获取粒子取样器和微脉冲激光雷达的位置关系的位置获取机构、连接粒子取样器的信息发送模块、信号连接信息发送模块的信息接收模块、信息处理模块，所述信息处理模块连接微脉冲激光雷达、位置获取机构和信息接收模块，微脉冲激光雷达用于进行空间激光雷达扫描获得大气后向散射激光信号，微脉冲激光雷达和/或信息接收模块根据大气后向散射激光信号能够获得雷达扫描图像，信息处理模块用于根据雷达扫描图像、粒子取样器和微脉冲激光雷达的位置关系、粒子取样器获得的污染物绝对浓度值进行分析处理得到雷达扫描图像中的污染物绝对浓度。
一种大气污染物浓度检测装置的检测方法，所述检测方法使用一种大气污染物浓度检测装置，包括如下步骤：
转台带动微脉冲激光雷达进行空间扫描发出激光，微脉冲激光雷达对大气后向散射激光信号进行接收，信息处理模块得到雷达扫描图像；
粒子取样器获得其所在位置处的污染物绝对浓度值；
获得粒子取样器和微脉冲激光雷达的位置关系；
信息处理模块根据雷达扫描图像、粒子取样器和微脉冲激光雷达的位置关系、粒子取样器获得的污染物绝对浓度值进行分析处理得到雷达扫描图像中的污染物绝对浓度。
本发明的有益效果是：
本发明提出的一种大气污染物浓度检测装置及检测方法，利用微脉冲激光雷达和大气后向散射效应实现对大气污染物相对浓度进行测量，通过向大气中发射微脉冲激光信号，激光信号在大气中遇到气溶胶粒子后发生后向散射，各根据后向散射的激光信号获得雷达扫描图像；再利用粒子取样器完成大气污染物单个位置点处的绝对浓度值检测，将二者结合到一起获得一定区域范围内的气溶胶绝对浓度分布。本发明能够直接获得立体空间内任意一点的污染物浓度值，本发明对于分析污染物形成、分布规律及扩散规律等具有指导意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明一种大气污染物浓度检测检测方法的流程图。
图2为本发明一种大气污染物浓度检测装置的示意性框图。
其中，1、二维转台，2、微脉冲激光雷达，3、相机，4、第一GPS接收机，5、第一GPS天线，6、粒子取样器，7、第二GPS接收机，8、第二GPS天线，9、信息发送模块，10、信息接收模块，11、计算机。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
一种大气污染物浓度检测装置，包括转台、设置在转台上的微脉冲激光雷达2、粒子取样器6、能够获取粒子取样器6和微脉冲激光雷达2的位置关系的位置获取机构、连接粒子取样器6的信息发送模块9、信号连接信息发送模块9的信息接收模块10、信息处理模块，所述信息处理模块连接微脉冲激光雷达2、位置获取机构和信息接收模块10，微脉冲激光雷达2用于进行空间激光雷达扫描获得大气后向散射激光信号，微脉冲激光雷达2和/或信息接收模块10根据大气后向散射激光信号能够获得雷达扫描图像，信息处理模块用于根据雷达扫描图像、粒子取样器6和微脉冲激光雷达2的位置关系、粒子取样器6获得的污染物绝对浓度值进行分析处理得到雷达扫描图像中所有点的污染物绝对浓度。
本发明中微脉冲激光雷达2利用大气后向散射效应实现对大气污染物相对浓度进行测量，通过向大气中发射微脉冲激光信号，激光信号在大气中遇到气溶胶粒子后发生后向散射，后向散射的激光信号被微脉冲激光雷达2中光电探测器接收，由于探测器接收到的后向散射信号为光强信号，只能根据接收信号强度判断大气中气溶胶粒子的梯度变换情况，不能给出气溶胶粒子浓度的绝对值。粒子取样器6可以完成气溶胶绝对浓度检测，但是只能完成单个位置点处的绝对浓度值检测，无法获得一定区域内气溶胶浓度分布。本发明将微脉冲激光雷达2获得的污染物密度梯度情况与粒子取样器6测量的绝对浓度值结合到一起，并利用图像、位置坐标、距离等信息，将可以获得一定区域范围内的气溶胶绝对浓度分布，能够直接获得立体空间内任意一点的污染物浓度值，基于此能在地图软件上进行映射，从而获得该检测区域内任意位置处气溶胶浓度绝对值，对于分析污染物形成、分布规律及扩散规律等具有指导意义。
实施例二
基于上述一种大气污染物浓度检测装置提供一种大气污染物浓度检测方法，如图1，包括如下步骤：
一种大气污染物浓度检测装置开机上电；
转台带动微脉冲激光雷达2进行空间扫描发出激光，微脉冲激光雷达2对大气后向散射激光信号进行接收，信息处理模块得到雷达扫描图像；
粒子取样器6获得其所在位置处的污染物绝对浓度值，通过信息发送模块9发送至信息接收模块，信息接收模块再将污染物绝对浓度值发送至信息处理模块；
位置获取机构获得粒子取样器6和微脉冲激光雷达2的位置关系，然后发送至信息处理模块；
信息处理模块根据雷达扫描图像、粒子取样器6和微脉冲激光雷达2的位置关系、粒子取样器6获得的污染物绝对浓度值进行分析处理得到雷达扫描图像中所有点的污染物绝对浓度。
上述步骤的实际实施顺序不做限定，能够实现大气污染物浓度检测即可，例如粒子取样器6获得其所在位置处的污染物绝对浓度值和获得粒子取样器6和微脉冲激光雷达2的位置关系，这两个步骤不限定先后也可同时进行。
实施例三
本实施例基于上述实施例一的基础上提供一种大气污染物浓度检测装置。
位置获取机构包括安装在粒子取样器6上的第二定位信号接收机，第二定位信号接收机连接信息发送模块9，所述第二定位信号接收机能够获得粒子取样器6的位置坐标信息并能够将粒子取样器6的位置坐标信息通过信息发送模块9和信息接收模块10发送至信息处理模块。
位置获取机构包括相机3，相机3用于拍摄粒子取样器6得到具有粒子取样器6的图像。相机3连接信息处理模块，能够将图片发送至信息处理模块。
位置获取机构包括第一定位信号接收机，可设置在相机3上也可设置在微脉冲激光雷达2，用于获得相机3或微脉冲激光雷达2的位置坐标信息。第一定位信号接收机连接信息处理模块，能够将获得的位置坐标信息发送至信息处理模块。
上述微脉冲激光雷达2还能够用于测量其与粒子取样器6的距离信息，能够将距离信息发送至信息处理模块。
上述信息处理模块中可预先载有或者获得相机3和微脉冲激光雷达2的位置关系信息（距离、方位等）。
本领域技术人员可根据实际情况选择采用上述相机3、第一定位信号接收机、第二定位信号接收机、使用微脉冲激光雷达2测量其与粒子取样器6的距离信息中的部分或全部，可只需要能够使得信息处理模块在粒子取样器6和微脉冲激光雷达2的位置关系的基础上，根据雷达扫描图像得到出粒子取样器6在雷达扫描图像中的位置即可，当然也可利用更多的数据对粒子取样器6在雷达扫描图像中的位置进行验证，以提高粒子取样器6在雷达扫描图像中的位置确定的准确率。例如利用相机3和微脉冲激光雷达2测量其与粒子取样器6的距离信息，例如利用第二定位信号接收机和设置在微脉冲激光雷达2上第一定位信号接收机，例如利用相机3、设置在相机3上第一定位信号接收机、使用微脉冲激光雷达2测量其与粒子取样器6的距离信息，在此不对如何组合进行穷举。
信息处理模块用于根据粒子取样器6和微脉冲激光雷达2的位置关系、及根据雷达扫描图像中分析得出粒子取样器6在雷达扫描图像中的位置；用于根据粒子取样器6在雷达扫描图像中的位置和粒子取样器6获得的污染物绝对浓度值得到雷达扫描图像中粒子取样器6所在位置处的污染物绝对浓度值；用于根据雷达扫描图像中污染物密度梯度变化情况与粒子取样器6获得的污染物绝对浓度值进行对比，得到雷达扫描图像中所有点的污染物绝对浓度。
实施例四
基于上述实施例一和实施例二，本实施例提供一种大气污染物浓度检测装置，如图2，该装置包括转台、设置在转台上的微脉冲激光雷达2、相机3、第一定位信号接收机、粒子取样器6、第二定位信号接收机、信息发送模块9、信息接收模块10、信息处理模块。转台、微脉冲激光雷达2、相机3、第一定位信号接收机和信息接收模块10均连接信息处理模块。
转台能够实现二维转动，可采用二维转台1，微脉冲激光雷达2设置在转台上，转台带动微脉冲激光雷达2在水平面上转动。相机3的位置不限，相机3可设置在转台上，也可设置在微脉冲激光雷达2上，能够随着转台转动。
微脉冲激光雷达2用于进行空间激光雷达扫描，对大气后向散射激光信号进行接收。微脉冲激光雷达2具有激光测距功能，用于测量粒子取样器6与微脉冲激光雷达2之间的距离得到距离信息。微脉冲激光雷达2连接信息处理模块，能够将大气后向散射激光信号和距离信息发送至信息处理模块。信息处理模块可采用计算机11。
通过微脉冲激光雷达2和计算机11能够获得雷达扫描图像，也就是根据大气后向散射激光信号能够获得雷达扫描图像，雷达扫描图像包括污染物浓度信息和雷达扫描图像上各个像素点与微脉冲激光雷达2距离的信息（可称为第一距离信息），还可包括时间信息。雷达扫描图像还包括污染物密度梯度信息。微脉冲激光雷达2得到雷达扫描图像后发送至计算机11，计算机11用于显示雷达扫描图像，或者计算机11能够根据微脉冲激光雷达2接收的大气后向散射激光信号形成雷达扫描图像，再或者微脉冲激光雷达2对大气后向散射激光信号进行初步处理后发送至计算机11，计算机11进行进一步的分析处理得到雷达扫描图像。
相机3用于拍摄粒子取样器6，对粒子取样器6成像得到具有粒子取样器6的图像，相机3连接信息处理模块，能够将拍摄的图像发送至信息处理模块。
粒子取样器6用于获得其所在位置处的污染物绝对浓度值。相机3用于拍摄粒子取样器6，对粒子取样器6进行成像。第二定位信号接收机采用第二GPS接收机7，第二GPS接收机7上具有第二GPS天线8。
第二定位信号接收机设置在粒子取样器6上，第二定位信号接收机用于获取粒子取样器6的位置坐标信息，也就是第二定位信号接收机属于粒子取样器6的定位器，信息发送模块9连接第二定位信号接收机和粒子取样器6，信息发送模块9信号连接信息接收模块10，第二定位信号接收机用于将粒子取样器6的位置坐标信息发送至信息发送模块9，信息发送模块9信号连接信息接收模块10，信息发送模块9用于将第二定位信号接收机的位置坐标信息及粒子取样器6获得的污染物绝对浓度值发送至信息接收模块10。
信息接收模块10连接信息处理模块，信息接收模块10能够将接收到的第二定位信号接收机的位置坐标信息及粒子取样器6获得的污染物绝对浓度值发送至信息接收模块10。
信息处理模块用于根据雷达扫描图像、相机3拍摄的具有粒子取样器6的图像、微脉冲激光雷达2测得的粒子取样器6与微脉冲激光雷达2之间的距离信息、粒子取样器6获得的污染物绝对浓度值进行分析处理得到雷达扫描图像中所有点的污染物绝对浓度。具体为：信息处理模块用于根据相机3拍摄的具有粒子取样器6的图像及根据微脉冲激光雷达2测得的粒子取样器6与微脉冲激光雷达2之间的距离信息分析得出粒子取样器6在雷达扫描图像中的位置，这一分析的依据还可包括根据相机3和微脉冲激光雷达2位置关系信息；用于根据粒子取样器6在雷达扫描图像中的位置和粒子取样器6获得的污染物绝对浓度值得到雷达扫描图像中粒子取样器6所在位置处的污染物绝对浓度值；用于根据雷达扫描图像中污染物密度梯度变化情况与粒子取样器6获得的污染物绝对浓度值进行对比，得到雷达扫描图像中所有点的污染物绝对浓度。
根据相机3拍摄的具有粒子取样器6的图像能够知道粒子取样器6位于微脉冲激光雷达2的哪个方位。
根据第一定位信号接收机和第二定位信号接收机获得位置坐标信息能够得到粒子取样器6位于微脉冲激光雷达2的哪个方位。
进一步的，某一软件、某一处理单元或者上述信息处理模块还能够根据雷达扫描图像中所有点的污染物绝对浓度映射至地图中得到具有大气污染物浓度绝对浓度的地图，通过地图软件能够显示某一具有大气污染物浓度绝对浓度的地图。
一种大气污染物浓度检测装置还包括第一定位信号接收机，第一定位信号接收机连接信息处理模块。第一定位信号接收机安装在相机3上，第一定位信号接收机连接计算机11，第一定位信号接收机用于获取相机3的位置坐标信息。第一定位信号接收机采用第一GPS接收机4，第一GPS接收机4上具有第一GPS天线5。
上述转台连接控制模块，控制模块用于控制转台转动，所述计算机11包括所述控制模块。
使用本实施例的一种大气污染物浓度检测装置的实施步骤如下：
S1、一种大气污染物浓度检测装置开机上电，即处于工作状态。
S2、二维转台1带动微脉冲激光雷达2进行空间扫描，微脉冲激光雷达2发出激光，激光照射到大气污染物上，然后微脉冲激光雷达2接收大气后向散射激光信号，将发出的光束与接收的散射激光信号进行分析处理等得到处理结果，处理结果发送至计算机11，在计算机11中对所述处理结果进一步分析处理形成雷达扫描图像，雷达扫描图像能够展现微脉冲激光雷达2所扫描区域内污染物密度梯度变化情况。
S3、相机3对粒子取样器6进行成像，粒子取样器6能够获得其所在位置处的污染物绝对浓度值，包括PM10、PM2.5、一氧化碳等浓度值。
S4、信息发送模块9将第二GPS天线8和第二GPS接收机7得到的粒子取样器6的位置坐标信息及粒子取样器6获得的污染物绝对浓度值发送给信息接收模块10；
利用微脉冲激光雷达2的激光测距功能，得到粒子取样器6与微脉冲激光雷达2之间的距离信息。
S5、根据S3得到的相机3所成图像及S4得到的距离信息，得到粒子取样器6在雷达扫描图像中的位置；并将粒子取样器6获得的绝度浓度值在此位置处进行标记，得到雷达扫描图像在位置处的污染物绝对浓度值；将雷达扫描图像中污染物密度梯度变化情况与粒子取样器6得到的绝对浓度值进行对比，得到雷达扫描图像中所有点的浓度绝对值。所有点可以是雷达扫描图像中所有像素点，也可以是雷达扫描图像中所有对应污染物的点（大气中实际存在的污染物所对应的雷达扫描图像中的点）。
S6、将S5获得的具有所有点的浓度绝对值的雷达扫描图像映射到地图软件上。
将雷达扫描图像、第一GPS天线5与第一GPS接收机4得到的相机3的位置坐标信息、粒子取样器6的位置坐标信息在地图软件上进行映射，结合微脉冲激光雷达2获得的距离信息等，将雷达扫描图像映射到地图软件上并地图软件上进行显示，从而将雷达扫描图像中所有点的浓度绝对值映射到地图软件上。
通过以上步骤可得到待测区域内任意点大气污染物的浓度值及污染物分布规律。
本发明的一种大气污染物浓度检测装置和方法，能够准确的得到待测区域内立体空间内任意一点的污染物浓度值及立体空间内污染物浓度值分布规律，基于本发明能够对污染物形成、分布及扩散规律的判断更加直观、准确。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种大气污染物浓度检测装置，其特征在于，包括转台、设置在转台上的微脉冲激光雷达、粒子取样器、能够获取粒子取样器和微脉冲激光雷达的位置关系的位置获取机构、连接粒子取样器的信息发送模块、信号连接信息发送模块的信息接收模块、信息处理模块，所述信息处理模块连接微脉冲激光雷达、位置获取机构和信息接收模块，微脉冲激光雷达用于进行空间激光雷达扫描获得大气后向散射激光信号，微脉冲激光雷达和/或信息接收模块能够根据大气后向散射激光信号获得雷达扫描图像，信息处理模块用于根据雷达扫描图像、粒子取样器和微脉冲激光雷达的位置关系、粒子取样器获得的污染物绝对浓度值进行分析处理得到雷达扫描图像中的污染物绝对浓度。
2.如权利要求1所述的一种大气污染物浓度检测装置，其特征在于，所述位置获取机构包括安装在粒子取样器上的第二定位信号接收机，第二定位信号接收机连接信息发送模块，所述第二定位信号接收机能够获得粒子取样器的位置坐标信息。
3.如权利要求1所述的一种大气污染物浓度检测装置，其特征在于，所述位置获取机构包括连接信息处理模块的相机，用于拍摄粒子取样器得到具有粒子取样器的图像。
4.如权利要求3所述的一种大气污染物浓度检测装置，其特征在于，所述位置获取机构包括连接信息处理模块的第一定位信号接收机，所述第一定位信号接收机设置在相机上或微脉冲激光雷达上。
5.如权利要求1所述的一种大气污染物浓度检测装置，其特征在于，所述微脉冲激光雷达用于测量其与粒子取样器的距离信息并将距离信息发送至信息处理模块。
6.如权利要求1所述的一种大气污染物浓度检测装置，其特征在于，所述转台连接控制模块，控制模块用于控制转台转动。
7.如权利要求1所述的一种大气污染物浓度检测装置，其特征在于，所述信息处理模块用于根据雷达扫描图像以及根据粒子取样器和微脉冲激光雷达的位置关系分析得出粒子取样器在雷达扫描图像中的位置；用于根据粒子取样器在雷达扫描图像中的位置和粒子取样器获得的污染物绝对浓度值得到雷达扫描图像中粒子取样器所在位置处的污染物绝对浓度值；用于根据雷达扫描图像中污染物密度梯度变化情况与粒子取样器获得的污染物绝对浓度值进行对比，得到雷达扫描图像中的污染物绝对浓度。
8.如权利要求1所述的一种大气污染物浓度检测装置，其特征在于，所述信息处理模块用于根据雷达扫描图像中污染物绝对浓度映射至地图中得到具有大气污染物浓度绝对浓度的地图。
9.一种大气污染物浓度检测装置的检测方法，其特征在于，所述检测方法使用如权利要求1至8中任意一项所述的一种大气污染物浓度检测装置，包括如下步骤：
转台带动微脉冲激光雷达进行空间扫描发出激光，微脉冲激光雷达对大气后向散射激光信号进行接收，信息处理模块得到雷达扫描图像；
粒子取样器获得其所在位置处的污染物绝对浓度值；
获得粒子取样器和微脉冲激光雷达的位置关系；
信息处理模块根据雷达扫描图像、粒子取样器和微脉冲激光雷达的位置关系、粒子取样器获得的污染物绝对浓度值进行分析处理得到雷达扫描图像中的污染物绝对浓度。
10.如权利要求9所述的一种大气污染物浓度检测装置的检测方法，其特征在于，还包括将雷达扫描图像中的污染物绝对浓度映射至地图中得到具有大气污染物浓度绝对浓度的地图的步骤。
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