RU2478995C1

RU2478995C1 - Спектрорадиометрический способ дистанционного определения местоположения облаков токсичных газообразных веществ в атмосфере

Info

Publication number: RU2478995C1
Application number: RU2011144490/28A
Authority: RU
Inventors: Андрей Юрьевич Бойко; Роман Николаевич Садовников; Петр Евгеньевич Шлыгин; Александр Сергеевич Самородов; Андрей Александрович Позвонков; Дмитрий Владимирович Тюрин; Андрей Николаевич Морозов; Сергей Егорович Табалин; Игорь Леонидович Фуфурин
Priority date: 2011-11-02
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2013-04-10

Abstract

Изобретение относится к дистанционному зондированию атмосферы, в частности к способам исследования ее газового состава. Способ основан на идентификации облака газообразных веществ по спектру излучения в оптическом диапазоне и определении направления на это облако. Круговое сканирование приземного слоя атмосферы над площадью контролируемого объекта проводят по наклонным трассам сопряженными Фурье-спектрорадиометрами. В момент географической привязки с помощью средств спутниковой навигации предварительно определяют географические координаты, а также углы между направлением на север и направлением оптических осей приемных систем спектрорадиометров. Обнаружение и идентификацию облаков газообразных веществ проводят по спектрам их собственного излучения, регистрируемым Фурье-спектрорадиометрами. С использованием полученных данных строят проекции осей полей зрения спектрорадиометров по направлениям, в которых произошло срабатывание приборов на горизонтальную плоскость и определяют границы местоположения облака газообразного токсичного вещества. Изобретение обеспечивает непрерывное автоматическое определение местоположения облаков токсичных газообразных веществ без предварительной фиксации координат потенциальных источников выброса и без предварительного определения возможного состава выбросов, величины и направления ветрового сноса. 1 ил.

Description

Изобретение относится к дистанционному зондированию атмосферы, в частности к способам исследования ее газового состава.

Известен способ обнаружения местоположения источника выброса, основанный на комплексном использовании способов дифференциального и комбинационного рассеяния, принятый в качестве прототипа [патент №2028007, авторы: Гусев Л.И.; Козырев А.В.; Шаргородский В.Д.]. Для обнаружения местоположения источника выброса предварительно фиксируют на цифровой карте координаты потенциальных источников выброса, при зондировании стационарный лидар вращают вокруг его вертикальной оси за время, не превышающее времени жизни выброса, при превышении распределенными значениями концентрации примесного газа или коэффициентом аэрозольного рассеяния в исследуемом объеме предельно допустимых значений дополнительно определяют направление на облако токсичного вещества (азимут и угол места), производят дополнительное зондирование облака передвижным лидаром многокомпонентного детального анализа, а расположение источника выброса определяют, сравнивая найденные параметры направления на облако токсичного вещества с координатами цифровой карты потенциальных источников выброса.

Недостатками данного способа являются:

во-первых, способ не позволяет определять местоположение источника выброса без предварительной фиксации на цифровой карте зондируемого района координат потенциальных источников выброса;

во-вторых, идентификация токсичного вещества производится передвижным лидаром комбинационного рассеяния для целеуказания которого со стационарного лидара кругового обзора должна поступать следующая информация: оцифрованная карта района выброса, координаты потенциальных источников загрязнений, возможный состав выбросов, основные ориентиры, азимут и угол места наведения антенны, величина и направление ветрового сноса, что способствует существенному увеличению времени определения местоположения источника выброса.

В основу изобретения положена задача разработать способ, обеспечивающий получение следующего технического результата: обеспечение непрерывного автоматического определения местоположения облаков токсичных газообразных веществ без предварительной фиксации на цифровой карте зондируемого района координат потенциальных источников выброса, без предварительного определения возможного состава выбросов, величины и направления ветрового сноса.

Для решения поставленной задачи в спектрорадиометрическом способе дистанционного определения местоположения облаков токсичных газообразных веществ в атмосфере, основанного на идентификации облака газообразных веществ по спектру излучения в оптическом диапазоне и определении направления на это облако, круговое сканирование приземного слоя атмосферы над площадью контролируемого объекта проводят по наклонным трассам сопряженными Фурье-спектрорадиометрами, географические координаты, а также углы между направлением на север и направлением оптических осей приемных систем которых предварительно определяют в момент географической привязки с помощью средств спутниковой навигации, обнаружение и идентификацию облаков газообразных веществ проводят по спектрам их собственного излучения, регистрируемым Фурье-спектрорадиометрами, в моменты срабатываний Фурье-спектрорадиометров по данным их сканирующих систем и проведенной предварительной географической привязки измеряют азимуты направлений на обнаруженное облако, после чего, с использованием полученных данных, строят проекции осей полей зрения спектрорадиометров на горизонтальную плоскость по направлениям, в которых произошло срабатывание приборов, затем по точкам пересечения проекций осей полей зрения приборов, спроецированным на топографическую карту, определяют границы местоположения облака газообразного токсичного вещества.

Существующие в настоящее время инфракрасные Фурье-спектрорадиометры позволяют определять при регистрации облаков загрязняющих веществ следующие параметры: наименование индицируемого вещества, его интегральную массу в области поля зрения, азимуты и углы возвышения направления на обнаруженное облако, время регистрации. Однако применение двух и более сопряженных спектрорадиометров позволяет строить проекции на плоскость осей полей зрения спектрорадиометров в моменты их срабатывания и определять координаты точек их пересечения.

Местоположение облака токсичного газообразного вещества определяется в результате проецирования на цифровую топографическую карту точек пересечения проекций на плоскость осей полей зрения спектрорадиометров в моменты их срабатывания по результатам одного кругового сканирования.

Принимая во внимание относительно небольшие, в планетарном масштабе, размеры участков пространства, на которых, исходя из дальности действия спектрорадиометров, возможен мониторинг зараженности атмосферы (максимальная дальность обнаружения у современных Фурье-спектрорадиометров составляет 5-6 км при минимально обнаружимой концентрации - единицы ppm·м^-1), было сделано допущение, что в пределах этих участков условные меридианы секунд географической долготы параллельны друг другу, то есть сетка географических координат соответствует прямоугольной декартовой системе.

Таким образом, определение географических координат точек пересечения проекций на плоскость осей полей зрения спектрорадиометров сводится к решению геометрической задачи определения местоположения точки в декартовых координатах.

Определение координат точек пересечения проекций на плоскость осей полей зрения спектрорадиометров проводится согласно схеме на фигуре по формулам 1 и 2:

где x_обл, y_обл - координаты точек пересечения проекций на плоскость осей полей зрения спектрорадиометров, м;

x₁, y₁ - географические координаты 1-го спектрорадиометра, м;

x₂, y₂ - географические координаты 2-го спектрорадиометра, м;

α₁, α₂ - углы между направлением на север и оптическими осями приемной системы 1 и 2-го спектрорадиометров соответственно, град;

β₁, β₂ - углы между оптическими осями приемной системы и направлением на регистрируемое облако 3 1-го и 2-го спектрорадиометров соответственно, град.

Эти уравнения будут справедливы при соблюдении условия, что углы α₁ и α₂ меньше 180°, если же углы будут являться развернутыми, то в соотношения (1) и (2) вместо них необходимо подставлять значения 360-α₁ или 360-α₂.

Географические координаты спектрорадиометров (x₁, y₁, x₂, y₂), а также углы между направлением на север и направлением оптических осей приемных систем спектрорадиометров (α₁, α₂) определяют в момент географической привязки с помощью средств спутниковой навигации. Углы между оптическими осями приемной системы и направлением на регистрируемое облако каждого из спектрорадиометров (β₁, β₂) являются показаниями приборов в моменты обнаружения облаков токсичных газообразных веществ в атмосфере.

В ходе зондирования приземного слоя атмосферы двумя сопряженными спектрорадиометрами, существенному снижению достоверности определения положения облака токсичного газообразного вещества будет способствовать возникновение неопределенностей, связанных с тем, что в момент регистрации вещества оптические оси спектрорадиометров будут направлены параллельно либо навстречу друг другу. В этой связи сканирование целесообразно проводить тремя спектрорадиометрами, расположенными в вершинах равностороннего треугольника со сторонами, длины которых равны 2/3 дальности действия спектрорадиометра. Такое расположение спектрорадиометров в ходе зондирования способствует перекрытию третьим спектрорадиометром тех зон, в которых возникает неопределенность при получении пространственных характеристик облака двумя другими спектрорадиометрами и, кроме того, позволяет определять местоположение облаков токсичных газообразных веществ на максимальной площади.

Claims

Спектрорадиометрический способ дистанционного определения местоположения облаков токсичных газообразных веществ в атмосфере, основанный на идентификации облака газообразных веществ по спектру излучения в оптическом диапазоне и определении направления на это облако, отличающийся тем, что круговое сканирование приземного слоя атмосферы над площадью контролируемого объекта проводят по наклонным трассам сопряженными Фурье-спектрорадиометрами, географические координаты, а также углы между направлением на север и направлением оптических осей приемных систем которых предварительно определяют в момент географической привязки с помощью средств спутниковой навигации, обнаружение и идентификацию облаков газообразных веществ проводят по спектрам их собственного излучения, регистрируемым Фурье-спектрорадиометрами, в моменты срабатываний Фурье-спектрорадиометров по данным их сканирующих систем и проведенной предварительной географической привязки измеряют азимуты направлений на обнаруженное облако, после чего с использованием полученных данных строят проекции осей полей зрения спектрорадиометров по направлениям, в которых произошло срабатывание приборов на горизонтальную плоскость, затем по точкам пересечения проекций осей полей зрения приборов, спроецированным на топографическую карту, определяют границы местоположения облака газообразного токсичного вещества.