Methane concentration detection system based on differential infrared absorption

The infrared absorption method for methane concentration detection is an ideal way to detect methane at present. However, it is difficult to spread this method due to its high cost. In this paper, by using a wideband infrared light emitting di- ode （LED） accompanied with a PIN photo electric diode, a low-cost methane detection system was designed. To overcome the shortcomings caused by the wide working band, a differential light path was designed. By means of a differential ratio algo- rithm, the stability and the accuracy of the system were guaranteed. Finally, the validity of the system with the proposed algo- rithm was verified by the experiment results.

融合机载LiDAR和植被指数的自适应单木提取方法

机载激光数据(Light Detection And Ranging,LiDAR)难以区分地面和草地范围,可见光植被指数无法分离灌木和乔木层,针对上述问题,构建一种融合LiDAR点云与RGB植被指数的多波段信息图像。以激光点云生成精细冠层高度模型(Canopy Height Model,CHM),利用无人机影像数据生成高清数字正射影像,在比较不同植被指数精度后选择差异增强植被指数(Differential Enhanced Vegetation Index,DEVI),与CHM进行融合。形态学重建CHM+DEVI融合图像,去除不合理值;构建训练样本,采用分类回归树算法,分割地面范围并自适应提取植被为乔木、灌木和草地,乔木区域采用局部最大值算法探测树顶点,作为前景标记,非乔木区域赋为后景标记,进行分水岭变换得到分割结果。将该方法提取的植被信息与实测数据进行精度分析,结果表明:改进方法在4个样方中,总体查全率提高3.2%,查准率提高3.9%,准确度F1得分提高3.5%,树高精度分别提高1.7%,6.4%,1.8%和0.3%。验证了改进方法的有效性,同时区域内植被混杂程度越高改进算法的提取效果越好。

组合式LED宽带光源灯结构对差分吸收光谱反演的影响和扣除方法研究

发光二极管(LED)发射光谱窄限制了差分吸收光谱反演波段,难以实现多种气体的同时测量。采用光纤束组合两种紫外LED形成组合式LED宽带光源,应用于DOAS系统实现大气SO_(2)和O_(3)的同步探测。光谱分析显示两种LED灯谱在280~295 nm处发生叠加,275~301 nm有明显的灯结构。该灯结构会随着双峰光强比增加而增强,同时向短波方向漂移。实际测量时,外界环境改变会引起两个LED光谱各自独立变化,且二者发射光谱波段内大气消光存在差异。这将导致大气吸收光谱的双峰光强比不断变化,且与灯谱不一致,二者相除难以抵消灯结构。光谱反演结果显示宽带光源灯结构为参考谱参与拟合无法较好地扣除干扰。为扣除测量时LED光谱独立变化对光谱反演的影响,提出采用各LED独立灯结构作为参考谱参与拟合,结果显示SO_(2)和O_(3)拟合残差分别由1%、6‰降低至4‰左右,扣除效果较好。该方法与避开干扰结构相比,拓宽了SO_(2)和O_(3)的反演波段,SO_(2)和O_(3)吸收峰分别增加了1.75倍和1倍,平均拟合误差分别降低了67.5%和37.3%,测量精度明显提高。SO_(2)和O_(3)测量结果与同时段同地区的传统氙灯长光程DOAS系统比较,结果显示二者保持较高一致性,相关性系数R高于95%。结果表明DOAS反演时组合式LED宽带光源灯结构可以通过各LED独立的灯结构来拟合扣除。

激光雷达大气湍流测量方法研究

报道了一种用激光雷达方法测量大气湍流的技术,利用发射激光束在空间所需位置产生一个聚焦光斑,通过此光斑处的大气分子瑞利散射机制形成一个空间的人造散射光源,接收系统对此光源的散射光进行探测,测量出从地面到此空间散射光源之间的大气湍流参数。给出了对武汉上空大气湍流测量的初步结果。得到了不同高度层的大气相干长度随时间的变化特性、平均值和起伏均方差,并对实验测量和模型计算的大气折射率结构常数在相应高度段的积分值进行了比较,二者积分值都在10-12量级,得到的结果基本相符。这种测量方法的实现,为测量空间不同方位、不同距离的大气湍流提供了一种新的手段。

炼油企业挥发性有机物无组织排放通量监测现状与发展

炼油企业是重要的挥发性有机物(VOCs)人为排放源,排放的VOCs主要来自无组织源,监控及排放核算困难。笔者总结了国内外炼油企业VOCs排放通量监控及核算技术体系,综述了各类VOCs无组织排放通量监测技术的原理及适用范围,着重评述了工业场地VOCs无组织排放通量监测最佳实用技术--红外掩日通量监测(SOF)和差分吸收激光雷达(DIAL)及其在炼油企业的应用进展。总体上,SOF仪器及监测费用适中,但易受阳光等天气条件限制;DIAL几乎可全天候监测,但仪器及监测费用较高。SOF和DIAL监测的欧美炼油企业VOCs排放系数一般为0. 02%~0. 10%,约为排放清单值的3~10倍。国内炼油厂VOCs排放核算采用的排放系数约为美国排放清单值(0. 01%~0. 02%)的10倍,尚待实测校验和修订。VOCs无组织排放通量监测技术也可用于检查或评估炼油企业泄漏检测与修复(LDAR)等VOCs无组织排放控制效果。

基于遗传算法的差分吸收光谱反演算法及实验研究

传统差分吸收光谱法(DOAS)对大气痕量气体浓度可以实现准确、快速和在线测量,它对短光程、低浓度气体存在较大的测量误差.本文在传统DOAS算法的基础上,设计了基于遗传算法的DOAS算法,并对信噪比较低的实测光谱数据进行了浓度反演.研究结果表明,该算法在短光程下对低浓度气体具有较高的测量精度,与传统DOAS方法相结合可以获得较宽的动态测量范围.

二氧化氮可见光区内压力对吸收特性的影响

NO2气体吸收特性研究是光谱法在线监测的基础，而被测环境压力和温度等因素对吸收截面有不同程度的影响。以卤素灯为可见光连续光源，用0．5nm分辨率（FWHM）光纤光谱仪研究了在室温293K、绝对压力0．01～0．5MPa时NO2的吸收特性。当NO2分压不变，随外加气体N2的加入总压升高时，吸收截面有所下降；当NO2分压、总压同时改变，在总压小于0．25MPa时吸收截面的变化可以忽略；在435—500nm波段NO2吸收截面定积分值与文献比较，数值差异不超过5％，无频移现象出现。利用差分吸收光谱法（DOAS）测量火电厂等固定污染源NO2排放浓度时，压力在4-10kPa范围内波动对差分吸收特性的影响可以忽略。

基于光纤耦合长光程LED-DOAS技术的大气NO2测量研究

大气中NO2的含量在10-9量级。研究了一种以发光二极管(LED)为光源的光纤耦合长光程差分吸收光谱(DOAS)系统,用于测量大气NO2。对比了四种不同类型和波段的蓝光LED,确定以中心波长451nm的CREE宝蓝LED为测量光源。在0.8km的测量光程、2min的测量时间分辨率的情况下,在445nm^465nm光谱反演波段内得到NO2的探测限为3.36×10-9。利用系统对大气NO2的浓度进行了一整天的连续观测,通过对吸收光谱的分析计算,反演出的大气NO2浓度在(7~31)×10-9之间变化。测量结果表明,将光纤耦合技术与LED光源的长光程DOAS系统相结合后,可实现大气NO2的高灵敏、高时间分辨率探测。

激光雷达成像目标回波模拟时空匹配方法

为提高激光雷达成像目标回波模拟器与被试激光雷达探测设备的时空匹配性,提出了一种激光雷达成像目标回波模拟时空匹配方法。时间维采用粗控与精控延时分离、双通道系统差分补偿等措施,提高系统的延时精度,实现时间匹配;空间维通过光轴精密对准、光学系统匹配等方法实现空间对准。对本文方法进行了试验验证,结果表明系统时间维延时误差约755.5 ps,空间维图像复合误差优于1个像素。本文提出的方法可用于指导激光雷达回波目标模拟器的研制与集成。