搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

污染气体扫描成像红外被动遥测系统实时数据处理研究

焦洋 徐亮 高闽光 金岭 童晶晶 李胜 魏秀丽

引用本文:
Citation:

污染气体扫描成像红外被动遥测系统实时数据处理研究

焦洋, 徐亮, 高闽光, 金岭, 童晶晶, 李胜, 魏秀丽

Real-time data processing of remote measurement of air pollution by infrared passive scanning imaging system

Jiao Yang, Xu Liang, Gao Min-Guang, Jin Ling, Tong Jing-Jing, Li Sheng, Wei Xiu-Li
PDF
导出引用
  • 使用红外被动遥测技术可实现污染气体的远程监控和预警. 该技术应用过程中, 获取背景辐射是进行定量解析的关键, 在已有的应用中, 多采用同条件测量法和上风口测量方法获取背景光谱和环境光谱, 但这些方法均需要提前或者同时测量无目标物的背景光谱, 难以在实际应用中满足快速响应的需求. 本文基于红外辐射传输模型分析, 通过研究在800–1200 cm-1波段内的实测光谱中同时包含目标、背景和环境辐射的基本原理, 采用了一种不需要事先测量背景的目标特征的背景光谱实时提取算法, 通过将该方法应用于自主研制的污染气体扫描成像红外被动遥测系统, 以六氟化硫为示踪气体, 开展了遥测验证实验. 将获取的浓度数据与应用同条件测量法获取的数据进行了比较, 结果显示两者的相关系数平方值达到0.99, 表明该方法切实可行, 可有效提高系统的响应速度和适用范围.
    Infrared passive remote sensing allows remote monitoring and early warning of air pollution. The key to the quantitative resolution is to obtain the background radiation in application process. The existing methods (such as measuring the background and atmosphere radiance spectrum in the same condition or uptake) need in advance or at the same time to measure the background spectrum without target. So, they are difficult to satisfy the demand for rapid response in the practical application. According to the infrared radiation transmission model analysis and by studying the principle of measured spectrum in the 800-1200 cm-1 band containing the target, background and environmental radiation, we propose a real-time spectrum extraction algorithm that does not require to measure the background target feature. The method is applied to the developed polluting gas scanning imaging passive FTIR system. The remote sensing of SF6 is done. Concentration data and the data obtained by the method at the same condition are compared, and the results show that the correlation coefficient squared value reaches 0.99, indicating that the method is feasible, which can effectively improve the response speed of the system and the scope of application.
    • 基金项目: 中国科学院战略性先导科技专项(B类)(批准号: XDB05040500)和国家自然科学基金(批准号: 40905011)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Strategic Priority Research Program(B) of the Chinese Academy of Sciences (Grant No. XDB05040500) and the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 40905011).
    [1]

    Zander R, Roland G, Delbouille L, Sauval A, Farmer C B, Norton R H 1987 J. Atmosph. Chem. 5 395

    [2]

    Flanigan D F 1986 Appl. Opt. 25 4253

    [3]

    Liu X, Murcray F J, Murcray D G, Russell J M 1996 J. Geophys. Res. 101 10175

    [4]

    Liu Z M, Liu W Q, Gao M G, Tong J J, Zhang T S, Xu L, Wei X L, Jin L, Wang Y P, Chen J 2010 Acta Phys. Sin. 59 5397 (in Chinese) [刘志明, 刘文清, 高闽光, 童晶晶, 张天舒, 徐亮, 魏秀丽, 金岭, 王亚萍, 陈军 2010 59 5397]

    [5]

    Herget W F, Brasher J D 1980 Opt. Eng. 19 508

    [6]

    Heland J, Schäfer K 1997 Appl. Opt. 36 4922

    [7]

    Worden H, Beer R, Rinsland C P 1997 J. Geophys. Res. 102 1287

    [8]

    Theriault J, Puckrin E, Lavoie H, Turcotte C S, Bouffard F, Dube D 2004 Proc. SPIE 5584 100

    [9]

    Flanigan D F 1996 Appl. Opt. 35 6090

    [10]

    Wayne F, Evans J, Puckrin E, McMaster D 2002 Proc. SPIE 4574 44

    [11]

    Gao M G, Liu W Q, Zhang T S 2006 Spectrosc. Spec. Anal. 26 47 (in Chinese) [高闽光, 刘文清, 张天舒 2006 光谱学与光谱分析 26 47]

    [12]

    Cao T T, Luo S R, Zhao X Y, Liang H M, Wang H B, Yang J G 2007 Acta Phys. Sin. 56 5554 (in Chinese)[曹婷婷, 罗时荣, 赵晓艳, 梁慧敏, 王宏波, 杨经国 2007 56 5554]

    [13]

    Jiao Y, Xu L, Gao M G, Feng M C, Jin L, Tong J J, Li S 2012 Spectrosc. Spec. Anal. 32 1754 (in Chinese) [焦洋, 徐亮, 高闽光, 冯明春, 金岭, 童晶晶, 李胜 2012 光谱学与光谱分析 32 1754]

    [14]

    Liu Z M, Liu W Q, Gao M G, Tong J J, Zhang T S, Xu L, Wei X L 2008 Chin. Phys. B 17 4184

    [15]

    Feng M C, Xu L, Gao M G, Jiao Y, Li X X, Jin L, Cheng S Y, Tong J J, Wei X L, Li S 2012 Infrared Technology 34 366 (in Chinese) [冯明春, 徐亮, 高闽光, 焦洋, 李相贤, 金岭, 程巳阳, 童晶晶, 魏秀丽, 李胜 2012 红外技术 34 366]

  • [1]

    Zander R, Roland G, Delbouille L, Sauval A, Farmer C B, Norton R H 1987 J. Atmosph. Chem. 5 395

    [2]

    Flanigan D F 1986 Appl. Opt. 25 4253

    [3]

    Liu X, Murcray F J, Murcray D G, Russell J M 1996 J. Geophys. Res. 101 10175

    [4]

    Liu Z M, Liu W Q, Gao M G, Tong J J, Zhang T S, Xu L, Wei X L, Jin L, Wang Y P, Chen J 2010 Acta Phys. Sin. 59 5397 (in Chinese) [刘志明, 刘文清, 高闽光, 童晶晶, 张天舒, 徐亮, 魏秀丽, 金岭, 王亚萍, 陈军 2010 59 5397]

    [5]

    Herget W F, Brasher J D 1980 Opt. Eng. 19 508

    [6]

    Heland J, Schäfer K 1997 Appl. Opt. 36 4922

    [7]

    Worden H, Beer R, Rinsland C P 1997 J. Geophys. Res. 102 1287

    [8]

    Theriault J, Puckrin E, Lavoie H, Turcotte C S, Bouffard F, Dube D 2004 Proc. SPIE 5584 100

    [9]

    Flanigan D F 1996 Appl. Opt. 35 6090

    [10]

    Wayne F, Evans J, Puckrin E, McMaster D 2002 Proc. SPIE 4574 44

    [11]

    Gao M G, Liu W Q, Zhang T S 2006 Spectrosc. Spec. Anal. 26 47 (in Chinese) [高闽光, 刘文清, 张天舒 2006 光谱学与光谱分析 26 47]

    [12]

    Cao T T, Luo S R, Zhao X Y, Liang H M, Wang H B, Yang J G 2007 Acta Phys. Sin. 56 5554 (in Chinese)[曹婷婷, 罗时荣, 赵晓艳, 梁慧敏, 王宏波, 杨经国 2007 56 5554]

    [13]

    Jiao Y, Xu L, Gao M G, Feng M C, Jin L, Tong J J, Li S 2012 Spectrosc. Spec. Anal. 32 1754 (in Chinese) [焦洋, 徐亮, 高闽光, 冯明春, 金岭, 童晶晶, 李胜 2012 光谱学与光谱分析 32 1754]

    [14]

    Liu Z M, Liu W Q, Gao M G, Tong J J, Zhang T S, Xu L, Wei X L 2008 Chin. Phys. B 17 4184

    [15]

    Feng M C, Xu L, Gao M G, Jiao Y, Li X X, Jin L, Cheng S Y, Tong J J, Wei X L, Li S 2012 Infrared Technology 34 366 (in Chinese) [冯明春, 徐亮, 高闽光, 焦洋, 李相贤, 金岭, 程巳阳, 童晶晶, 魏秀丽, 李胜 2012 红外技术 34 366]

  • [1] 胡运优, 徐亮, 沈先春, 束胜全, 徐睆垚, 邓亚颂, 徐寒扬, 刘建国, 刘文清. 基于大气廓线合成背景的目标气云透过率反演.  , 2023, 72(3): 033201. doi: 10.7498/aps.72.20221670
    [2] 曾祥昱, 王薇, 刘诚, 单昌功, 谢宇, 胡启后, 孙友文, PolyakovAlexander Viktorovich. 利用地基高分辨率傅里叶变换红外光谱技术探测大气氟氯烃气体CCl2F2的时空变化特征.  , 2021, 70(20): 200201. doi: 10.7498/aps.70.20210640
    [3] 王振, 杜艳君, 丁艳军, 彭志敏. 基于傅里叶变换的波长扫描腔衰荡光谱.  , 2019, 68(20): 204204. doi: 10.7498/aps.68.20191062
    [4] 许兵, 邱子阳, 杨润, 戴耀民, 邱祥冈. 拓扑半金属的红外光谱研究.  , 2019, 68(22): 227804. doi: 10.7498/aps.68.20191510
    [5] 王洪亮, 吕金光, 梁静秋, 梁中翥, 秦余欣, 王维彪. 中波红外微型静态傅里叶变换光谱仪的设计与分析.  , 2018, 67(6): 060702. doi: 10.7498/aps.67.20172599
    [6] 单昌功, 王薇, 刘诚, 徐兴伟, 孙友文, 田园, 刘文清. 基于傅里叶变换红外光谱技术测量大气中CO2的稳定同位素比值.  , 2017, 66(22): 220204. doi: 10.7498/aps.66.220204
    [7] 冯明春, 徐亮, 刘文清, 刘建国, 高闽光, 魏秀丽. 基于MODTRAN模型使用被动傅里叶变换红外光谱技术对生物气溶胶的探测研究.  , 2016, 65(1): 014210. doi: 10.7498/aps.65.014210
    [8] 田园, 孙友文, 谢品华, 刘诚, 刘文清, 刘建国, 李昂, 胡仁志, 王薇, 曾议. 地基高分辨率傅里叶变换红外光谱反演环境大气中的CH4浓度变化.  , 2015, 64(7): 070704. doi: 10.7498/aps.64.070704
    [9] 陈成, 梁静秋, 梁中翥, 吕金光, 秦余欣, 田超, 王维彪. 准直系统热光学效应对静态傅里叶变换红外光谱仪光谱复原的影响研究.  , 2015, 64(13): 130703. doi: 10.7498/aps.64.130703
    [10] 李杰, 朱京平, 齐春, 郑传林, 高博, 张云尧, 侯洵. 静态傅里叶变换超光谱全偏振成像技术.  , 2013, 62(4): 044206. doi: 10.7498/aps.62.044206
    [11] 李相贤, 徐亮, 高闽光, 童晶晶, 金岭, 李胜, 魏秀丽, 冯明春. CO2及其碳同位素比值高精度检测研究.  , 2013, 62(18): 180203. doi: 10.7498/aps.62.180203
    [12] 李相贤, 高闽光, 徐亮, 童晶晶, 魏秀丽, 冯明春, 金岭, 王亚萍, 石建国. 基于傅里叶变换红外光谱法CO2气体碳同位素比检测研究.  , 2013, 62(3): 030202. doi: 10.7498/aps.62.030202
    [13] 张帅, 刘文清, 张玉钧, 阮俊, 阚瑞峰, 尤坤, 于殿强, 董金婷, 韩小磊. 基于激光吸收光谱技术天然气管道泄漏定量遥测方法的研究.  , 2012, 61(5): 050701. doi: 10.7498/aps.61.050701
    [14] 何智兵, 阳志林, 闫建成, 宋之敏, 卢铁城. 辉光放电聚合物结构及力学性质研究.  , 2011, 60(8): 086803. doi: 10.7498/aps.60.086803
    [15] 刘志明, 刘文清, 高闽光, 童晶晶, 张天舒, 徐亮, 魏秀丽, 金岭, 王亚萍, 陈军. 基于红外掩日通量法(SOF)污染源排放气体浓度时空分布反演算法研究.  , 2010, 59(8): 5397-5405. doi: 10.7498/aps.59.5397
    [16] 师丽红, 阎文博. 纯铌酸锂晶体红外光谱的低温研究.  , 2009, 58(7): 4987-4991. doi: 10.7498/aps.58.4987
    [17] 黄松, 辛煜, 宁兆元, 程珊华, 陆新华. 微波输入功率引起a-C∶F薄膜交联结构的增强.  , 2002, 51(11): 2635-2639. doi: 10.7498/aps.51.2635
    [18] 辛煜, 宁兆元, 甘肇强, 陆新华, 方亮, 程珊华. 不同CHF3/CH4流量比下沉积a-C∶F∶H薄膜键结构的红外分析.  , 2001, 50(12): 2492-2496. doi: 10.7498/aps.50.2492
    [19] 毛念新, 黄叶肖, 陆卫, 叶红娟, 沈学础, 胡志宏, 罗安湘. 天然FeS2(黄铁矿)的红外光谱研究.  , 1993, 42(10): 1712-1718. doi: 10.7498/aps.42.1712
    [20] 潘振华, 钱人元. 聚酰胺6的红外光谱.  , 1962, 18(3): 159-164. doi: 10.7498/aps.18.159
计量
  • 文章访问数:  6976
  • PDF下载量:  1057
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-12-14
  • 修回日期:  2013-03-23
  • 刊出日期:  2013-07-05

/

返回文章
返回
Baidu
map