用于测量大气参数以估计空气的质量和气候变量的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于测量至少一个大气参数(气体、温度)的方法和装置，其实施以下步骤：根据断层摄影原理获取紫外和/或可见和/或红外范围中的光谱图像并且进行扫描。光谱图像使用诸如红外相机的光学系统(1A至1D)的网络获取，并且被用于估计地理区域(例如城市群)中的空气质量和/或气象参数和/或气候参数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量大气参数以估计空气的质量和气候变量的方法和装置本专利技术涉及测量大气参数的领域，特别是为了监控、预测和管理空气的质量的目的。允许监控空气的质量的技术已知为通过测量由测量站收集的空气样本中的污染物浓度。例如，法国领土配备有几百个这种类型的站。然而，这种测量站构成了昂贵的基础设施，并且其密度在领土上相对较低。这样收集的空气样本通常用于使用数字化学传输模型来估计空气质量。这些数字模型需要大量的计算时间，从而导致了对所研究的地理区域和/或感兴趣区域中实施的测量站的数量的限制。在这样做时，为了在精细的空间规模下估计污染水平，有必要借助于测量数据平滑和传播技术。这种技术导致对污染水平的低估，并且更通常地导致这些技术带来的分析和预测的不令人满意的质量。本专利技术的目的是通过提出一种能够提高空气质量的分析和预测的质量同时降低基础设施及其实施方式的成本的方法和装置来克服上述缺点。为此，根据第一方面，本专利技术涉及一种用于测量至少一个大气参数的方法，包括如下定义的获取步骤和扫描步骤。在获取步骤中，利用光学系统，特别是在从紫外到红外的波长区内操作的多光谱光学系统，同时获取地球大气层的一系列光谱图像。例如，这些光学系统可以是成像仪和/或辐射计和/或光谱成像仪和/或光谱辐射计。术语“光谱图像”或“光谱测定图像”是指通常包括N*M个像素的矩阵的图像，其中N≥1且M≥1。例如，在使用辐射计获取图像的特定情况下，N和M可以各自等于1，使得这个图像包括单个像素。一方面，在根据本专利技术的方法中实施的光学系统位于地球大气层中，并且相对于地球坐标系是固定的。另一方面，在这个方法中实施的光学系统被取向成使得它们获取的光谱图像包含沿着所述光学系统的相应视线的所述至少一个大气参数的测量数据。另一方面，这些光学系统被布置成使得在获取步骤期间，在两条视线之间存在至少一个交点，使得沿着这两条视线同时获取的两个光谱图像包含至少一个大气参数的相互测量数据，这些相互测量数据表示地球大气层的对应于所述交点的点处的至少一个大气参数。根据本专利技术，在扫描步骤期间改变光学系统的取向，并且重复获取和扫描步骤，以便获取一连串光谱图像系列，这些光谱图像系列包括表示在地球大气层的一组点处的至少一个大气参数的一组相互测量数据。这种方法允许使用廉价的基础设施实行大气参数的测量并提高空气质量的分析和预测的质量，特别是在其范围相对较小的地理区域(诸如城市群)的规模下。作为非限制性示例，至少一个大气参数可以选自大气温度和/或具有紫外和/或可见和/或红外中的特征的至少一个大气气体，诸如O3、NO2、SO2、CO、PM1、PM2.5、PM10、H2O、CO2、CH4、N2O或NH3。实际上，本专利技术的光学系统允许测量符合法规(例如O3、NO2、SO2、CO；细颗粒PM1、PM2.5、PM10)的和/或符合反复出现的污染峰值(例如O3、NO2、PM2.5、PM10)的感兴趣的科学参数，以及补充产物(诸如气象场(例如T、H2O))、温室气体(例如CO2、CH4、N2O)、例如森林的火灾标志物(例如SO2、CO)或甚至农业污染物(例如NH3)。在一个实施例中，在扫描步骤期间，可以改变光学系统的取向，使得在这个扫描步骤之前的获取步骤和该扫描步骤之后的获取步骤之间，所述至少一个交点从第一地理坐标经过到第二地理坐标，这个第二地理坐标在经度和/或纬度和/或海拔上不同于所述第一地理坐标。根据第二方面，本专利技术还涉及一种用于研究实施以上描述的测量方法的至少一个大气参数的方法。优选地，用于研究至少一个大气参数的这种方法可以进一步包括分析所获取的光谱图像的步骤。这种分析步骤优选地包括使用包含在这些光谱图像中的一组相互测量数据的至少一部分来反转光谱图像的步骤。根据第三方面，本专利技术还涉及一种用于测量至少一个大气参数的装置。这个装置包括光学系统网络，这些光学系统被布置成实施用于测量如上所述的至少一个大气参数的方法。如上所述，光学系统可以是成像仪和/或辐射计和/或光谱成像仪和/或光谱辐射计。换句话说，光学系统可以是红外相机。两个相邻光学系统之间的距离通常可以包括在10m和20km之间，优选地在2km和5km之间，更优选地等于3km。根据第一变型，光学系统可以被紧固在固定到地面的相应支撑件上，诸如塔架、建筑物、水塔或者甚至系留气球。因此，可以利用现有的基础设施。根据第二变型，光学系统可以装载在一个或多个静止的飞行器上，诸如无人机或大气气球。根据第四方面，本专利技术还涉及使用以上描述的方法和/或装置用于估计其范围优选地包括在100m和100km之间的地理区域的空气的质量和/或气象参数和/或气候参数。不限于此，这个地理区域可以是城市群、工业场地、森林或农业场地。因此，本专利技术允许构成能够在住宅规模下测量城市空气的质量的地面遥感断层摄影网络。例如，这种解决方案由于在本地规模下进行的可靠且连续的测量而允许用户或居民知道他们个人暴露于空气污染物。在阅读以下非限制性描述和附图时，本专利技术的其他特征和优点将会显现出来，在附图中：图1示意性地表示了根据本专利技术的处于第一配置的光学系统的网络；图2示出了处于第二配置的图1的光学系统的网络。在所有附图中，相同的元件由相同的附图标记标识。本专利技术涉及一种用于测量至少一个大气参数的装置和方法，该装置和方法实施使用光学系统同时获取地球大气层的一系列光谱图像的步骤。(多个)大气参数可以例如由具有紫外和/或红外中的特征的大气气体(诸如O3、NO2、SO2、CO、PM1、PM2.5、PM10、H2O、CO2、CH4、N2O、NH3)的任意组合组成。大气参数的另一示例是大气温度。获取步骤示意性地在图1中示出。图1示出了四个光学系统1A至1D的网络。这些光学系统1A至1D通常是能够获取从紫外到红外的波长区内的光谱图像的相机(诸如成像仪、辐射计、光谱成像仪或光谱辐射计)。光学系统1A至1D位于地球大气层，并且相对于地球坐标系R1固定。术语“固定光学系统”是指相对于所述地球坐标系R1具有相对位置的光学系统，所述地球坐标系R1在本专利技术方法的实施期间是不变的，与这些光学系统的、在本专利技术方法的实施期间可以改变的取向无关。为此目的，光学系统1A至1D可以安装在固定到地面的相应支撑件上，诸如塔架、建筑物、水塔或甚至系留。优选地，这些支撑件具有电源和/或互联网，以便为光学系统供电。该装置还可以包括太阳能电池类型的电源装置和/或wifi连接装置(例如3G或4G)，和/或任何其他类型的远程连接装置。替代性地，光学系统1A至1D可以装载在一个或多个静止的飞行器上，诸如无人机或大气气球。作为非限制性示例，两个相邻光学系统之间的距离可以是大约3km。更一般地说，根据要研究的地理区域，这一距离可以包括在10m至20km之间。当然，每对相邻光学系统之间的距离可以相同或不同。在图1的示例中，光学系统1A和1B之间的距离与光学系统1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量至少一个大气参数的方法，其特征在于所述方法包括：/n-获取步骤，其中利用光学系统(1A至1D)同时获取地球大气层的一系列光谱图像，所述光学系统：/n○位于所述地球大气层中，/n○相对于地球坐标系(R1)固定，/n○被定向成使得所述光学系统获取的光谱图像包含沿着所述光学系统(1A至1D)的相应视线(2A1至2D1)的所述至少一个大气参数的测量数据，/n○被布置成使得在这个获取步骤期间，在两条视线(2A1，2B1；2C1，2D1)之间存在至少一个交点(I1；I2)，使得沿着这两条视线(2A1，2B1；2C1，2D1)同时获取的两个光谱图像包含至少一个大气参数的相互测量数据，这些相互测量数据表示所述地球大气层的对应于所述交点(I1；I2)的点处的至少一个大气参数，/n-扫描步骤，其中所述光学系统(1A至1D)取向被改变，/n并且其中所述获取步骤和所述扫描步骤被重复，以便获取一连串光谱图像系列，其包括表示在所述地球大气层的一组点(I1至I5)处的至少一个大气参数的一组相互测量数据。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180827 FR 18/576831.一种用于测量至少一个大气参数的方法，其特征在于所述方法包括：
-获取步骤，其中利用光学系统(1A至1D)同时获取地球大气层的一系列光谱图像，所述光学系统：
○位于所述地球大气层中，
○相对于地球坐标系(R1)固定，
○被定向成使得所述光学系统获取的光谱图像包含沿着所述光学系统(1A至1D)的相应视线(2A1至2D1)的所述至少一个大气参数的测量数据，
○被布置成使得在这个获取步骤期间，在两条视线(2A1，2B1；2C1，2D1)之间存在至少一个交点(I1；I2)，使得沿着这两条视线(2A1，2B1；2C1，2D1)同时获取的两个光谱图像包含至少一个大气参数的相互测量数据，这些相互测量数据表示所述地球大气层的对应于所述交点(I1；I2)的点处的至少一个大气参数，
-扫描步骤，其中所述光学系统(1A至1D)取向被改变，
并且其中所述获取步骤和所述扫描步骤被重复，以便获取一连串光谱图像系列，其包括表示在所述地球大气层的一组点(I1至I5)处的至少一个大气参数的一组相互测量数据。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述至少一个大气参数选自大气温度和/或具有紫外和/或可见和/或红外中的特征的至少一个大气气体，诸如O3、NO2、SO2、CO、PM1、PM2.5、PM10、H2O、CO2、CH4、N2O或NH3。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于在所述扫描步骤期间，所述光学系统(1A至1D)的取向被改变，使得在这个扫描步骤之前的获取步骤和这个扫描步骤之后的获取步骤之间，所述至少一个交点从第一地...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克·佩奎格诺，
申请(专利权)人：法国国家太空研究中心，
类型：发明
国别省市：法国;FR