基于激光雷达观测结果提取大气污染信息的方法与系统技术方案

本发明专利技术提出一种基于激光雷达观测结果提取大气污染信息的方法与系统，采用双阈值四步法热点分布图生成策略，生成信息量在100B以内的热点分布图，热点图生成后用户端直接叠加在地图上，可清楚看到热点所在区域分布信息，无需手动调节；且从设备端单次传输的信息量被大幅压缩，极大程度降低了对4G/5G通信网络的要求；基于雷达现场设备端自带的GPS定位信息以及固化在设备端的扫描热点寻峰流程，在现场端自动提取定位热点峰值所在经纬度信息，继而可直接推送到污染溯源联动部门，无需后端人工读图识别峰值热点再调动；通过对热点分布图中的热点，按扇区网格实施面积积分，提取单次探测的污染面积信息，帮助用户对污染形势做出判断。断。断。

【技术实现步骤摘要】
基于激光雷达观测结果提取大气污染信息的方法与系统


[0001]本专利技术涉及大气污染信息处理
，特别涉及一种基于激光雷达观测结果提取大气污染信息的方法与系统。

技术介绍

[0002]气溶胶探测激光雷达作为一种探测气溶胶时空分布的重要工具，近年来应用越来越广泛。商业化的气溶胶激光雷达产品探测距离已可达数十公里，空间分辨尺度也可达到米级，且具备在户外开展连续探测的能力。同时，通过激光雷达开展大气的实时水平扫描污染探测，作为一种全新的科技手段，获得城市区域污染水平分布和污染热点位置信息，已广泛应用于大气污染防治工作中，为环保部门开展污染溯源管控提供了有力的手段。
[0003]在实际的环保污染溯源业务应用中，激光雷达观测结果通常呈现为大气消光系数二维分布图或者颗粒物浓度二维分布图。现阶段还只能通过人工读图，手动调节二维分布颜色卡的最大色标值，增强对比度以识别出污染热点相关信息。然而，这一应用模式存在明显的弊端，主要表现为：（1）污染溯源的时效性差，无法在探测到污染的第一时间做到相关部门联动执法，并对污染事件进行及时地制止，不利于污染的管控。一般情况下，一次扫描探测观测结果可达15MB，为保证探测结果传递的及时性，继而对无线网络的通信质量、码率都有较高的要求，也会产生较大的流量资费。而通常情况下大气污染探测的激光雷达无一例外都安装在城市某一区域最高楼的楼顶，普遍在100米以上，大部分地区无线网络信号质量较差，造成应用效果大打折扣；（2）人工读图效率低，人力资源浪费严重。在大气污染形势比较严重的区域，甚至需要安排人员昼夜排班推送污染图到相关联动部门；（3）人工读图污染定位精度依赖于不同人员的业务素养，具有一定的随机性。
[0004]基于此，有必要提出一种基于激光雷达观测结果提取大气污染信息的方法，以解决上述技术问题。

技术实现思路

[0005]鉴于上述状况，本专利技术的主要目的是为了提出一种基于激光雷达观测结果提取大气污染信息的方法与系统，以解决上述技术问题。
[0006]本专利技术实施例提供了一种基于激光雷达观测结果提取大气污染信息的方法，其中，所述方法包括如下步骤：步骤一、生成热点分布图：提取大气背景消光系数廓线：通过大气污染探测激光雷达进行扫描，以得到一次扫描分布数据，并提取大气背景消光系数廓线；分区扣除大气背景消光系数廓线：获得连续8个大气背景消光系数廓线，通过将原始消光系数廓线分别与各分区的大气背景消光系数廓线作减法运算，以得到多个当前扣除背景后的数值；阈值比较判定：若当前扣除背景后的数值小于第一阈值，则将当前扣除背景后
的数值置为0；若当前扣除背景后的数值大于等于第一阈值，则将当前扣除背景后的数值置为1，然后重新绘制生成热点分布图；转换边界位置序号：记录在阈值比较判定步骤中，由0至1或由1至0的转换，记录对应的转换边界位置序号，并将所述转换边界位置序号传输到用户端进行图像重构；步骤二、热点峰值定位：获取热点峰值的峰值角度与跨越距离：获取当前扫描角度对应的热点分布图的角度廓线，其中所述当前扫描角度从初始角度为1
°
开始；获取热点分布图的角度廓线上所有分布的热点区间的左右边界位置；其中，通过循环查找到左边值为零且当前扣除背景后的数值大于零的位置，以确定所有的左边界；通过循环查找右边值为零且当前扣除背景后的数值大于零的位置，以确定所有的右边界；当获取到所有的热点区间边界，即可获得热点分布图中角度廓线上所有热点区间的峰值角度与跨越距离；热点峰值的经纬度转换：构建激光雷达坐标系，计算经度相对偏移量、纬度相对偏移量以及海拔高度偏移量，并根据经度相对偏移量、纬度相对偏移量以及海拔高度偏移量计算得到目标点经纬度；步骤三、热点区间的面积计算：在热力分布图中通过数据点索引获取角度廓线上所有热点区间的跨越距离，根据多个所述跨越距离计算得到单条角度廓线上的扇形热点区间面积，并根据所述扇形热点区间面积计算得到热点区间总面积，用于对污染的扩散程度进行评估。
[0007]本专利技术提出一种基于激光雷达观测结果提取大气污染信息的方法，具有如下有益效果：（1）采用双阈值四步法热点分布图生成策略，生成信息量在100B以内的热点分布图，热点图生成后用户端直接叠加在地图上，环保工作人员可以清楚地看到热点所在区域分布信息，无需手动调节；且从设备端单次传输的信息量被大幅压缩，极大程度降低了对4G/5G通信网络的要求。
[0008]（2）基于雷达现场设备端自带的GPS定位信息以及固化在设备端的扫描热点寻峰流程，在现场端自动提取定位热点峰值所在经纬度信息，继而可直接推送到污染溯源联动部门，无需后端人工读图识别峰值热点再调动。
[0009]（3）通过对热点分布图中的热点，按扇区网格实施面积积分，提取单次探测的污染面积信息，可帮助用户对污染形势做出判断。
[0010]所述基于激光雷达观测结果提取大气污染信息的方法，其中，在所述步骤一中，提取大气背景消光系数廓线的方法具体包括如下步骤：控制大气污染探测激光雷达以8min扫描360
°
的速度进行扫描；每隔45
°
重新选择一条大气背景消光系数廓线，其中，所述大气背景消光系数廓线的选取标准为：选取45
°
范围内标准方差值小于第二阈值的所有廓线，并将所选取的所有廓线进行数值平均，将得到的廓线平均值作为所述大气背景消光系数廓线；若在45
°
范围内不存
在标准方差值小于第二阈值的廓线，则在该45
°
范围内采用默认值。
[0011]所述基于激光雷达观测结果提取大气污染信息的方法，其中，在所述步骤二中，在获取热点分布图的角度廓线上所有分布的热点区间的左右边界位置之后，所述方法还包括：根据热点区间的左边界以及右边界，计算得到热点区间的左右边界距离；对热点分布图的角度廓线上所有分布的热点区间，将左右边界距离小于预设边界距离的热点区间进行剔除以筛选得到符合要求的热点区间；在所述筛选得到符合要求的热点区间中，获取多个峰值位置；在多个所述峰值位置中，当判断到与小于当前扫描角度有重叠区间的范围内存在最大峰值位置，则将所述当前扫描角度累计加1
°
；当判断到所述当前扫描角度大于360
°
，则可获取得到所有热点区间内的热点峰值的角度与跨越距离。
[0012]所述基于激光雷达观测结果提取大气污染信息的方法，其中，在所述步骤二中，在热点区间内存在多个目标热点，在所述构建激光雷达坐标系的步骤中，存在如下公式：其中，表示目标热点在纬度上的偏移距离，表示目标热点在经度上的偏移距离，表示目标热点在海拔高度上的偏移距离，表示目标热点与大气污染探测激光雷达之间的距离，表示大气污染探测激光雷达水平扫描时的俯仰角度，表示目标热点偏离正北角度。
[0013]所述基于激光雷达观测结果提取大气污染信息的方法，其中，对确定得到的目标热点而言，目标热点的经度表示为：其中，表示目标热点的经度，表示地球的平均半径，表示大气污染探测激光雷达的纬度，表示大气污染探测激光雷达的经度。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光雷达观测结果提取大气污染信息的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一、生成热点分布图：提取大气背景消光系数廓线：通过大气污染探测激光雷达进行扫描，以得到一次扫描分布数据，并提取大气背景消光系数廓线；分区扣除大气背景消光系数廓线：获得连续8个大气背景消光系数廓线，通过将原始消光系数廓线分别与各分区的大气背景消光系数廓线作减法运算，以得到多个当前扣除背景后的数值；阈值比较判定：若当前扣除背景后的数值小于第一阈值，则将当前扣除背景后的数值置为0；若当前扣除背景后的数值大于等于第一阈值，则将当前扣除背景后的数值置为1，然后重新绘制生成热点分布图；转换边界位置序号：记录在阈值比较判定步骤中，由0至1或由1至0的转换，记录对应的转换边界位置序号，并将所述转换边界位置序号传输到用户端进行图像重构；步骤二、热点峰值定位：获取热点峰值的峰值角度与跨越距离：获取当前扫描角度对应的热点分布图的角度廓线，其中所述当前扫描角度从初始角度为1
°
开始；获取热点分布图的角度廓线上所有分布的热点区间的左右边界位置；其中，通过循环查找到左边值为零且当前扣除背景后的数值大于零的位置，以确定所有的左边界；通过循环查找右边值为零且当前扣除背景后的数值大于零的位置，以确定所有的右边界；当获取到所有的热点区间边界，即可获得热点分布图中角度廓线上所有热点区间的峰值角度与跨越距离；热点峰值的经纬度转换：构建激光雷达坐标系，计算经度相对偏移量、纬度相对偏移量以及海拔高度偏移量，并根据经度相对偏移量、纬度相对偏移量以及海拔高度偏移量计算得到目标点经纬度；步骤三、热点区间的面积计算：在热力分布图中通过数据点索引获取角度廓线上所有热点区间的跨越距离，根据多个所述跨越距离计算得到单条角度廓线上的扇形热点区间面积，并根据所述扇形热点区间面积计算得到热点区间总面积，用于对污染的扩散程度进行评估。2.根据权利要求1所述的基于激光雷达观测结果提取大气污染信息的方法，其特征在于，在所述步骤一中，提取大气背景消光系数廓线的方法具体包括如下步骤：控制大气污染探测激光雷达以8min扫描360
°
的速度进行扫描；每隔45
°
重新选择一条大气背景消光系数廓线，其中，所述大气背景消光系数廓线的选取标准为：选取45
°
范围内标准方差值小于第二阈值的所有廓线，并将所选取的所有廓线进行数值平均，将得到的廓线平均值作为所述大气背景消光系数廓线；若在45
°
范围内不存在标准方差值小于第二阈值的廓线，则在该45
°
范围内采用默认值。3.根据权利要求2所述的基于激光雷达观测结果提取大气污染信息的方法，其特征在
于，在所述步骤二中，在获取热点分布图的角度廓线上所有分布的热点区间的左右边界位置之后，所述方法还包括：根据热点区间的左边界以及右边界，计算得到热点区间的左右边界距离；对热点分布图的角度廓线上所有分布的热点区间，将左右边界距离小于预设边界距离的热点区间进行剔除以筛选得到符合要求的热点区间；在所述筛选得到符合要求的热点区间中，获取多个峰值位置；在多个所述峰值位置中，当判断到与小于当前扫描角度有重叠区间的范围内存在最大峰值位置，则将所述当前扫描角度累计加1
°
；当判断到所述当前扫描角度大于360
°
，则可获取得到所有热点区间内的热点峰值的角度与跨越距离。4.根据权利要求3所述的基于激光雷达观测结果提取大气污染信息的方法，其特征在于，在所述步骤二中，在热点区间内存在多个目标热点，在所述构建激光雷达坐标系的步骤中，存在如下公式：其中，表示目标热点在纬度上的偏移距离，表示目标热点在经度上...

【专利技术属性】
技术研发人员：施奇兵，钱忠胜，俞情媛，秦朗悦，
申请(专利权)人：江西财经大学，
类型：发明
国别省市：