【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及污染源烟羽成像方法领域，具体是一种基于地基多轴差分吸收光谱仪的污染源烟羽二维成像方法。
技术介绍
1、工业区中的工厂排放废气，造成污染，影响大范围的空气质量，甚至会扩散到居民区，对居民的健康造成危害。因此，对污染源的监测十分重要。工业生产排放的污染物种类繁多，例如石化企业排放的氮氧化物(nox)以及挥发性有机物(voc)等。
2、目前,大气污染成分观测领域主要采用的技术手段包括卫星遥感观测和地基遥感观测。卫星遥感受限于卫星平台和传感器的物理特性，数据在空间分辨率、光谱分辨率、时间分辨率等方面存在限制，而且卫星遥感数据的分辨率限制使得无法获取小尺度或细微的地表特征和变化。地基遥感观测设备主要包括海洋光学光谱仪和大气激光雷达，其中大气激光雷达多用于监测气溶胶和痕量气体，但在监测其他大气成分方面存在不足。因此，对污染源可视化的测量方法已经成为必要，以便更好地解决当前的环境问题。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于地基多轴差分吸收光谱仪的污染源烟羽二维成像方法，结合no2的斜柱浓度和有效观测距离，通过ct重建算法对污染源烟羽进行二维成像可视化，可以有效测量工厂污染源排放的气体浓度，以实现污染源烟羽的可视化测量。
2、为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
3、基于地基多轴差分吸收光谱仪的污染源烟羽二维成像方法，包括以下步骤：
4、步骤1、令地基多轴差分吸收光谱仪的镜头沿绝对北方对齐，来测量污染源烟羽，由此通过地
5、步骤2、根据步骤1中地基多轴差分吸收光谱仪观测得到的o4的差分斜柱浓度、no2的差分斜柱浓度，结合辐射传输模型rtm、最小化价值函数和非线性最优估计算法，反演出o4的消光系数廓线和no2垂直分布廓线；
6、步骤3、将步骤2反演得到的o4的消光系数廓线和no2垂直分布廓线带入辐射传输模型rtm中，辐射传输模型rtm计算出no2的差分大气质量因子，然后结合步骤1通过地基多轴差分吸收光谱仪观测得到的no2差分斜柱浓度，计算出no2的垂直柱浓度；
7、步骤4、基于温度和气压计算o4的密度，然后基于o4的密度计算得到o4的垂直柱浓度，并结合步骤1通过地基多轴差分吸收光谱仪观测得到的o4的差分斜柱浓度，计算得到o4的差分大气质量因子；
8、步骤5、基于步骤3得到的no2的差分大气质量因子、步骤4所得的o4的密度，o4的垂直柱浓度和o4的差分大气质量因子，再结合观测得到的no2的混合层高度，计算得到校正因子；
9、步骤6、基于步骤1得到的o4的差分斜柱浓度、步骤4得到的o4的密度、步骤5得到的校正因子，计算得到no2的有效光程长度；
10、步骤7、采用ct重建算法，基于步骤1得到no2的斜柱浓度、步骤6得到的no2的有效光程长度，对污染源烟羽进行二维成像。
11、进一步的步骤1中，使地基多轴差分吸收光谱仪的镜头沿绝对北方对齐的过程如下：
12、(1.1)首先确定原始绝对北方，使地基多轴差分吸收光谱仪的镜头沿原始绝对北方对齐，并根据天文学公式得到太阳相对方位角；
13、(1.2)然后按设定的恒定高度角，使地基多轴差分吸收光谱仪镜头的方位角从对齐原始绝对北方开始改变，并测量每个改变的方位角下太阳辐射强度；
14、(1.3)接着对测量得到的各个改变的方位角下的太阳辐射强度进行高斯拟合，得到太阳辐射强度最高处对应的方位角；
15、(1.4)结合太阳辐射强度最高处对应的方位角、太阳相对方位角，确定真实的绝对北方，并使地基多轴差分吸收光谱仪的镜头沿绝对北方对齐。
16、进一步的步骤2中，将地基多轴差分吸收光谱仪观测得到的o4的差分斜柱浓度，代入辐射传输模型rtm并采用非线性最优估计算法进行反演，得到o4的消光系数廓线；
17、然后，将反演得到的o4的消光系数廓线和地基多轴差分吸收光谱仪观测得到的no2差分斜柱浓度，代入辐射传输模型rtm中并采用非线性最优估计算法进行反演，得到no2垂直分布廓线。
18、进一步的步骤7中，根据计算得到的no2的有效光程长度的大小，选择ct重建算法中的nnls算法或者sbfm模型算法，对污染源烟羽进行二维成像。
19、进一步的步骤7中，当no2的有效光程长度为0-15m时，选择sbfm模型算法对污染源烟羽进行二维成像；当no2的有效光程长度为15-30m时，选择nnls算法对污染源烟羽进行二维成像。
20、现有技术是采用反射镜获取观测的no2的有效光程长度，而本专利技术采用o4作为no2有效光程长度的示踪剂，即结合o4的差分斜柱浓度、o4的密度校正因子来得到no2的有效光程长度。相比现有技术，本专利技术无须反射镜即可准确得到no2的有效光程长度，具有计算结果准确的优点。
21、现有技术进行污染源烟羽二维成像时，都是使用单一方法进行的，并没有考虑单一方法对于不同no2有效光程长度存在的测量距离不同、成像效果不同的问题。而本专利技术进行二维成像时结合nnls算法和sbfm模型算法，根据no2有效观测距离(即no2的有效光程长度)的大小，从而选择nnls算法或sbfm模型算法，sbfm算法对测量点附近的污染源气体有更好的重构效果，而nnls模型算法对远离测量点的污染源气体源更好的重构效果。因此相比现有技术本专利技术充分考虑了no2有效光程长度不同对二维成像造成的影响，具有成像结果准确、测量范围大的优点。
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1.基于地基多轴差分吸收光谱仪的污染源烟羽二维成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于地基多轴差分吸收光谱仪的污染源烟羽二维成像方法，其特征在于，步骤1中，使地基多轴差分吸收光谱仪的镜头沿绝对北方对齐的过程如下：
3.根据权利要求1所述的基于地基多轴差分吸收光谱仪的污染源烟羽二维成像方法，其特征在于，步骤2中，将地基多轴差分吸收光谱仪观测得到的O4的差分斜柱浓度，代入辐射传输模型RTM并采用非线性最优估计算法进行反演，得到O4的消光系数廓线；
4.根据权利要求1所述的基于地基多轴差分吸收光谱仪的污染源烟羽二维成像方法，其特征在于，步骤7中，根据计算得到的NO2的有效光程长度的大小，选择CT重建算法中的NNLS算法或者SBFM模型算法，对污染源烟羽进行二维成像。
5.根据权利要求4所述的基于地基多轴差分吸收光谱仪的污染源烟羽二维成像方法，其特征在于，步骤7中，当NO2的有效光程长度为0-15m时，选择SBFM模型算法对污染源烟羽进行二维成像；当NO2的有效光程长度为15-30m时，选择NNLS算法对污染源烟羽
...【技术特征摘要】
1.基于地基多轴差分吸收光谱仪的污染源烟羽二维成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于地基多轴差分吸收光谱仪的污染源烟羽二维成像方法，其特征在于，步骤1中，使地基多轴差分吸收光谱仪的镜头沿绝对北方对齐的过程如下：
3.根据权利要求1所述的基于地基多轴差分吸收光谱仪的污染源烟羽二维成像方法，其特征在于，步骤2中，将地基多轴差分吸收光谱仪观测得到的o4的差分斜柱浓度，代入辐射传输模型rtm并采用非线性最优估计算法进行反演，得到o4的消光系数廓线；
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