[发明专利]气体颗粒物测量方法及装置

说明书

本发明实施例提供了一种气体颗粒物测量方法及装置，可以通过激光雷达对气体颗粒物进行测量，获得雷达回波信号强度；确定分子的消光系数和分子的后向散射系数；将所述雷达回波信号强度、分子的消光系数和分子的后向散射系数输入预设的离散化激光雷达方程中计算获得颗粒物浓度中间参量；将所述颗粒物浓度中间参量输入预设的多项式回归方程中，计算得到颗粒物浓度。由于本发明通过预设的离散化激光雷达方程和预设的多项式回归方程获得了颗粒物浓度，因此本发明仅需通过激光雷达即可实现颗粒物浓度的大范围高精度测量，无需使用PM测量仪，减少了测量时使用仪器的数量，节省了成本。

技术领域

本发明涉及大气探测技术领域，特别是涉及气体颗粒物测量方法及装置。

背景技术

随着中国工业化程度的不断加深，环境污染问题也日益严重。PM2.5和PM10这两类悬浮颗粒物，由于其在空气中的浓度直接影响了人们的身体健康，所以实现对PM2.5和PM10浓度的实时监测有着重要意义。

随着科技的进步与发展，由于气溶胶激光雷达能够测量空气中悬浮颗粒物的光学和微物理特性，气溶胶激光雷达已被应用于大气污染的测量。在激光雷达领域，往往利用气溶胶消光系数的大小来表征空气污染的程度。一般而言，气溶胶消光系数越大，空气污染就越严重，反之则代表空气质量越好。但是，目前的气溶胶激光雷达系统只能得到大气的消光系数和后向散射系数。而消光系数等参数与PM2.5和PM10浓度并无直接的转换公式。因此，一般的测污激光雷达在工作时都会有一台PM测量仪共同运行，通过两者的比较建立消光系数与PM值之间的统计关系。这种方法使用器材较多，造价昂贵。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种气体颗粒物测量方法及装置，以仅通过气溶胶激光雷达实现颗粒物浓度的测量。具体技术方案如下：

一种气体颗粒物测量方法，包括：

通过激光雷达对气体颗粒物进行测量，获得雷达回波信号强度；

确定分子的消光系数和分子的后向散射系数；

将所述雷达回波信号强度、分子的消光系数和分子的后向散射系数输入预设的离散化激光雷达方程中计算获得本次测量过程对应的颗粒物浓度中间参量；

将所述本次测量过程对应的颗粒物浓度中间参量输入预设的多项式回归方程中，计算得到颗粒物浓度，其中，所述多项式回归方程为颗粒物浓度与颗粒物浓度中间参量的多项式回归方程。

可选的，所述预设的离散化激光雷达方程为：

其中，P(λ_i,r_j)为使用波长λ_i的激光雷达信号对气体颗粒物进行测量时，距离激光光源r_j的探测点的雷达回波信号强度；λ_i为激光雷达信号的波长；r_j为探测点到激光光源的距离；A(λ_i)为仪器常数；β_π,m(λ_i,r_j)为分子的后向散射系数；g_π,a(λ_i)为同一探测点的气溶胶的后向散射系数与气溶胶的消光系数的比值；为分子的消光系数对数的平均值；h_k(r_j)为本次测量过程对应的颗粒物浓度中间参量；Ψ_k(λ_i)为本次测量过程对应的气溶胶的消光系数的协方差矩阵的特征向量；σ_m(λ_i,r_l)为分子的消光系数；ω_l为数值积分中求积公式的系数，ω_l＝ln(r_l+1-r_l)；K为Ψ_k(λ_i)的维数；i、j、l均为自然数。

可选的，所述多项式回归方程为：