[发明专利]一种化学成像与高光谱联用的大气遥测方法

说明书

本发明公开了一种化学成像与高光谱联用的大气遥测方法，所述方法包括：建立丰高光谱数据与红外光谱数据库；基于图神经网络、高光谱数据、红外光谱数据库分别建立高光谱、红外光谱检测模型；对目标区域进行高光谱实时监控，对可疑位置进行标记；反馈标记位置到计算机，通过计算机控制红外光谱仪的扫描范围；获取高光谱与红外光谱对目标区域检测后得到的报警区域，并进行精确判断。本发明利用高光谱遥测克服了传统大气遥测速度慢、范围小、不能大面积检测的问题；降低高光谱报警下限的同时使用红外光谱二次检测减少了误报、漏报的情况，大大提高准确率。

技术领域

本发明涉及化学成像技术领域和高光谱技术领域，尤其涉及一种化学成像与高光谱联用的大气遥测方法。

背景技术

近年来，大气污染问题越来越受到国家的重视。其中有机污染物(多环芳烃、挥发性有机物、醛类化合物)是影响较为严重的一类。以挥发性有机化合物(VOC)为例，VOC是指沸点范围在50℃一260℃、室温下饱和蒸气压超过的易挥发性化合物，是光化学烟雾的决定性前体物，也是主要前体物。因此，对于VOC防控治理是提高空气质量的重要途径之一。但是现有的VOC检测仪大部分都是针对室内VOC进行检测，对大气中VOC的检测较少，且存在着检测准确度不高或检测时间较长等缺陷。因此将高光谱技术与红外光谱技术进行联用，利用二次检测提高检测效率与精度。

首先，大气中的VOC都是不可见的气团，因此普通的图像无法对大气中VOC进行检测。而高光谱成像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，它将成像技术与光谱技术相结合，探测目标的二维几何空间及一维光谱信息。利用大气中的VOC在长波红外范围内具有鉴别性的光谱特征体，使用高光谱成像技术可以对大气中的VOC大范围的遥测。

其次，高光谱技术虽然可以大范围的对大气中VOC进行遥测，但是准确度并不高，常有误报，漏报的情况。利用傅氏转换红外线光谱分析仪(FITR)具有高灵敏度和分辨率的特点，可以对大气中VOC进行准确定点检测。同时FTIR可进行实时的多组分同时遥测，所以在多种遥测技术中，FTIR遥测具有其独特的优势，被各国科研人员深入研究用于大气污染的定性定量监测。因此通过高光谱与红外光谱联用可以更快速准确的对大气中的VOC进行遥测。

发明内容

本发明提供了一种化学成像与高光谱联用的大气遥测方法，本发明利用高光谱遥测克服了传统大气遥测速度慢、范围小、不能大面积检测的问题；降低高光谱报警下限的同时使用红外光谱二次检测减少了误报、漏报的情况，大大提高准确率，详见下文描述：

一种化学成像与高光谱联用的大气遥测方法，所述方法包括：

建立丰富的高光谱数据与红外光谱数据库；

基于图神经网络、高光谱数据、红外光谱数据库分别建立高光谱、红外光谱检测模型；

对目标区域进行高光谱实时监控，对可疑位置进行标记；

反馈标记位置到计算机，通过计算机控制红外光谱仪的扫描范围；获取高光谱与红外光谱对目标区域检测后得到的报警区域，并进行精确判断。

其中，所述建立高光谱、红外光谱检测模型具体为：

使用梯度下降求导迭代对输入函数进行求解，对状态及输出值进行迭代；

根据输出值获取输出函数，所述输出函数即为光谱遥测的预测模型；

将采集到的光谱图代入得到需要预测光谱图像的状态，最终带入预测模型，设定阈值，当预测值大于阈值时则为检测到目标气体并进行标记。

进一步地，所述方法还包括：

通过偏最小二乘回归的化学计量学进一步获取监测地区气体成分与浓度信息。

其中，所述通过计算机控制红外光谱仪的扫描范围具体为：