[发明专利]一种基于ArcGIS的多波长激光雷达数据处理方法

说明书

本发明公开了一种基于ArcGIS的多波长激光雷达数据处理方法，先利用多波长激光雷达采集探测区域内气溶胶信息，再将采集到的信息通过Klett算法反演得到气溶胶光学数据，最后将得到的数据在ArcGIS上用自然邻域法进行分组插值，绘制出距离与消光系数的关系图。本发明提供的数据处理方法对数据进行处理后绘制出的距离‑消光系数关系图配置有地理信息，能直观地显示气溶胶的时空分布范围及走向，为人们快速确定污染源位置和浓度提供了有效的数据支撑。

技术领域

本发明涉及大气遥感探测技术领域，尤其是涉及一种基于ArcGIS的多波长激光雷达数据处理方法。

背景技术

多波长激光雷达是利用激光作为光源，集合光电检测与微弱雷达信号处理技术于一体的遥感探测仪器，是一种高时空分辨率、实时监测大气气溶胶、云及研究其垂直分布、成分和光学厚度等特征的有力工具。其光谱范围宽，可获取气溶胶光学参数丰富，因此用多波长激光雷达来探测大气特性，已成为当今大气遥感探测的主流技术。

但是传统的多波长激光雷达反演数据通过处理后一般只能绘制散点图、折线图、THI图等，需要通过后续分析来判断气溶胶粒子的扩散范围和时空分布，分析处理较为复杂，其无法直观在地图上具体位置显示气溶胶时空演变过程，不能精确的描述污染源的地理信息和时空分布，无法为环保部门提供有效的数据支撑，同时普通人也难以看懂观测结果，无法做到普及使用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于ArcGIS的多波长激光雷达数据处理方法，能在地图上可视化显示探测区域内的气溶胶时空分布范围及走向，结果更为直观，普通人也能看懂。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种基于ArcGIS的多波长激光雷达数据处理方法，先利用多波长激光雷达采集探测区域内气溶胶信息，再将采集到的信息通过Klett算法反演得到气溶胶光学数据，最后将得到的数据在ArcGIS上用自然邻域法进行分组插值，绘制出距离与消光系数的关系图。

更进一步地，在绘制距离与消光系数的关系图时，设置多个气溶胶浓度范围区间，不同区间对应不同的颜色，以用不同颜色来表示气溶胶浓度的变化的梯度。

更进一步地，其特征在于，多波长激光雷达从不同方向上进行测量，每次测量记录数据分为时间和电压两组，记录长度为9000-10000个点数据。

更进一步地，气溶胶信息具体处理方程式如下：

激光雷达方程如下：

式中P(R)为信号回波强度，P₀是发射强度，η₀为光学元件的总效率，Y(R₀)是发射和接收光束的几何重叠因子，c为光速，t_p为激光脉冲宽度，A_R为卡塞格林望远镜孔径面积，β(R)为后向散射系数，α(r)为消光系数；

令得到

假设dβ/dR＝0，得到

α(r)＝-dS/2dR (3)

假设β(R)＝C₀α(R)^k，R≤R_m，那么在高度R处的消光系数可以表示为:

其中，C₀是常数，k的取值由激光雷达发射束的波长和气溶胶类型决定，取值范围是0.67～1.0，假设k的取值一定。

更进一步地，插值方法为自然邻域法、反距离权重法或克里金法中的一种。

本发明的有益效果如下：