大气背景测量

大气背景测量（共8篇）

大气背景测量 篇1

面向大气背景测量试验的卫星主要用于测试红外相机的性能,大气背景测量试验主要完成对不同波段、不同区域、不同季节、不同观测角、不同气象条件和不同时相下对地球大气背景的多谱段红外辐射特性进行测量,积累红外波段地球大气背景特性数据。面向大气背景测量试验的卫星为中低轨观测卫星,具有试验项目多、任务复杂、星地协同配合要求高、试验难度大以及携带相机具有高像元辨率、高辐射测量精度、单星全球覆盖、信息量丰富等特点。如何调度面向大气背景测量试验的卫星有限的资源以完成尽可能多的任务是一项重要而棘手的难题。现针对此类卫星的背景测量任务规划问题及方法展开研究。

卫星任务规划作为任务规划一般理论与卫星应用技术相结合的专门研究方向,在最近十几年中遵循观测目标和需求的复杂化、观测资源和手段的多样化、规划调度模式、模型和算法智能化、动态化的轨迹发展。[1,2]面向大气背景测量试验的卫星规划问题的研究工作起步较晚,目前仅有美国和俄罗斯等少数国家的研究机构进行过研究。

现通过长短期任务规划相结合的规划方式,长期任务规划主要完成中低纬和高纬背景测量任务及其他周期性任务,短期任务规划主要是输出卫星在短期规划周期内的实际成像计划。在短期滚动任务规划中引入模型控制预测机制,通过卫星轨道预测模型和任务规划模型之间的相互作用,建立一种在线动态滚动式的求解框架。

1 面向大气背景测量试验的卫星任务规划问题

面向大气背景测量试验的卫星任务规划问题就是在多遥感器、多个成像需求的情况下,研究如何生成一个满意的卫星任务规划方案,合理分配卫星资源以完成更多的成像任务,充分发挥成像卫星系统的能力。

1.1 问题输入

面向大气背景测量试验的卫星主要完成用户提出的观测试验需求,包括规划周期、目标任务、卫星平台及遥感器参数等信息。这些要素构成了面向大气背景测量试验的卫星任务规划问题的基本对象。

1.2 问题输出

面向大气背景测量试验的卫星任务规划问题的输出有观测活动编号、载荷开关机时间、跟踪指向序列、试验模式、相机参数等。根据输出结果即可生成卫星上注指令,控制卫星执行相关任务。

1.3 优化目标

与卫星观测相关的规划问题,其优化目标可以有不同的形式,具体决定于卫星使用部门的偏好。针对面向大气背景测量试验的卫星对背景测量目标观测来说,卫星资源规划的优化目标是在完成观测任务对区域目标覆盖率与优先级综合收益最大的情况下,满足用户对负载均衡的要求。

1.4 约束条件

面向大气背景测量试验的卫星进行观测时必须满足一定的约束条件。

1.4.1 遥感器能力

在面向大气背景测量试验的卫星任务规划问题中,真正完成观测任务的是星载遥感器而不是卫星本身,在同一时刻只能执行一项观测任务。

1.4.2 观测时间窗口

卫星高速运行于近地轨道,当地面目标对应的观测场景位于扫描带范围内时卫星才能执行观测任务,使目标得以成像。

1.4.3 存储容量

星载存储器具有一定的存储容量限制。当存储的观测数据达到存储容量时,必须先将存储数据回传至地面站,然后卫星才能执行后续观测。

2 基于MPC的面向大气背景测量试验的卫星任务规划模型

模型预测控制MPC(Model Predictive Control),也称为滚动时域控制(Receding Horizon Control, 简称RHC),是一类基于模型预测控制算法的集合,包括工业过程中常用的动态矩阵控制、模型算法控制及广义预测控制等[3]。MPC是一种基于模型和基于优化的控制,模型预测、滚动优化和反馈校正三大优化原理[4,5],将MPC从单纯地解决控制问题推广到基于优化的广义控制问题。为了解决问题方便,面向大气背景测量试验的卫星任务规划问题可以更加确切的描述为:给定长期任务时域要求[StartTime,EndTime],在此期间有分解的若干个短期任务,按顺序的开始时间为t1,t2,…,tn-1,tn,tn+1,…,tN,其中tn∈[StartTime,EndTime],n=1,2,…,N,表示在长期任务时域[StartTime,EndTime]内共有N次短期任务,也就是存在N个决策时刻点,在具有轨道预测及用户对历史成像数据评估反馈的条件下,需要制定在这些决策时刻点卫星的观测计划,实现对大气背景的最佳观测。

由于单星完成大面积区域目标观测的困难、卫星轨道不能长期精确预测及遥感器性能受限,卫星对移动目标搜索在线任务规划问题是传统的全局规划方法无法解决的。因此在借鉴MPC思想的基础上,把成熟的预测控制原理应用于动态不确定环境下多星滚动规划问题的求解,采用多次在线滚动局部优化代替一次性的全局优化。

结合MPC的思想和多星对移动目标搜索任务规划问题的特点,构建如图1所示的面向大气背景测量试验的卫星任务规划求解框架。

2.1 滚动规划窗口

针对所研究的问题在先于短期滚动规划进行的长期任务规划中可以确定达到用户满意的任务完成率的规划周期T,将该长期规划周期T划分为若干个连续的短期任务规划。短期任务滚动规划窗口大小的确定取决于轨道预测精确度的时效性,即在根据最新的遥测数据得到的轨道根数,以及轨道预测模型的输入,得出的预测结果在多大的时间长度内是相对较为精确的,该周期的确定需要用户根据任务划分结果和影像数据管理模块中比较预测结果与实际轨道根数之间的偏差大小来确定。

图2描述了面向大气背景测量试验的卫星短期任务滚动规划窗口的场景,假设卫星完成一轨的运行时间均为tOrbit在长期任务时域要求卫星完成超过kl+2次的轨道圈次运行,时刻点分别为t1,t2,t3,…,tkl+2…。图中可以看到除了窗口PWk外每个滚动规划窗口是以提供该窗口轨道预测输入的轨道根数的时刻点tPk为开始至卫星完成(k+1)l个轨道圈次的运行时间为止,这也是滚动规划窗口的时域特性,其中窗口PWk由于不能保证每次长期规划周期都能平均分解,最后一个窗口时间是不确定的。某个长期规划分解后的第一个滚动规划窗口PW0是以距离时刻点t0最近的卫星轨道根数为基础的。

2.2 任务规划模型

为了便于表达,设定一下变量:

Targets={target1,target2,…,targetj},1≤j≤AlTargets是需要被观测的区域目标集合,j是区域目标编号,AlTargets是待观测的区域目标总数;

AlTasksj是区域目标j动态分解的单景任务数;

Select${}_{ij}^A$:变量取值为0或1,1表示位于区域目标j中单景任务i被规划执行且有成像载荷A完成,0表示未被规划执行;

LPj:区域目标j的动态调整后的优先级;

arcTask${}_{ij}^A$是具体成像计划中分配给遥感器A的位于区域目标j中的单景任务i的面积,ij表示单景任务i位于区域目标j中;

SelectWin${}_{ij}^A$是位于区域目标j中的单景任务i分配的时间窗口,且由遥感器A来执行观测。

在获得卫星轨道预测模型、定义卫星规划滚动窗口和收益函数的基础上,可以对面向大气背景测量试验的卫星短期滚动任务规划模型进行阐述。

基于滚动窗口的面向大气背景测量试验的卫星短期滚动任务规划的流程如下:

Step1:当规划系统获取第n-1个滚动规划窗口内的距离第n个窗口最近的圈次内的实际轨道根数后,按照短期滚动规划周期等时间信息建立滚动规划窗口PWn≤n,l,Pron,sTimen,eTimen>,其中sTimen为上述实际轨道根数对应的时刻点,eTimen为第n*l个轨道圈次完成的时刻点。

Step2:将获取的位于第n-1个滚动规划窗口内sTimen时刻的卫星轨道根数作为轨道预测模型的输入,对时间区间<sTimen,eTimen>卫星运行轨道进行预测,依据预测结果建立滚动规划窗口PWn的局部优化问题Pron={tp|sTimen≤tp≤eTimen}。并根据预测结果对区域目标进行动态分解成单景任务,并获得卫星观测单景任务的时间窗口,设置或调整区域目标任务优先级。其中分解的单景任务优先级为所在区域目标任务的优先级。

Step3: 采用覆盖率和优先级综合收益最大以及卫星负载均衡等两级优化目标建立局部优化问题Pron={tp|sTimen≤tp≤eTimen}的任务规划模型为

$\begin{array}{l}f\max ={\displaystyle \sum _{1\le j\le Al{\rm T}argets}{\displaystyle \sum _{1\le i\le Al{\rm T}asks}(Select{}_{ij}{}^A\frac{ar{\rm T}ask{}_{ij}{}^A}{ar{\rm T}arget{}_j}L{\rm P}{}_j}}+\\ Select{}_{ij}{}^B\frac{ar{\rm T}ask{}_{ij}{}^B}{ar{\rm T}arget{}_j}L{\rm P}{}_j)；\end{array}$

$\begin{array}{l}f\min =|{\displaystyle \sum _{1\le j\le Al{\rm T}argets}({\displaystyle \sum _{1\le i\le Al{\rm T}ask{}_j}S}elect{}_{ij}SelectWin{}_{ij}^A}-\\ \left({\displaystyle \sum _{1\le i\le Al{\rm T}ask{}_j}S}elect{}_{ij}SelectWin{}_{ij}^B\right)|。\end{array}$

由于卫星短期滚动任务规划的结果是卫星的具体成像计划,所以卫星短期滚动规划模型中除了考虑长期规划模型中提出的约束之外还应该考虑以下约束:

只能在0时刻和上述确定的时刻点进行遥测数据下传活动后才能激活滚动窗口,产生局部优化问题,因此约束

n=0,1,2,…,N-1。

每次规划的时间窗口只能是背激活的滚动窗口Pron={tp|sTimen≤tp≤eTimen},即以此确定规划的起止时间。

卫星存储约束:

$\begin{array}{l}{\displaystyle \sum _{1\le j\le Al{\rm T}argets}{\displaystyle \sum _{1\le i\le Al{\rm T}asks}(}}Select{}_{ij}^{A}Du{\rm T}ime{}_{ij}^{A}m{}_A+\\ Select{}_{ij}^{B}Du{\rm T}ime{}_{ij}^{B}m{}_B)\le {\rm M}\text{卫}\text{星}\text{能}\text{量}\text{约}\text{束}\end{array}$

$\begin{array}{l}{\displaystyle \sum _{1\le j\le Al{\rm T}argets}{\displaystyle \sum _{1\le i\le Al{\rm T}asks}(}}Select{}_{ij}^{A}Du{\rm T}ime{}_{ij}^A\rho {}_A+\\ Select{}_{ij}^{B}Du{\rm T}ime{}_{ij}^B\rho {}_B)\le {\rm P}。\end{array}$

Step4:针对滚动窗口Pron={tp|sTimen≤tp≤eTimen}内的问题模型进行求解,获取卫星及遥感器的最佳搜索行动,并上传指令控制卫星执行。

Step5:当n=N-1时规划结束。

3 面向大气背景测量试验的卫星任务规划求解算法

卫星观测调度为NP-hard问题[6],变量规模巨大,采用精确算法难于求解。卫星对点目标的调度中,多采用启发式算法[7,8,9]、智能优化算法求解,禁忌搜索算法被证明求解较大规模的卫星规划问题较为理想。

3.1 邻域设计

设计了两种邻域结构。

3.1.1 邻域

插入邻域的功能是将尚未安排的观测活动(对单景任务的可见窗口)插入到当前解中某个观测活动之后。

3.1.2 替换邻域

替换邻域包括两种方式的替换,一是将尚未安排的收益较高的观测活动来替换当前解活动序列中的某个已安排的收益较低的活动,二是删除已安排的某活动来增大其他尚未安排的活动的机会。

3.2 禁忌列表

选用移动操作作为禁忌对象,禁止搜索过程在一定的迭代次数内重复前面达到局部最优的状态。

3.3 特赦规则

在本文所设计的禁忌搜索过程中,采用了两种特赦规则:① 如果某个当前处于禁忌状态的解优于当前解,那么可以接受向该禁忌解的移动;② 如果候选解集中全部候选解都被禁忌时,而①的规则又无法使程序继续下去,此时从候选解集中选一个质量最好的解禁。

3.4 候选解的接受准则

在禁忌搜索的每一步迭代过程中,都需要比较候选解集中全部候选解的质量,并且接受的都是候选解集中满足特赦规则的最佳候选解或是非禁忌的最佳候选解。

3.5 终止规则

设计的禁忌搜索过程采用了两条规则来判断搜索是否应该终止:① 判断当前解的邻域是否不包含任何可行的候选解,若是,则停止搜索过程;② 判断目前迭代次数是否大于最大迭代次数限制,如大于,则终止禁忌搜索过程。

3.6 最优解信息保留

由于禁忌搜索会接受比当前解质量较差的候选解,在整个搜索过程中解的质量并不是稳定上升的,且采用此算法希望得到一系列满足第一级优化目标(综合收益最大)的解,再从这些在第一级优化目标收益差异不大的解中选取满足第二级优化目标的解作为最优解。

3.7 算法流程

4 仿真实验

由于禁忌搜索局部搜索算法在理论上很难证明解的最优性,采用了实际中广泛采用的大规模计算分析法,在搜索初始时设置一个Δλ值,表示各个相邻两次搜索得出局部最优解第一级优化目标收益的差值比例,通过设置不同的Δλ值对算法对模型的适应性和求解效果进行分析。

4.1 计算实例的主要参数

区域目标与长期任务规划算法实例中保持一致。动态调整后对应的优先级分别为5和7。卫星轨道根数数据在卫星历史轨道数据中随机选择。规划周期依据实际情况及应用经验,为达到轨道预测精度与规划规模控制的要求,短期任务规划的周期选择为7天。Δλ值分别选择5%、10%、15%、20%和25%等五个最优覆盖率与优先级收益差异比例。禁忌搜索算法迭代总数上限为2000次。其他卫星资源等约束依据实际情况进行设置。

4.2 计算结果

每个Δλ值运算十次,最后取各Δλ值运算结果的均值作为用户最终选择的评价基础。

不同Δλ对覆盖率及优先级综合收益的综合影响如图4分析所示。

不同Δλ值对综合收益的影响来说是随机的,这种随机性取决于禁忌搜索算法的随机性,与Δλ值的选取没有决定性的关系。

不同Δλ对负载均衡指标优化目标的综合影响如图5分析所示。

由图5可以看出,随着Δλ的增加,负载均衡指标先是迅速减小,在Δλ增加到15%之后负载均衡指标减小的趋势变缓,增加到25%之后负载均衡指标在减小的总体趋势下,曲线趋于平缓。说明Δλ值的选择对负载均衡指标的影响还是十分大的,Δλ值的增加使得最优解列表中保存迭代过程中的最优解值范围变大,使得负载均衡指标的降低空间也变大,使得达到第二级优化目标要求的可能性增加。

5 结束语

数学模型是求解面向大气背景测量试验的卫星任务规划问题的基础,论文分析了面向大气背景测量试验的卫星的观测特点,在分析任务规划的系统性和时效性、实际约束及输入输出分析的基础上,采用长短期任务规划相结合的规划方式解决面向大气背景测量试验的卫星任务规划问题。建立了基于模型预测控制(MPC)的短期滚动规划模型。

鉴于问题的复杂程度,本文采用了分级优化策略,设计了禁忌搜索求解算法,并对算法的性能进行了分析。应用实例表明,所给出的方法能够得到满意的任务规划方案,据有很强的实用价值。

参考文献

[1]邢立宁,陈英武.任务规划系统研究综述.火力与指挥控制,2006;31(4):241—244

[2]徐一帆.天基海洋移动目标监视的联合调度问题研究.长沙:国防科学技术大学,2009

[3]白国庆.区域普查试验卫星任务规划方法与应用研究.长沙:国防科学技术大学,2011

[4]席裕庚.动态不确定环境下广义控制问题的预测控制.控制理论与应用,2000;17(5):665—670

[5]徐祖华.模型预测控制理论及应用研究.浙江大学,2004

[6] Bensana E,Verfaillie G,Bataillie N,et al.Exact&INEXACTmethods for daily management of earth observation satellite.Proceed-ings of the 4th International Symposium on Space Mission Operationsand Ground Data Systems,Germany:European Space Agency,1996:507—514

[7] Cohen R.Automated spacecraft scheduling-the ASTER example.Ground system architectures workshop.Technical Report20060030755,USA:Nasa Center,Jet Propulsion Laboratory,2002

[8]徐雪仁,宫鹏,黄学智,等.资源卫星(可见光)遥感数据获取任务调度优化算法研究.遥感学报,2007;11(1):109—114

[9] Bianchessi N.Multi-orbit and multi-user management of earth obser-vation satellites.European Journal of Operational Research:(S0377—2217),2005;177(2):750—762

大气背景测量 篇2

GPS测量的中性大气折射改正的研究

中性大气对GPS信号的折射影响是GPS测量的重要误差源之一.测量定位的垂直分量精度的`提高,受到中性大气延迟改正程度很强制约.本文首先介绍中性大气延迟量的计算方法和估算中性大气对基线测量影响的公式,然后比较不同气象参数对计算延迟的影响和分析不同改正模型的模拟计算结果.通过比较分析,得到一些有益的结论.文章特别分析了实际应用Saastamoinen模型和Hopfield模型时应注意的问题.

作 者：欧吉坤 Ou Jikun  作者单位：中国科学院测量与地球物理研究所,武汉,430077 刊 名：测绘学报  ISTIC EI PKU英文刊名：ACTA GEODAETICA ET CARTOGRAPHICA SINICA 年，卷(期)： 27(1) 分类号：P228 关键词：GPS测量   中性大气折射   信号延迟改正  

大气环境监测的数字化测量 篇3

1、数字化监测概述

在虚拟仪器应用基础上, 数字化测量建立起来, 结合SQLsenrer7.0及数据库技术等的应用, 形成了网络技术和虚拟仪器的有机集合, 构成环境监测远程操作系统。该系统包含服务器和客户端两个功能模块, 如图1所示:

数据服务器的功能主要是为数据的上传和交换提供足够的存储空间, 客户可以直接通过网络平台对数据服务器进行访问, 客户在发出提取数据的请求以后, 网络服务器根据数据分析结果提供网络连接功能, 采样服务器的功能主要是采集信息, 包含数字化的分析、处理和记录等, 然后将数字信息存储于数据库, 还具有手动输入参数的功能。

客户端模块在数字化监测系统中具有重要的作用, 是对服务器模块中的各种数据的查询和处理, 为研究环境监测提供数据。此外客户端模块还具有研究的功能, 针对不同客户的要求, 进行监测研究, 从而得到客户需要的结果。客户端模块主要包含数据查询、数据接收和数据处理几部分, 这些子模块结合在一起, 构成数字化监测的资源。

在整个过程中, 控制模块发挥着桥梁和纽带作用, 能够方便的为用户提供查询的途径。数据服务器可以根据用户提出的请求, 对请求的格式进行组织, 向服务器模块提出请求, 并对结果进行监控, 进而反馈给客户。客户端模块中的数据处理子模块能够根据服务器模块中的数据处理模块提出的数据处理要求, 通过数值、图形等形式将处理的结果展示给客户。由于在对大气环境进行监测是, 大气环境具有不稳定性, 因此要求监测具有实时性的特点, 这也是环境监测的重点, 应该成为环境监测学者所关注的重点问题。

2、大气环境监测及监测对象

在我国, 大气环境监测工作的起步比较晚, 但是受重视的程度非常高, 主要是因为政府对这方面的工作非常重视, 也制定了相关的法律法规来规范大气环境监测工作, 也使大气环境监测的方法得到了规范。同时, 环境监测质量抱枕该体系以及监测工作人员的专业技术也再不断的提高, 进一步促进了监测质量的提升, 为高水平的环境监测预警体系的建设提供了基础。

对于大气环境监测对象来说, 主要是针对二氧化硫、颗粒状物质以及氮氧化物等, 空气的质量受这些物质的影响非常大, 这些物质与其它一些物质很容易发生化学反应, 极易对环境造成二次污染。一般来说, 空气中的颗粒状物质构成成分非常复杂, 而且具有多边形、不稳定性及危害性。所以, 对大气中的颗粒状物质进行监测时, 主要针对可吸入颗粒物的浓度、总悬浮颗粒物进行测定及监测, 同时, 对颗粒的化学成分、降尘量及粒度分布等也要进行监测。对大气中的二氧化硫进行监测时, 采取的主要方法有电导法、火焰光度法、针试剂分光度法、四氯汞钾溶液吸收-盐酸副玫瑰苯胺分光光度法、紫外荧光法等。对于大气污染来说, 除了二氧化硫及颗粒物污染意外, 氮氧化物也是主要的污染来源之一。尽管对氮氧化物的监测在目前来说还不是很关注, 但是随着我国经济的发展和城市化进程的加快, 城市车辆数目的增加和工业化进程的加快, 氮氧化物在空气中的含量也越来越高, 对其进行监测必然会成为大气环境监测的主要工作内容。

3、大气环境监测质量控制措施

对大气环境监测质量的控制, 主要通过对配套监测设施进行科学的管理和技术控制来实现, 从而保证监测数据的准确性和可靠性。进行环境监测质量控制时, 要从每一个环节入手, 包含采样、分析及处理环节, 做到认真细致。在采样环节, 要注意对采样点的布置, 采样点必须要具有代表性, 只有这样才能反映出该地区的一般污染浓度水平;其次, 对采样流量要在监测前进行统一的校准, 降低由于流量误差引起的监测误差, 使监测的可靠性和准确性得到提高;第三, 对采样时间也要严格进行控制, 在样品传递过程中, 每一个工作人员都要明确自己的责任与义务, 保证完整的交接样品。

进行实验室分析时, 首先要做好基础的工作, 从实验室环节加强对监测质量的控制, 可以通过严密的实验室间及实验室内控制得到准确的数据, 防止出现人为因素造成的误差;在对二氧化硫及氮氧化物进行分析的过程中, 要严格控制标准曲线的计算因子及线性规律;对试剂空白进行测定以及样品进行控制时, 要保证所测样本的浓度和原来的标准曲线浓度之间的误差不超过规定范围。

在监测过程中, 要保证质量监控和标样的一致性, 不管是从标样的使用和分析误差的要求上, 对环境进行分析是, 化探分析的一套监控制度都是可以参考的, 一定程度上也提高了环境监测的质量, 也可以对环境分析方法的准确程度进行验证。

结束语

经过本文的研究可以发现, 环境监测质量的控制对环境监测及保护具有重要的意义, 因此在实际工作中要注重对监测方法的选择, 监测人员要严格按照操作规程进行操作, 将误差降低到最小范围, 保证测试结果的准确性, 能够真实的反映出大气环境的状态, 从而提供给决策者可靠的依据。

摘要：本文对数字化监测系统进行简单的分析, 阐述了数字化测量技术在大气环境监测领域的应用。大气环境质量监测主要是针对空气中的二氧化硫、颗粒状物质及氮氧化物等进行监测。目前, 对大气环境监测工作提出了更高的要求, 规范了监测方法, 对环境监测质量保证体系及环境检测人员也同样提出了高要求。文章主要针对大气环境监测质量的提高提出了一些建议。

关键词：大气环境监测,数字化测量,质量控制

参考文献

[1]芦胜华.如何做好大气环境监测的质量保证[J].江西化工, 2011 (4) .

[2]王秀梅, 张淑红.大气环境监测的应用及布点方法[J].北方环境, 2011 (7) .

[3]曹国东.遥感技术在大气环境监测中的应用[J].内蒙古科技与经济, 2010 (7) .

[4]聂永.大气环境监测的数字化测量[J].科技与企业, 2013 (13) .

浅析大气环境监测的数字化测量 篇4

1 数字化监测的概述

数字化测量是结合SQLsenrer7.0的软件开发工具, 将数据库信息和网络技术以及虚拟仪器设备相结合。通过这种技术对大气环境进行远程监测操作。数字化监测系统包含两大功能模板:一个是为了方便后台处理数据的服务器模板, 另一个是为客户提供录入和反馈数据的客户端功能模板。

1.1 服务器功能模板

后台数据处理的服务器模板包含信息采样、数据处理和网络服务三个部分。

信息采样主要是将采集的样本信息转化成数字化的形式录入到网络服务器中, 并在后台进行分析和数据处理, 再将处理完的信息存入到数据库之中。数据服务器主要是为上传和传输数据提供存数空间, 客户可以通过互联网等网络服务器直接访问数据服务器, 当服务器接收到客户发出的数据请求之后, 将其提供的数据储存起来, 进行网络连接, 根据客服提供的数据信息和请求, 将其组织成系统性的格式语言反馈给服务器模板, 对其进行数据处理, 最后得出监测结论提供给客户。

1.2 客户端功能模板

客户端功能模板包括对数据的查询、数据的接收以及数据的系统分析和处理。

客户端模板是将客户录入的数据进行接收和系统的分析和处理, 它还可以将分析出的理论数据, 通过数值或图形的形式, 更加简洁明了的呈现给客户。这些数据具有实时变化性, 也就是说, 不同时间所呈现的数据不同, 其监测出来的结果也具有变化性。

2 大气环境监测及监测对象

想要从根本上改善大气环境, 首先需要对当今大气环境的主要状况进行了解, 查找出大气环境污染中存在的主要问题, 从污染源头进行控制。而若想得到大气污染的系统性数据, 大气环境的监测便成为了保护大气环境的提前, 它能够及时准确、全面地反映大气环境的质量和变化趋势, 更能够看出环境的系统性变化。虽然我国对于大气环境监测工作的起步比较晚, 但是却十分重视, 因为它已经严重影响了人们的日常生活和人类身心的健康。因此国家制定了相应的制度对其进行监督, 也通过电视媒体、网络媒体进行宣传、呼吁企业和个人从自身做起保护大气环境, 增加人们的环境保护意识, 进一步促进了监测质量的提升。

现如今, 对于参与到环境监测的工作人员要求不断提高, 不仅需要其具备相应的环境监测技能水平, 还需要有较高的个人素质基础, 增强自身的环境保护意识;对于大气环境监测管理者来说需要不断完善改进监测制度, 研究出更多科学有效的方法, 提高监测质量和效率。

大气环境监测主要是对空气中有害物质进行监测, 比如二氧化硫、颗粒状物质以及氮氧化物, 这些有害物质对空气的影响非常大, 他们不仅直接危害大气环境, 而且极易发生化学反应, 对环境造成二次污染。

一般来说, 大气中的颗粒状污染物包含的成分比较多, 这些成分都存在不稳定性和危害性。因此对于大气中颗粒状物的监测主要是针对可吸入颗粒状物的浓度、悬浮颗粒物, 以及对颗粒物的化学成分、颗粒分布和降尘量进行研究和数据分析。而对于二氧化硫的监测主要有“电导法”“、针试剂分光光度法”“、火焰光度发”“、紫外荧光法”等监测方法;除此之外, 大气中还存在氮氧化物, 氮氧化物主要是汽车尾气的排放造成的, 因为人民生活水平的不断提高, 对于汽车等私人交通代步工具的需求日益增加, 所以近些年来汽车数量不断增长, 使得汽车尾气排放出来的氮氧化物也日益严重, 但是目前对于这一现象还没有找到可以直接控制排放量的解决方法, 所以还要进一步加强对氮氧化物的监测, 尽量减少氮氧化物的排放, 尽快找出解决办法。

3 提高大气环境监测质量的措施

大气环境质量监测控制首先是从空气样本的采集、分析和处理过程进行严格控制, 其次是在实验室分析和数据处理上通过减小误差来提高准确性, 从而保证大气环境监测数据的可靠性和准确性。

3.1 数据采样、分析和处理

对于大气环境监测, 每一个细小的环节都要做到严谨的控制, 每一步都要细致准确, 将误差降低到最低。这些细节主要包含数据的采样、数据的系统分析和处理三个方面。

在日常的大气环境监测之中, 采集样本是进行大气环境监测的第一步, 往往采样会被误认为是最简单的工作, 因此也常常被人忽视, 但其实与之相反, 采样其实是最关键的部分之一。在大气监测中, 如果采样的方法不正确或者不规范, 那么后期不管研究多么仔细、数据分析多么精确都是徒劳无功。

在采样环节, 要注意对采样点的选择, 采样点必须要具有代表性, 它需要反映出该地区的一般污染浓度和污染水平;对采样的时间也要进行严格的控制, 气体采样完成之后, 需要在采样器上及时做好标志和注明, 填写相应的采样记录;在样品的传递过程中, 每一个工作人员都要明确自己的职责和工作任务, 提高自己的工作效率和准确率, 保证完成交接样品。

3.2 实验室数据分析

再将数据带入到实验室进行分析和数据处理时, 首先要先控制好实验室的环境质量, 保证实验室的环境不会影响到采集的数据样本。在监测环境时, 要细致准确, 防止因为人为因素或操作失误造成的监测数据误差;在进行监测操作时, 要确保质量监控与标样的一致性, 无论是从标样的使用还是分析误差上, 都要严格按照操作管理方法规定, 避免操作失误, 从而保证大气监测工作质量的准确性, 提高监测质量。

4 结束语

总而言之, 伴随着工业革命的推进, 工业化的不断加重, 环境污染问题还在持续, 大气环境污染依然是现今环境污染重最严重的问题之一, 所以保护和治理大气污染也是我们面临的主要问题, 提高对大气环境质量监测, 保证监测数据的准确性和可靠性更具有现实意义。

将数字化测量和大气环境监测相结合, 应用到实际的检测过程中, 不但提高了环境监测人员监测环境的效率, 还使得监测数据更加准确、实时变化性更加明显, 让人们可以更加清晰准确地了解大气环境的实时变化数据和趋势。对于大气环境监测工作人员来说, 积极的将数字化测量技术应用到实际操作之中, 可以实现虚拟工作流程模拟, 可以提高工作效率和监测结果的准确性和可靠性, 为治理大气环境提供可靠地理论数据。

参考文献

[1]张培, 谢寅凯.浅谈大气环境监测之中的数字化测量[J].化工管理, 2014, 9:154.

[2]谭伟红.大气环境监测的数字化测量探究[J].中国高新技术企业, 2014, 21:1-2.

[3]宋晨光, 郝菁.简述大气环境监测的数字化测量分析[J].环境与生活, 2014, 20:84-85.

大气环境监测的数字化测量分析 篇5

1 大气环境的数字化监测系统

大气环境监测的数字化测量是在SQLsenrer7.0软件和数据库技术等现代信息技术的基础上, 以虚拟仪器进行应用的一种环境监测远程操作系统。其主要可以分为两个子模块:服务器子模块和客户端子模块。其服务器子模块中包含网络服务器、采样服务器和数据服务器等, 其客户端子模块中包含数据查询、数据接收以及数据处理等功能。其中, 数据服务器可以通过网络进行数据的上传、交换, 并提供信息的存储空间等。客户通过网络可以对数据服务器进行访问, 而数据服务器根据客户的请求来实现数据的提取功能等。此外, 采样服务器主要是负责对采样信息进行记录、数字化分析和处理等, 并将信息数据存储进数据库中。

客户端子模块是大气环境监测的数字化测量中最为重要的组成部分, 其自身不但具有传递信息数据的作用, 还具有研究分析的功能, 根据客户的不同需求进行数据的处理, 并通过数值形式、图形形式等像客户展现。其所呈现的监测数据信息具有实时性, 其不同时间所呈现出的监测数据具有很大的变化, 增加了大气环境监测工作的难度。因此, 很多专家血脂都致力于对大气环境监测的技术分析, 希望能够为大气环境监测提供强大的技术支持, 以提高大气环境监测工作的简便性和监测数据的准确性和及时性。

2 大气环境的监测工作

在我国, 大气环境的监测工作与国外相比起步较晚。但随着我国政府对于环境保护的关注度不断提高, 以及相关法律法规的不断完善, 其大气环境的监测工作也变得日趋规范和健全。对于我国大气环境的监测工作, 其大气环境监测的工作仍然需要具备一定的环境监测技术、能力和知识的专业性, 并需要不断的提高和加强, 这样才能够进一步的推动我国环境监测工作的发展和完善, 形成先进和完善的环境监测质量保障体系和环境监测的预警体系。

大气环境监测工作主要是对大气环境中的颗粒状物质、氮氧化物以及二氧化硫等物质进行监测。这些物质的含量不仅会影响空气的质量, 同时也会与其他物质发生化学反映, 对大气环境进行二次污染。所以, 对于大气环境监测工作的要求就是其监测的准确性和可靠性。

通常来说, 大气环境中的物质成分比较复杂, 而且其成分存在着多变性和不确定性。因此, 大气监测工作就需要对大气中的总悬浮物进行监测, 对于可吸入的颗粒物质的浓度进行监测, 以及对颗粒物质的化学成分、分布情况以及降尘量等进行监测。像对二氧化硫的监测方法主要有电导法、针试剂分光度法、火焰光度法以及甲醛缓冲溶液吸收———盐酸副玫瑰苯胺分光光度法等等。此外, 大气污染中还有一项物质成分不能够被忽略, 就是氮氧化物。随着工业的不断发展和汽车数目的不断增多, 其氮氧化物对于大气环境的污染也是非常严重的, 但是目前对于氮氧化物的监测工作仍还存在不足, 需要进一步的强化。

3 大气环境监测的质量控制措施

所谓大气环境监测的质量控制主要是指, 对环境监测的技术和管理等进行相关的控制, 以保证大气环境监测数据的准确性和可靠性。其大气环境监测的质量控制主要包括以下环节:采样、分析以及数据处理等。在采样环节, 需要对采样点的设置上保证其代表性和均匀性, 使其能够反映出大气环境污染浓度的一般性。其次, 在大气环境监测中需要对采样流量进行统一的标准管理, 防止流量误差影响大气环境监测数据的准确性和可靠性。再次, 要控制好采样的时间, 将采样责任下放于各个环节的工作人员身上, 保证采样样品能够做到完整的交接。

在分析环节, 需要对实验室进行严格的控制, 防止因为认为操作失误导致监测数据的误差。其次, 在对大气颗粒物质的检测分析中, 需要严格的进行标准曲线的绘制与计算, 以防止误差因素影响监测数据分析的准确性。再次, 对监测样品进行严格的控制, 确保试验分析浓度与标准曲线相适应, 其误差应该控制在规定的范围之内。

4 结语

综上所述可以知道, 对大气环境进行监测是环境保护的重要一环, 而对大气环境监测工作进行质量控制则更具有这非常重要的现实意义。而大气环境监测的数字化测量能够有效的对环境监测工作进行质量控制, 保证监测数据的准确性和可靠性, 但仍存在着不断发展和完善的空间。

参考文献

[1]刘芳凤.浅谈大气环境监测的数字化测量[J].科技风, 2013 (17) .

[2]聂永.大气环境监测的数字化测量[J].科技与企业, 2013 (13) .

大气背景测量 篇6

一、激光雷达测量大气温度

大气温度的测量, 通常是以探空气球来进行量测, 范围大约是从地表到三十公里, 或是使用探空火箭与卫星来对更高的高度做温度测量。近年来利用激光雷达技术也能实时测量大气温度的分布。由于是直接量测自空气返回的雷射散射光, 地面的侦测装置可以立即接收到高空 (100km约需600μs) 的散射光讯号。因此雷射可以应用在对大气的“实时遥测”, 其原理就是应用雷射在穿透介质时与介质的各种作用, 观测空气与雷射作用后发出的讯号, 能提供空气以及空气中其它组成分子的许多重要信息, 例如空气的压力、密度、温度、湿度、风速等等, 对于空气及地球环境监测有重要的应用价值。地球大气中氮气与氧气分子占了绝大多数, 其它的气体和微粒 (aerosol) 在大气中只占了小部分, 当光的电磁场影响到远较光的波长为小的气体分子的时候, 介子受光所感生的电偶极辐射称为Rayleigh散射。利用Rayleigh散射量测温度的最大的缺点就是低空的限制, 这个限制主要是因为地面大气中的微粒。微粒的大小从数个到几百个微米 (μm) 不等, 相当于激光雷达所使用的雷射光波长, 它受光影响所发出的辐射为Mie散射, 波长与Rayleigh散射相同, 但散射截面大1, 000倍, 所以微粒的Mie散射与空气的Rayleigh散射就混杂在一起而无法区分。

既然利用Rayleigh散射来测温度的方法不适用于低空, 因此低空温度的测量必须利用其它的方法, 例如Raman散射。空气分子将光吸收后激发至新的振动和转动态, 而辐射出该分子特有的振动与转动光谱, 这就是Raman散射光谱的一种。因此选择特定的波长范围作测量就可以了解某种分子的状态与分布。温度的不同会影响到分子振动与转动态的分布机率, 所以测量Raman散射光谱的强度分布变化就能得到大气的温度分布。

二、紫外差分吸收激光雷达测量平流层臭氧

在进行激光雷达对大气水汽空间分布测量时, Schotland提出了差分吸收激光雷达的基本概念。两束激光 (波长极为相近) , 由DIAL激光雷达发射出, 这两束激光中, 有一束被待测气体大量吸收, 是波长为λon的激光;另一束并没被待测气体吸收或者是吸收的很少, 这束激光的波长为λoff。通过对两束激光回波强度的检测可以推算待测气体分子的浓度。

激光雷达方程和UV-DIAL测量臭氧方法

一束激光发射到大气中, 它的波长为λ、脉冲能量为E, 假如高度Z处的臭氧浓度为n (z) , 则激光雷达接收到的回波光子数满足激光雷达方程为:

这里Ki代表的是激光雷达系统效率、h代表的是Plank常数、c代表的是光速, αi是波长为λi的臭氧吸收截面, βi (z) 代表的是大气后向散射系数, αi (z) 代表的是消光系, 二者的两个组成部分都是气溶胶还有气体分子。由方程 (1) , 那么平流层臭氧分子浓度可以利用UV-DIAL激光雷达测量得到, z和z'=z+z大气厚度层内的平均臭氧浓度N (z) 可以由下式计算:

这里, 臭氧吸收截面差Δσ=Δσon-Δσoff, 其中αA代表的是气溶胶的消光系数, αM代表的是分子的消光系数。

计算背景、原始数据平滑及求微分或差分数据处理是主要的数据处理, 计算臭氧数密度及进行气溶胶影响的订正。波长308 nm处臭氧吸收截面随温度变化, 这里按下式进行温度修正:σ308= (12.87+3.0575×10-2T+1.6156×10-4T2) ×10-20cm2 (3)

其中℃是T的单位。波长355nm的臭氧吸收截面为613×10-23cm2。通过对气压和气温的计算, 可以计算出后向散射系数, 也可以计算大气气体分子的消光系数。进行气溶胶订正时, 利用532nm波长探测的平流层气溶胶的散射比, 经波长变换后订正气溶胶的影响。

三、结语

通过学习激光遥感技术, 了解到激光遥感技术在大气参数测量中的重要性, 并体会到激光遥感技术在大气参数的测量的应用日益广泛。因此, 了解并掌握激光雷达的探测原理和方法对于天气分析和预报有着十分重要的作用和意义。

参考文献

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[4]Liu ZS, Wu D, Liu JT, etal.Low 2 altitu deat mosphe ric wind measure ment from the combined Mieand Ray leigh back scattering by Dopplerlidar withaniodinefilter[J].Appl Opt, 2002, 41 (33) :7079~7086

[5]AlvarezRJ, Caldwell LM, YHLi, etal.High spect ralre solution lidar measure men to ftroposp her icbacks catterratiou sing barium at omic blocking filters[J].J of Atmospheric and Oceanic Technology, 1990, 7 (6) :876

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[7]Korb CL, Gentry BM, Li SX.Edgetechnique Doppler lidar wind measure mentswithhigh verticalresolution[J].Appl Opt, 1997, 36:597

大气背景测量 篇7

关键词：环境监测,数字化,测量

在我国, 大气污染已经面临着十分严重的问题。特别是近些年以来, 排放量在不断增加的SO2, 这也使得我国的酸雨在一定程度上发展得十分地迅速。现如今, 已经占到了国土面积的百分之四十左右, 1997年, 我国有44个城市的年平均降水的PH<5.6, 几乎占到了所统计的城市的一般左右。因为地球上水体污染以及相关的供水设施的相关供应显得严重不足, 这在一定程度上导致全世界有10亿多的相关人口不能够得到较为安全的饮用水, 中国的江河湖泊的也是受到了较为严重的污染, 这些状况都使得人们对此非常担心。比如就19978年的相关情况为例, 全国的污水排放大约是每一天1.3亿吨左右, 这之中有百分之八十的没有经过正规工序的处理而直接排放到流经的河段, 这些污水都不能够直接饮用, 使得接近一半的城市污水受到污染。

随着环境污染的形势越来越严峻, 对环境质量的实时监测显得尤为重要, 对相关的污染源进行较为合理的治理以及监督监测显得尤为重要, 这是全国的环境保护工作者所面临的一项十分重要任务。当前, 传统意义上的一些环境监测仪器仪表往往存在较多的缺点, 比如功能单一、人机交互差、灵活性较差等。在另一方面, 在环境监测之中的各种相关仪器, 比如说各种光学、光谱学分析监测相关的仪器, 它们往往存在许多自身的一些缺陷:体积庞大、价格昂贵等, 这在一定程度上使得相应的环境监测条件显得比较苛刻。然而环境监测的智能仪器虽然能够在一定程度上解决一些相关测量问题, 比如说单参量或者是部分多参量的, 但是由于面板显示的不直观性以及内部固化结构存在相应的局限性, 这使得许多的任务以及多参量测量的相关问题不能够得到较好地解决。

这些年以来, 人们对于环境监测要求的在不断地提高, 一些相应的环境监测仪器在一定程度上不仅仅需要进行在线的实时分析监测, 还应该对多参量以及多任务的测量进行相关的适应, 并且对于相应的监测对象进行随时变换, 从而能够较为顺利地完成相应的监测任务。

伴随着网络通信技术的快速发展, 相关的信息传输以及资源的配置也慢慢地变得十分地合理, 也在一定程度上使得资源的重复建造能够得到有效地避免。远程虚拟仪器技术是在虚拟仪器与计算机网络技术的结合之下才产生的。环境监测的数字化测量就是以计算机系统以及数据采集卡为相应的硬件平台, 并以相应的软件为中心, 将相关的应用程序与数据库、网络、通信等相应的技术相结合起来, 从而在一定程度上可以进行相关实时监测以及相应的数据共享。

一、关于数字化监测系统的相关总体设计

这个系统为C/S模式, 系统需要实现以下的四项功能, 主要包括有数据采集、数据存储、数据传输以及数据分析。相关的系统可以从系统目标的角度划分为服务器功能模块以及客户端功能模块这两大相应的功能模块。在这其中, 相应的服务器功能模块的各子模块可分别安装在相应的数据服务器、网络服务器以及采样服务器之上。服务器功能模块的主要任务是负责相关的数据采样、存储, 然后对于相关客户端提取相应数据的请求进行相关的响应、查询, 并在此基础上返回相关的数据, 最后进行相关的网络服务。在这里客户端模块的主要功能就是进行用户控制、提出相应的查询请求、接受相关的数据、分析相关的数据、显示相关的结果、最后给出相关的提示等。这些相关的设计能够使得客户端与服务器的相应功能能够在一定程度上相互独立, 并且相应的逻辑关系简单, 从而在一定程度上能够使得系统功能的可靠性得到有效地增强。

1. 关于服务器模块的总体设计

数据服务器与网络服务器是一对一的相应关系, 并且在同一站点上, 我们可以在一定程度上将相关的数据服务器作为是网络服务器数据存储设备的一种相应的延伸。在通过网络服务器的相应许可之后, 相应的客户就能够直接与相应的数据服务器相连接, 从而在一定程度上获得高速的数据传输。因此, 在服务器端, 数据服务器是相应核心, 它能够负责在一定程度上响应客户所提出的有关数据查询请求、数据查询、数据返回以及相应的数据存储。

2. 关于客户端模块的相关总体设计

在相应的监测过程之中, 相关的客户端发挥着很重要的操作平台的作用, 相应的采集数据可以从相应的服务器之上获得, 并在此基础之上通过各种不同的相关形式来进行显示, 从而能够为相关的监测分析提供一些相应的基础数据。相应的客户端模块主要是由用户控制、提出要求、接收数据、分析数据、显示结果以及给出相应的提示这六个相关的子模块组成。

二、数字化监测系统的相关实现

1. 数据采集的相关实现

由计算机以及I/O接口设备两部分组成相关的虚拟仪器的相应硬件平台。I/O接口设备主要任务就是负责执行信号的输入采集以及放大、模与数的转换等相关的任务。对于单台的虚拟仪器来说, Labwindows/CVI所涉及的I/0接口设备就是所谓的数据采集卡。对于多台虚拟仪器所组成仪器测量控制系统时, Lab Windows/CVI所涉及的L/O接口设备就是总线, 总线类型有GPIB/GPIB488.2总线、RS232总线、VISA总线和VXI总线.

2. 数据传输实现

现如今, 虽然有许多的较为优秀的可视化程序设计的相关工具, 但是, API函数仍旧是构造这些相应的程序的相关基础, API函数作为windows平台之上的应用程序以及系统交换信息的一种核心技术, 它在一定程度上是一切应用程序的相关基础。最后我们可以连接好相应的数据源, 再对于驱动程序的相关信息进行给出、并在提出s QL请求之后, 便可以由相应的ODBc对数据通信的相关任务来进行完成。

参考文献

[1]匡跃辉, 环境污染热点问题初探[J].中国人口·资源与环境, 2000, 10 (专刊) :43—45.

[2]陈隆道, 周箭, 许昌.虚拟仪器——测试技术的新领域[J].科技通报, 1999, 15 (1) :24—29.

[3]刘君华.虚拟仪器编程语言Iabwindows/cVI教程[M].北京:电子工业出版社, 2001.

[4]袁鹏飞.sQLserver7.0数据库系统管理与应用开发[M].北京:人民邮电出版社, 2001.

大气背景测量 篇8

1 测量过程

将被检仪器的入口与电子皂膜流量计的出口相连, 调节大气采样器的采样流量到相应检定点, 仪器稳定后, 电子皂膜流量计显示的流量示值为实际流量Q (m L/min) , 同时记录实验环境的气压及温度, 然后通过克拉伯龙方程可将Q换算为标准状态下的流量Qs, 通过误差计算公示 (1) 即可计算出检定点的示值误差。

2 数学模型

3 各输入量的标准不确定度分量的评定

依据JJG 956—2013《大气采样器》检定规程对大气采样器进行检定。不确定度的主要来源由实际流量测量引入的不确定度、温度测量误差引入的不确定度和大气压强测量引入的不确定度组成。实际流量测量的不确定度由测量重复性、检定装置最小分辨率和检定装置引入, 因此其主要不确定度来源有: (1) 测量复性引入的不确定度u1; (2) 检定装置最小分辨率引入的不确定度u2; (3) 检定装置引入的不确定度u3; (4) 温度计示值误差引入的不确定度ut; (5) 气压计示值误差引入的不确定度up。

3.1 实际流量测量引入的不确定度uQ

3.1.1 测量重复性造成的相对不确定度u1

按JJG 956-2000大气采样器计量检定规程在相同条件下对TH-110B型大气采样器选择中间流量500m L/min示值点重复测量10次, 按式 (2) 和 (3) 计算u1:

因为检定规程中规定检定以重复测量3次取平均值为测量结果, 所以

3.1.2 检定装置最小分辨率引入的相对不确定度u2

检定装置的最小分辨率为0.1m L·min-1, 按均匀分布考虑, 则有:

3.1.3 检定装置引入的相对不确定度u3

采用的粉尘采样器检定装置的流量准确度为±1.0%, 按均匀分布, 估计为充分可靠, 则

3.2 温度计示值误差引入的相对不确定度ut

检定装置的温度计的温度测量范围为: (-30~50) ℃ (243.15K~323.15K) , 示值误差:≤1℃, 环境温度25.0℃, 故温度计示值误差引入的相对不确定度为:

3.3 气压计示值误差引入的相对不确定度up

由检定证书提供的空盒气压表的最大误差是在960hpa气压下的误差-0.8hpa, 则气压计的最大相对误差为:

4 合成标准不确定度

5 扩展不确定度

包含因子k取2, 大气采样器示值误差的相对扩展不确定度:

Urel=uc·k=0.72×2=1.5%k=2

摘要：本文依据JJG956-2013大气采样器检定规程, 对便携式气体、粉尘、烟尘采样仪流量校验装置 (厂家:武汉市天虹仪表有限责任公司) 的大气采样器流量示值误差的测量不确定度进行了分析和评定, 计算出其测量不确定度为1.5% (k=2) 。

关键词：大气采样器,不确定度,示值误差

参考文献

[1]常光玲.大气采样器计量标准的测量不确定度[J].化学分析计量, 2008, 4:16-17.