通过遥感卫星检测挥发性有机化合物浓度的系统技术方案

本申请涉及一种通过遥感卫星检测挥发性有机化合物浓度的系统，包括：光谱仪、卫星平台和地面站；所述光谱仪包括：光学系统、电子成像系统和定标系统；所述光学系统用于收集地球大气的散射光辐射；所述电子成像系统用于将光辐射转换为光谱信息；所述卫星平台用于搭载所述光谱仪，并将所述光谱仪收集的光谱信息传输到所述地面站；所述地面站用于接收并处理光谱信息。本方案采用小型遥感监测卫星监测VOC的浓度分布情况，具有准确、高效和及时性强的特点，可大幅度降低监测费用和工作量，提高及时性，一颗卫星可完成上百家企业的VOC排放的监测，同时根据企业区域的大小或分布，动态调整光谱仪的数量以及工作时间区间；通过本申请的方法对光谱数据的质量检测，能够自动选择质量较好的数据，为后续分析节省大量监测费用，同时满足国家对VOC排放总量控制的要求。

【技术实现步骤摘要】
通过遥感卫星检测挥发性有机化合物浓度的系统
本申请涉及遥感监测
，具体涉及一种通过遥感卫星检测挥发性有机化合物浓度的系统。
技术介绍
随着经济的发展，天气污染指数在全国范围内有显著提升。因此发展出了一系列环境监测手段，通过不同的环境监测手段，实时监测各地的环境质量变化。现行的环境监测主要通过地基、机载、星载等方式测量大气不同组分的气体浓度。由于地基测量需要分布大量的测量站点，测量范围较小，成本较高以及管理复杂；机载测试平台测量条件要求较高，尤其是天气状况，而且测量的范围不大。挥发性有机化合物(VolatileOrganicCompounds，VOC)是空气中普遍存在且组成复杂的一类有机污染物的统称，主要包括甲醛、苯、二甲苯、氨气、乙二醇、酯类等物质。作为形成PM2.5及O3的重要组分，VOC对人民群众的身体健康具有严重威胁，VOC污染已然成为困扰我国环境治理的新问题。我国也逐渐开始重视对VOC的管控，环保部已将VOC排放列入打赢蓝天保卫战新三年作战计划，VOC的监测、治理已经晋级成为当下“保卫蓝天”的重点任务。相关技术中，我国采用便携式FID/FPD和红外相机的监测方法进行VOC监测监控，工作量繁重、费时费力；以一般规模的炼油厂为例，监测点数达到几十万，监测费用接近千万级别。此外，累加方式存在较大的系统误差，不能准确反映某个工厂或区域的VOC的排放总量；且卫星上光谱仪的数量和光谱仪工作与否没有想要调整机制，现有卫星上光谱仪全部24小时工作，没有根据具体需要而进行调整；获取的光谱数据没有响应准确评价机制，导致后续工作不准确。由于存在上述问题，现有监测方法难以有效实施。
技术实现思路
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种通过遥感卫星检测挥发性有机化合物浓度的系统。根据本申请的实施例，提供一种通过遥感卫星检测挥发性有机化合物浓度的系统，包括：光谱仪、卫星平台和地面站；所述光谱仪包括：光学系统、电子成像系统和定标系统；所述光学系统用于收集地球大气的散射光辐射；所述电子成像系统用于将光辐射转换为光谱信息；所述定标系统用于对所述光学系统进行辐射定标，以监测所述光学系统的各光学部件的工作情况；所述卫星平台用于搭载所述光谱仪，并将所述光谱仪收集的光谱信息传输到所述地面站；所述地面站用于接收并处理光谱信息，根据光谱信息获得挥发性有机化合物浓度的分布数据。进一步地，所述光学系统包括前置望远系统、准直镜组、成像镜组；所述前置望远系统设置与所述准直镜组的一端连接，所述前置望远系统设置与所述准直镜组之间设置有反射镜；所述准直镜组的另一端与所述成像镜组连接，所述所述准直镜组与所述成像镜组之间设置有折叠镜和可调滤光器。进一步地，所述前置望远系统包括遮光罩、主框架、望远镜；所述望远镜和所述遮光罩均设置在所述主框架的一侧；所述望远镜固定在所述主框架上，所述遮光罩设置在所述望远镜周围；所述反射镜设置在所述主框架的另一侧；所述准直镜的一端与所述反射镜连接，所述准直镜的另一端与所述折叠镜的一端连接；所述折叠镜的另一端依次连接所述可调滤光器、所述成像镜组。进一步地，还包括光谱仪开启数量调节系统，根据企业地理分布确定光谱仪的数量；包括获取企业地理分布数据，所述企业地理分布数据包括分布区域最小包围盒的圆形面积S，最小包围盒圆形半径R，卫星所在轨道的高度H，光谱仪的参数向量矩阵；一个光谱仪最大捕捉面积Smax为：其中，N1为光谱仪第一参数向量矩阵，N2为光谱仪第二参数向量矩阵，β为最小包围盒圆心处水平面相对卫星的仰角；检测所需光谱仪的最低数量为Kc为：其中，Sc为光谱仪重复照射区域，θ为光谱仪前置望远系统广角最大值。进一步地，还包括光谱仪光谱数据质量评测系统，选择最佳光谱数据时，采用下述光谱数据计算公式计算第k组光谱数据的质量度Φk：式中，θ为光谱仪前置望远系统广角最大值；μk为第k组光谱数据的均值；μ为根据天气、时间因素设置的均值阈值；τk为第k组光谱数据的方差；τ为根据天气、时间因素设置的方差阈值；Pk为第k组光谱数据的直方图；P为根据天气、时间因素设置的直方图阈值；Ik为第k组光谱数据的峰度，I为根据天气、时间因素设置的峰度阈值；δk为第k组光谱数据中云数据的占比，δ为根据天气、时间因素设置的占比阈值；n为光谱数据组数，为多组光谱数据的均值平均值；为多组光谱数据的方差平均值；卫星所在轨道的高度H；δk-δ大于等于0时，f(δk-δ)为0,否则为1。进一步地，所述光学系统包括中继系统；所述中继系统设置在所述前置望远系统的前端；所述中继系统包括：视场光阑、中继反射镜、中继镜头、分色片；光辐射从所述视场光阑处入射，经所述中继反射镜反射后发生光路转折并形成聚焦光束，经过所述分色片后进入所述前置望远系统。进一步地，所述电子成像系统包括光电转换模块、A/D转换模块、处理器；所述光电转换模块用于将所述光学系统收集的光辐射转换为电信号；所述A/D转换模块用于将电信号转换为数字信号；处理器用于将数字信号处理为光谱信息。进一步地，所述处理器中集成有时序模块、象元模块、主控模块；所述时序模块用于产生光谱读写时序，所述象元模块用于接收所述A/D转换模块产生的数字信号，同时根据所述主控模块设置的参数，将读取的数据逐点累加形成数字像元；所有象元的集合形成光谱信息。进一步地，所述主控模块设置的参数为可变参数，该参数根据光谱信号的强弱自动调整，或者根据接收到的所述地面站发来的指令进行调整设置。进一步地，所述定标系统包括步进电机、漫反射板和光耦定位板；所述步进电机用于驱动所述漫反射板旋转，改变所述漫反射板的角度，从而使调整所述光谱仪的工作模式；所述光耦定位板用于配合所述步进电机，精确定位所述漫反射板的位置。进一步地，所述定标系统还包括转台和轴承；所述漫反射板固定在所述转台的底部；所述步进电机驱动所述轴承旋转，从而带动所述转台转动；所述转台的旋转轴上还设置有涡卷弹簧，用于在所述步进电机失效时将所述转台复位。进一步地，所述地面站包括接收天线、上位机和下位机；所述接收天线采用卫星接收天线；所述上位机用于接收光谱信息，并将光谱信息分发到下位机，还提供参数设置的人机交互界面，并向所述卫星平台发送参数；所述下位机用于接收上位机分发的光谱信息，并对光谱信息进行处理。本申请的实施例提供的技术方案具备以下有益效果：本方案采用小型遥感监测卫星监测VOC的浓度分布情况，具有准确、高效和及时性强的特点，可大幅度降低监测费用和工作量，提高及时性，一颗卫星可完成上百家企业的VOC排放的监测，同时根据企业区域的大小或分布，动态调整光谱仪的数量以及工作时间区间；通过本申请的方法对光谱数据的质量检测，能够自动选择质量较好的数据，为后续分析节省大量监测费用，同时满足国家对VOC排放总量控制的要求。应当理解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过遥感卫星检测挥发性有机化合物浓度的系统，其特征在于，包括：光谱仪、卫星平台和地面站；/n所述光谱仪包括：光学系统、电子成像系统和定标系统；所述光学系统用于收集地球大气的散射光辐射；所述电子成像系统用于将光辐射转换为光谱信息；所述定标系统用于对所述光学系统进行辐射定标，以监测所述光学系统的各光学部件的工作情况；/n所述卫星平台用于搭载所述光谱仪，并将所述光谱仪收集的光谱信息传输到所述地面站；所述地面站用于接收并处理光谱信息，根据光谱信息获得挥发性有机化合物浓度的分布数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种通过遥感卫星检测挥发性有机化合物浓度的系统，其特征在于，包括：光谱仪、卫星平台和地面站；
所述光谱仪包括：光学系统、电子成像系统和定标系统；所述光学系统用于收集地球大气的散射光辐射；所述电子成像系统用于将光辐射转换为光谱信息；所述定标系统用于对所述光学系统进行辐射定标，以监测所述光学系统的各光学部件的工作情况；
所述卫星平台用于搭载所述光谱仪，并将所述光谱仪收集的光谱信息传输到所述地面站；所述地面站用于接收并处理光谱信息，根据光谱信息获得挥发性有机化合物浓度的分布数据。


2.根据权利要求1所述的通过遥感卫星检测挥发性有机化合物浓度的系统，其特征在于：所述光学系统包括前置望远系统、准直镜组、成像镜组，中继系统；
所述前置望远系统设置与所述准直镜组的一端连接，所述前置望远系统设置与所述准直镜组之间设置有反射镜；
所述准直镜组的另一端与所述成像镜组连接，所述所述准直镜组与所述成像镜组之间设置有折叠镜和可调滤光器；
所述中继系统设置在所述前置望远系统的前端；
所述中继系统包括：视场光阑、中继反射镜、中继镜头、分色片；光辐射从所述视场光阑处入射，经所述中继反射镜反射后发生光路转折并形成聚焦光束，经过所述分色片后进入所述前置望远系统。


3.根据权利要求2所述的通过遥感卫星检测挥发性有机化合物浓度的系统，其特征在于：所述前置望远系统包括遮光罩、主框架、望远镜；
所述望远镜和所述遮光罩均设置在所述主框架的一侧；所述望远镜固定在所述主框架上，所述遮光罩设置在所述望远镜周围；所述反射镜设置在所述主框架的另一侧；
所述准直镜的一端与所述反射镜连接，所述准直镜的另一端与所述折叠镜的一端连接；所述折叠镜的另一端依次连接所述可调滤光器、所述成像镜组。


4.根据权利要求1所述的通过遥感卫星检测挥发性有机化合物浓度的系统，其特征在于：还包括光谱仪开启数量调节系统，根据企业地理分布确定光谱仪的数量；包括获取企业地理分布数据，所述企业地理分布数据包括分布区域最小包围盒的圆形面积S，最小包围盒圆形半径R，卫星所在轨道的高度H，光谱仪的参数向量矩阵；一个光谱仪最大捕捉面积Smax为：



其中，N1为光谱仪第一参数向量矩阵，N2为光谱仪第二参数向量矩阵，β为最小包围盒圆心处水平面相对卫星的仰角；
检测所需光谱仪的最低数量为Kc为：



其中，Sc为光谱仪重复照射区域，θ为光谱仪前置望远系统广角最大值。


5.根据权利要求1所述的通过遥感卫星检测挥发性有机化合物浓度的系统，其特征在于：还包括光谱仪光谱数据质量评测系统，选择最佳光谱数据时，采用下述光谱数据计算公式计算第k组光谱数据的质量度Φ...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢远东，肖儒卫，蒋丹，余晓洁，肖敏，
申请(专利权)人：新疆天链遥感科技有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆;65