基于gnss的霧霾監(jiān)測(cè)與分析技術(shù)的制作方法
【專利摘要】基于GNSS的霧霾監(jiān)測(cè)與分析技術(shù)，本發(fā)明主要是利用現(xiàn)代GNSS衛(wèi)星技術(shù)來監(jiān)測(cè)霧霾的分布程度及確定其來源范圍，包括建立GNSS衛(wèi)星技術(shù)與霧霾值的非線性關(guān)系、確定利用層析技術(shù)確定霧霾的空間三維分布，縮小霧霾來源范圍等。
【專利說明】
基于訓(xùn)33的霧霾監(jiān)測(cè)與分析技術(shù)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到霧霾監(jiān)測(cè)，尤其是基于的霧霾監(jiān)測(cè)與分析技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]霧霾天氣是一種大氣污染狀態(tài)，霧霾是對(duì)大氣中各種懸浮顆粒物含量超標(biāo)的籠統(tǒng)表述，尤其是912.5 (空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5微米的顆粒物)被認(rèn)為是造成霧霾天氣的“元兇”。霧霾的源頭多種多樣，比如汽車尾氣、工業(yè)排放、建筑揚(yáng)塵、垃圾焚燒，甚至火山噴發(fā)等等，霧霾天氣通常是多種污染源混合作用形成的。但各地區(qū)的霧霾天氣中，不同污染源的作用程度各有差異。
[0003]聯(lián)合國(guó)空氣環(huán)保領(lǐng)域的眾多專家研究證實(shí)，生態(tài)級(jí)負(fù)離子(小粒徑負(fù)離子)可以主動(dòng)出擊捕捉小粒微塵，使其凝聚而沉淀，有效除去空氣2.5微米$12.5)及以下的微塵，甚至1微米的微粒，從而減少912.5對(duì)人體健康的危害，生態(tài)級(jí)負(fù)離子對(duì)空氣的凈化作用是源于負(fù)離子與空氣中的細(xì)菌、灰塵、煙霧等帶正電的微粒相結(jié)合，并聚成球降落而消除912.5危害，巧合的是負(fù)離子在空氣中做布朗運(yùn)動(dòng)(“之”字型運(yùn)動(dòng))，而布朗運(yùn)動(dòng)本身就是消除微小粉塵物的有效方法，負(fù)離子結(jié)合飄塵后促進(jìn)飄塵布朗運(yùn)動(dòng)而消除飄塵，實(shí)驗(yàn)證明，飄塵直徑越小，越易被負(fù)離子沉淀。
[0004]霧霾對(duì)于一個(gè)地區(qū)如何形成，來源于何方呢？最近北京采取不少措施，但依然嚴(yán)重。關(guān)鍵是不知道其真正來源，汽車尾氣或工業(yè)污染或人口太多？
[0005]本技術(shù)主要是現(xiàn)代⑶33衛(wèi)星技術(shù)來監(jiān)測(cè)霧霾的分布程度及確定其來源范圍，包括建立⑶33衛(wèi)星技術(shù)與霧霾值的非線性關(guān)系、確定利用層析技術(shù)確定霧霾的空間三維分布，縮小霧霾來源范圍等。
[0006]6^88 (610)381881:61111:6 878^0111)泛指全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，它包括利用美國(guó)的⑶33、俄羅斯的隊(duì)0嫩33、歐盟的及中國(guó)的⑶即…“北斗)等全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航定位，并同時(shí)能夠提供衛(wèi)星的完備性檢驗(yàn)信息和足夠的導(dǎo)航安全性告警信息。
[0007]全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(⑶33)作為導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)之一的出現(xiàn)帶來了測(cè)量領(lǐng)域的革命，同時(shí)也深遠(yuǎn)的影響到氣象科學(xué)的發(fā)展。從20世紀(jì)70年代出現(xiàn)以來得到迅速的發(fā)展，目前已廣泛應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)、交通導(dǎo)航、工程建設(shè)和社會(huì)減災(zāi)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。將⑶33技術(shù)應(yīng)用到大氣科學(xué)中，我們不僅可以獲取高精度的大氣參數(shù)，還可以大大提高大氣探測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)空分辨率、降低探測(cè)成本。由于氣象探測(cè)技術(shù)仍在蓬勃發(fā)展之中，開發(fā)其探測(cè)潛力的研究也仍在繼續(xù)，可以預(yù)見⑶33探測(cè)大氣溫度、水汽和風(fēng)等氣象要素的精度、探測(cè)范圍、空間分辨率各指標(biāo)將得到進(jìn)一步改進(jìn)。6^88氣象探測(cè)系統(tǒng)在21世紀(jì)大氣探測(cè)系統(tǒng)中將占有重要位置。美國(guó)、加拿大、澳大利亞都把⑶33作為未來高空探測(cè)體制的重要組成部分。通過研究，能夠找到⑶33衛(wèi)星的測(cè)量值與霧霾值的關(guān)系。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是利用現(xiàn)代⑶33衛(wèi)星技術(shù)來監(jiān)測(cè)霧霾的分布程度及確定其來源范圍，從而彌補(bǔ)現(xiàn)有環(huán)境監(jiān)測(cè)手段在區(qū)域空間尺度上的不足，為摸清大氣污染來源，實(shí)現(xiàn)各類污染源的監(jiān)督管理、減排控制提供科學(xué)依據(jù)，從而服務(wù)于環(huán)境保護(hù)、資源合理利用和環(huán)境法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的制定等；目的在于利用現(xiàn)代⑶33衛(wèi)星技術(shù)來監(jiān)測(cè)霧霾的分布程度及確定其來源范圍，包括建立⑶33衛(wèi)星技術(shù)與霧霾值的非線性關(guān)系，確定利用層析技術(shù)確定霧霾的空間三維分布，縮小判定霧霾來源范圍等。
[0009]基于⑶33的霧霾監(jiān)測(cè)與分析技術(shù)，包括⑶33衛(wèi)星技術(shù)，6^88雙差模式獲取霧霾量的技術(shù)；去除大氣效應(yīng)影響的技術(shù)；確定霧霾平面分布的技術(shù)；確定霧霾三維空間分布的技術(shù)；識(shí)別霧霾來源的技術(shù)；所述技術(shù)步驟如下:
[0010]步驟一:利用⑶33雙差模式來處理⑶33衛(wèi)星發(fā)射的I波段無線電波信號(hào)；
[0011]步驟二:通過數(shù)據(jù)解算，得到各基站之間的基線坐向量；
[0012]步驟三:⑶33數(shù)據(jù)處理質(zhì)量核檢是否合理，如果合理進(jìn)行步驟四，如果不合理進(jìn)行步驟一；
[0013]步驟四:把氣質(zhì)量為優(yōu)的某天來作為參考值來去除大氣效應(yīng)的影響；
[0014]步驟五:建立⑶33測(cè)量值與霧霾程度的映射關(guān)系，確定霧霾平面分布；
[0015]步驟六:建立適用于霧霾監(jiān)測(cè)的層析模型；
[0016]步驟七:利用⑶33所得到的霧霾量和層析模型來確定霧霾三維空間分布；
[0017]步驟八:基于步驟五和步驟七以及多期資料，利用利神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法有效確定其來源。
[0018]進(jìn)一步的，利用⑶33雙差模式來監(jiān)測(cè)分析霧霾。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):1)能夠利用現(xiàn)代先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)與設(shè)備，不需要建站；2〉監(jiān)測(cè)時(shí)空間、時(shí)間上都保持連續(xù)性能獲取霧霾空間上的三維分布情況獲取不能確定霧霾的來源。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1技術(shù)方案流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]根據(jù)附圖1具體說明本發(fā)明的具體實(shí)施方案:基于⑶33的霧霾監(jiān)測(cè)與分析技術(shù)，包括⑶33衛(wèi)星技術(shù)，6^88雙差模式獲取霧霾量的技術(shù)；去除大氣效應(yīng)影響的技術(shù)；確定霧霾平面分布的技術(shù)；確定霧霾三維空間分布的技術(shù)；識(shí)別霧霾來源的技術(shù)。
[0022]所述技術(shù)步驟如下:
[0023]步驟一:⑶33衛(wèi)星發(fā)射的[波段無線電波信號(hào)，通過⑶33雙差模式處理數(shù)據(jù)；
[0024]步驟二:通過數(shù)據(jù)驗(yàn)證坐標(biāo)向量，觀測(cè)結(jié)果；
[0025]步驟三:⑶33數(shù)據(jù)處理質(zhì)量核檢是否合理，如果合理進(jìn)行步驟四，如果不合理進(jìn)行步驟一；
[0026]步驟四:把氣質(zhì)量為優(yōu)的某天來作為參考值來去除大氣效應(yīng)的影響；
[0027]步驟五:建立⑶33測(cè)量值與霧霾程度的映射關(guān)系，確定霧霾平面分布；
[0028]步驟六:建立適用于霧霾監(jiān)測(cè)的層析模型；
[0029]步驟七:利用⑶33所得到的霧霾量和層析模型來確定霧霾三維空間分布；
[0030]步驟八:基于步驟五和步驟七以及多期資料，利用利神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法有效確定其來源。
[0031]利用⑶33雙差模式來監(jiān)測(cè)分析霧霾。
[0032]結(jié)合附圖1詳細(xì)具體的說明其應(yīng)用，6^88衛(wèi)星技術(shù)來進(jìn)行大氣霧霾監(jiān)測(cè)與分析，首先設(shè)立⑶33觀測(cè)站并采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后利用雙差數(shù)據(jù)處理方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并評(píng)定其質(zhì)量，最后去除殘留大氣效應(yīng)的影響并建立霧霾程度的映射關(guān)系，確定霧霾平面分布；另外在此基礎(chǔ)上，建立霧霾的層析模型，從而確定霧霾三維空間分布，進(jìn)而判斷霧霾來源。
[0033]6^88衛(wèi)星發(fā)射的I波段無線電波信號(hào)在穿過地球大氣層時(shí)，其信號(hào)受到大氣、霧霾的折射而彎曲，傳播路徑比幾何距離變長(zhǎng)，傳播速度因此變慢，這稱為大氣對(duì)⑶33信號(hào)的延遲。大氣折射延遲中因頻散大氣造成的延遲主要集中在高度約50&11以上的電離層，通常稱為“電離層延遲”，6^88信號(hào)路徑上的電離層延遲可能在9?450之間變動(dòng)，這種延遲和⑶33信號(hào)的頻率密切相關(guān)。精密大地測(cè)量中常采用雙頻技術(shù)可消除其影響，因此⑶33氣象遙感最好采用雙頻接收機(jī)可有效消除電離層延遲。由非電離大氣的折射造成的部分可稱為“中性延遲”，由于這部分大氣主要集中在對(duì)流層，因此也常稱為“對(duì)流層延遲”。對(duì)于一個(gè)海平面上的中緯度站，對(duì)流層折射延遲在天頂方向大約為2.30左右，在85。衛(wèi)星高度角方向大約為2.5%對(duì)流層延遲和大氣折射率有關(guān)，而與頻率無關(guān)。霧霾是霧和霾的統(tǒng)稱，霧是由大量懸浮在近地面空氣中的微小水滴或冰晶組成的氣溶膠系統(tǒng)，多出現(xiàn)于秋冬季節(jié)，是近地面層空氣中水汽凝結(jié)的產(chǎn)物。霾是懸浮在大氣中的大量微小塵粒、煙?；螓}粒的集合體，使空氣渾濁，水平能見度降低到10-以下的一種天氣現(xiàn)象。在本技術(shù)中，利用相關(guān)技術(shù)消除大氣的影響，從而對(duì)霧霾進(jìn)行分析。
[0034]目前在高精度⑶33數(shù)據(jù)處理過程中，常采用非差精密單點(diǎn)定位 ^0811:10111118)和雙差相對(duì)定位兩種數(shù)據(jù)組合模式來獲取各種參數(shù)的精確估值。理論可證明？？？解和雙差網(wǎng)解這兩種方式估計(jì)參數(shù)的的等價(jià)性，并利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了兩種解所獲取的坐標(biāo)分量和延遲不存在系統(tǒng)性差異，其殘差在實(shí)際的精度允許范圍之內(nèi)。因此，利用⑶33獲取霧霾延遲的方法也可分為非差和雙差模式兩種。
[0035]與常用的雙差相對(duì)定位獲取霧霾延遲方法相比，基于非差精密單點(diǎn)定位方法具有估計(jì)模型簡(jiǎn)單、站與站之間不相關(guān)、無需引入遠(yuǎn)距離測(cè)站聯(lián)網(wǎng)解算、可直接求解霧霾參數(shù)、處理大規(guī)模數(shù)據(jù)速度快等優(yōu)點(diǎn)，適合實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)處理⑶33霧霾觀測(cè)數(shù)據(jù)。但是，目前精密衛(wèi)星鐘差仍然是？？？技術(shù)實(shí)時(shí)應(yīng)用的瓶頸，目前1(?只有后處理衛(wèi)星鐘差，隨著1(?實(shí)時(shí)化產(chǎn)品的不斷深入，如果1舊未來能夠提供精密的預(yù)報(bào)鐘差，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無線通信技術(shù)，？？？技術(shù)的實(shí)時(shí)應(yīng)用將徹底打破現(xiàn)有的⑶33定位方法，成為主流的高精度⑶33數(shù)據(jù)處理模式。由于雙差技術(shù)可以消掉鐘差的影響，因此獲取霧霾量主要采用雙差相對(duì)定位技術(shù)，以美國(guó)III的以111和瑞士伯爾尼大學(xué)的82觀￡32軟件包可為計(jì)算工具。霧霾三維時(shí)空分布對(duì)確定霧霾含量及其來源具有重要的意義，方法主要采用斷層掃描層析技術(shù)，該方法是利用一定研究區(qū)域內(nèi)不同方向和位置的積分觀測(cè)值，從外部無損獲取目標(biāo)內(nèi)部參數(shù)分布的方法，如圖1所示。
【權(quán)利要求】
1.基于GNSS的霧霾監(jiān)測(cè)與分析技術(shù)，其特征在于:GNSS雙差模式獲取霧霾量的技術(shù)；去除大氣效應(yīng)影響的技術(shù)；確定霧霾平面分布的技術(shù)；確定霧霾三維空間分布的技術(shù)；識(shí)別霧霾來源的技術(shù)；所述技術(shù)步驟如下: 步驟一:利用GNSS雙差模式來處理GNSS衛(wèi)星發(fā)射的L波段無線電波信號(hào)； 步驟二:通過數(shù)據(jù)解算，得到各基站之間的基線坐向量； 步驟三:GNSS數(shù)據(jù)處理質(zhì)量核檢是否合理，如果合理進(jìn)行步驟四，如果不合理進(jìn)行步驟一； 步驟四:選擇天氣質(zhì)量?jī)?yōu)的數(shù)據(jù)做為參考，去除殘留大氣效應(yīng)的影響； 步驟五:建立GNSS測(cè)量值與霧霾程度的映射關(guān)系，確定霧霾平面分布； 步驟六:建立適用于霧霾監(jiān)測(cè)的層析模型； 步驟七:利用GNSS所得到的霧霾量和層析模型來確定霧霾三維空間分布； 步驟八:基于步驟五和步驟七以及多期資料，利用利神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法確定其來源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GNSS的霧霾監(jiān)測(cè)與分析技術(shù)，其特征在于:利用GNSS雙差模式來監(jiān)測(cè)分析霧霾。
【文檔編號(hào)】G01N15/00GK104502241SQ201410213385
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月14日
【發(fā)明者】蔣廷臣 申請(qǐng)人:淮海工學(xué)院