一種大氣細(xì)顆粒物立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種大氣細(xì)顆粒物立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：氣象系留氣球上掛載云終端檢測(cè)器，所述云終端檢測(cè)器內(nèi)置有無線通訊模塊，以及采用光散射法測(cè)量細(xì)顆粒物模塊；云中心計(jì)算機(jī)服務(wù)器，內(nèi)置有采用光散射法和稱重法測(cè)量細(xì)顆粒物模塊，以及無線發(fā)射模塊。本實(shí)用新型可以達(dá)到高分辨率的立體監(jiān)測(cè)效果。
【專利說明】一種大氣細(xì)顆粒物立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及一種對(duì)大氣中細(xì)顆粒物進(jìn)行監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]大氣中的細(xì)顆粒物對(duì)人體及氣候環(huán)境具有顯著的危害，尤其是細(xì)顆粒物造成的霧霾污染是目前影響全國環(huán)境質(zhì)量的重要因素?？諝庵械募?xì)顆粒物可引起哮喘、肺癌、心血管疾病、殘疾兒、過早死亡等疾患。細(xì)顆粒物可穿透肺的氣體交換器官，引起脈管炎、動(dòng)脈硬化、心臟病和其他血管疾病。空氣中污染物濃度分布除了與污染源的分布和源強(qiáng)大小有直接關(guān)系外，還與城市邊界層中大氣污染物的垂直剖面特征及變化規(guī)律有關(guān)，因此細(xì)顆粒物在大氣垂直方向的分布是不均勻的。隨著各地城市化的進(jìn)一步發(fā)展，污染物排放狀況、邊界層結(jié)構(gòu)以及人們居住環(huán)境等因素不斷變化，高層建筑、超高層建筑不斷涌現(xiàn)，人們活動(dòng)的范圍逐漸從單一平面發(fā)展到近地層空間，研究大氣污染物在近地層不同高度的垂直分布狀況日趨重要。大氣污染物在近地層各高度濃度分布對(duì)人們的健康影響具有直接關(guān)系，而目前環(huán)保、氣象等相關(guān)部們的監(jiān)測(cè)都只局限于地面，并不了解不同高度的污染物分布，因此了解和研究污染物在此種過程中不同高度污染物的分布特征、形成機(jī)理具有重要意義。
[0003]目前市場(chǎng)銷售和被業(yè)務(wù)研究部門認(rèn)可的細(xì)顆粒物的檢測(cè)方法有四種，即光散射法、β射線法、膜稱重法和振蕩天平法。四種方法中只有光散射法可以做到體積小重量輕，從而被系留氣球攜帶升空。
[0004]光散射法可以現(xiàn)場(chǎng)直接顯示濃度，且其體積小、重量輕、反應(yīng)快、操作簡便、噪聲低、穩(wěn)定性好，因此本實(shí)用新型選用的光散射法作為云終端檢測(cè)模塊的方法。光散射法是通過測(cè)量顆粒物受光照射后所發(fā)出的散射光信號(hào)的大小來測(cè)量顆粒物的質(zhì)量濃度。該法是利用Mie散射理論及顆粒物的各參量來反演顆粒物的數(shù)量濃度的。但光的散射與顆粒物濃度間的關(guān)系受到顆粒物的化學(xué)組成、形狀、比重、粒徑分布等諸多因素的影響，因此光散射系數(shù)和顆粒物質(zhì)量濃度之間的定量關(guān)系隨時(shí)都可能改變，這就需要不斷地進(jìn)行計(jì)算修正。如果采用光散射法，輔助相應(yīng)的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)方法，將使數(shù)據(jù)時(shí)間分辨率得到很大的提高，可以獲得分鐘水平的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。同時(shí)精度大大提高，檢出限和精度理論上最高能接近真實(shí)值的90%以上，因此本實(shí)用新型利用云中心服務(wù)器通過無線方式對(duì)云終端光散射法檢測(cè)器進(jìn)行遠(yuǎn)程計(jì)算校準(zhǔn)法進(jìn)行質(zhì)量濃度計(jì)算，由此可以得到一套經(jīng)濟(jì)，可行，立體，高分辨準(zhǔn)確的細(xì)顆粒物實(shí)時(shí)在線檢測(cè)系統(tǒng)，并可通過拓展云終端檢測(cè)器的分布來增大監(jiān)測(cè)范圍。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種大氣細(xì)顆粒物立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供的大氣細(xì)顆粒物立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其包括:
[0007]氣象系留氣球上掛載云終端檢測(cè)器，云終端檢測(cè)器內(nèi)置有無線通訊管理模塊，以及采用光散射法測(cè)量細(xì)顆粒物模塊；
[0008]云中心計(jì)算機(jī)服務(wù)器，內(nèi)置有采用光散射法和稱重法測(cè)量細(xì)顆粒物模塊，以及無線發(fā)射模塊，由云終端檢測(cè)器內(nèi)置的無線通訊管理模塊和云中心服務(wù)器內(nèi)置的無線發(fā)射模塊進(jìn)行雙向通訊。
[0009]所述的大氣細(xì)顆粒物立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，光散射法測(cè)量細(xì)顆粒物模塊為SHARP顆粒物光散射傳感器，型號(hào)為GP2Y1010AU0F ;稱重法測(cè)量細(xì)顆粒物模塊為熱電1400型細(xì)顆粒物監(jiān)測(cè)儀。
[0010]所述的大氣細(xì)顆粒物立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，一個(gè)云中心服務(wù)器與多個(gè)氣象系留氣球和多個(gè)云終端檢測(cè)器組成不同高度不同覆蓋面積的基于云計(jì)算的觀測(cè)系統(tǒng)。
[0011]本實(shí)用新型提供的大氣細(xì)顆粒物立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際使用中，是將云終端檢測(cè)器掛載于氣象系留氣球上，升空至指定高度后云終端檢測(cè)器與云中心服務(wù)器同時(shí)工作，實(shí)現(xiàn)垂直高度的細(xì)顆粒物高分辨率的數(shù)濃度和質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè)；云中心服務(wù)器同時(shí)進(jìn)行光散射法測(cè)量細(xì)顆粒物模塊和稱重法測(cè)量細(xì)顆粒物模塊測(cè)量，將測(cè)量值進(jìn)行運(yùn)算得到轉(zhuǎn)換計(jì)算方程或校準(zhǔn)方程，向云終端檢測(cè)器發(fā)出計(jì)算方程指令，云終端檢測(cè)器接收到云中心服務(wù)器指令后，按指令的計(jì)算方法進(jìn)行細(xì)顆粒物的單位轉(zhuǎn)化計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果發(fā)回云中心服務(wù)器存儲(chǔ)或演示，從而達(dá)到立體監(jiān)測(cè)。
[0012]本實(shí)用新型的大氣細(xì)顆粒物立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，一個(gè)云中心服務(wù)器與多個(gè)氣象系留氣球和多個(gè)云終端檢測(cè)器組成不同高度不同覆蓋面積的基于云計(jì)算的觀測(cè)系統(tǒng)，實(shí)施立體在線精確觀測(cè)大氣細(xì)顆粒物的數(shù)濃度和質(zhì)量濃度。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果是，本實(shí)用新型對(duì)了解和研究污染物在此種過程中不同高度污染物的分布特征、形成機(jī)理具有重要意義，并大大降低了業(yè)務(wù)運(yùn)行成本，可更廣泛的布點(diǎn)得到更有代表性的數(shù)據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0014]圖1是本實(shí)用新型的基于云計(jì)算的大氣細(xì)顆粒物立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]附圖中主要組件符號(hào)說明:
[0016]云中心服務(wù)器內(nèi)置的光散射法測(cè)細(xì)顆粒物模塊1，云中心服務(wù)器內(nèi)置的稱重法測(cè)細(xì)顆粒物模塊2，云中心服務(wù)器3，無線發(fā)射模塊4，云終端檢測(cè)器5，氣象系留氣球6。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明:
[0018]本實(shí)用新型的基于云計(jì)算的大氣細(xì)顆粒物立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由氣象系留氣球6、云終端檢測(cè)器5和云中心服務(wù)器3組成，其中的云中心服務(wù)器3包括有:云中心服務(wù)器內(nèi)置的光散射法測(cè)細(xì)顆粒物模塊1、云中心服務(wù)器內(nèi)置的稱重法測(cè)細(xì)顆粒物模塊2和無線發(fā)射模塊4。
[0019]云終端檢測(cè)器5使用光散射法測(cè)量細(xì)顆粒物(集成了 SHARP顆粒物光散射傳感器，型號(hào):GP2Y1010AU0F)，并具備無線通訊管理模塊，可以和云中心服務(wù)器3進(jìn)行雙向通訊，云中心服務(wù)器3配備光散射法測(cè)量細(xì)顆粒物模塊(集成了 SHARP顆粒物光散射傳感器1，型號(hào)GP2Y1010AU0F)和稱重法測(cè)量細(xì)顆粒物模塊(美國熱電1400型細(xì)顆粒物監(jiān)測(cè)儀2)以及和無線通訊管理模塊4以及和計(jì)算機(jī)管理單元，系統(tǒng)的運(yùn)行原理是通過氣象系留氣球(GTX II系留氣球低空探測(cè)系統(tǒng))攜帶云終端檢測(cè)器5升空后對(duì)一定高度的大氣細(xì)顆粒物進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，由云中心服務(wù)器3同時(shí)進(jìn)行光散射法測(cè)量細(xì)顆粒物模塊和稱重法測(cè)量細(xì)顆粒物模塊測(cè)量，將測(cè)量值進(jìn)行運(yùn)算得到轉(zhuǎn)換計(jì)算方程或校準(zhǔn)方程，向云終端檢測(cè)器5發(fā)出計(jì)算方程指令，云終端檢測(cè)器5接收到云中心服務(wù)器3指令后，按指令的計(jì)算方法進(jìn)行細(xì)顆粒物的單位轉(zhuǎn)化計(jì)算，計(jì)算結(jié)果發(fā)回云中心服務(wù)器3存儲(chǔ)或演示，從而達(dá)到高分辨率的立體監(jiān)測(cè)效果。
[0020]本實(shí)用新型的系統(tǒng)可以在使用一個(gè)云中心服務(wù)器3的基礎(chǔ)上增加多個(gè)系留氣球6和多個(gè)云終端檢測(cè)器5組成不同高度不同覆蓋面積的基于云計(jì)算的觀測(cè)系統(tǒng)實(shí)施高分辨率立體在線精確觀測(cè)大氣細(xì)顆粒物的數(shù)濃度和質(zhì)量濃度。
[0021]本實(shí)用新型的運(yùn)行原理是通過氣象系留氣球攜帶云終端檢測(cè)器升空后對(duì)一定高度的大氣細(xì)顆粒物進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，由于云終端檢測(cè)器使用光散射法模塊，但光散射系數(shù)與顆粒物濃度間的關(guān)系受到顆粒物的化學(xué)組成、形狀、比重、粒徑分布等諸多因素的影響，因此光散射系數(shù)和顆粒物濃度之間的定量關(guān)系隨時(shí)都可能改變，這就需要不斷地用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行校正。在本實(shí)用新型中，采用了由云中心服務(wù)器同時(shí)進(jìn)行光散射法測(cè)量細(xì)顆粒物模塊和稱重法測(cè)量細(xì)顆粒物模塊測(cè)量，將測(cè)量值進(jìn)行運(yùn)算得到轉(zhuǎn)換計(jì)算方程或校準(zhǔn)方程，向云終端檢測(cè)器發(fā)出計(jì)算方程指令，云終端接收到云中心服務(wù)器指令后，按指令的計(jì)算方法進(jìn)行細(xì)顆粒物的單位轉(zhuǎn)化計(jì)算，計(jì)算結(jié)果發(fā)回中心服務(wù)器存儲(chǔ)或演示，從而達(dá)到高分辨率的立體監(jiān)測(cè)效果。由此形成了一套經(jīng)濟(jì)，可行的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)系統(tǒng)，其精度取決于細(xì)顆粒物在一定區(qū)域內(nèi)的分布均勻程度。并可通過拓展云終端檢測(cè)器的分布來增大監(jiān)測(cè)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種大氣細(xì)顆粒物立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，包括: 氣象系留氣球上掛載云終端檢測(cè)器，云終端檢測(cè)器內(nèi)置有無線通訊管理模塊，以及采用光散射法測(cè)量細(xì)顆粒物模塊； 云中心計(jì)算機(jī)服務(wù)器，內(nèi)置有采用光散射法和稱重法測(cè)量細(xì)顆粒物模塊，以及無線發(fā)射模塊，由云終端檢測(cè)器內(nèi)置的無線通訊管理模塊和云中心服務(wù)器內(nèi)置的無線發(fā)射模塊進(jìn)行雙向通訊。
2.如權(quán)利要求1所述的大氣細(xì)顆粒物立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，光散射法測(cè)量細(xì)顆粒物模塊為SHARP顆粒物光散射傳感器，型號(hào)為GP2Y1010AU0F ;稱重法測(cè)量細(xì)顆粒物模塊為熱電1400型細(xì)顆粒物監(jiān)測(cè)儀。
3.如權(quán)利要求1所述的大氣細(xì)顆粒物立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，一個(gè)云中心服務(wù)器與多個(gè)氣象系留氣球和多個(gè)云終端檢測(cè)器組成不同高度不同覆蓋面積的基于云計(jì)算的觀測(cè)系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】G08C17/02GK203824873SQ201420243333
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】孫揚(yáng), 王躍思 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院大氣物理研究所