大气悬浮物浓度检测方法和检测系统

摘要

本发明公开了一种大气悬浮物浓度检测方法，包括：获取对流层天顶总延迟ZTD；计算天顶静力学延迟ZHD；计算天顶湿延迟ZWD；计算大气中的水汽量PWV；根据大气中的水汽量计算大气悬浮物浓度。本发明还公开了一种大气悬浮物浓度检测系统。本发明能基于全球卫星系统信号检测大气悬浮物浓度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对大气悬浮物(尤其是雾霾)浓度的检测方法。本发明还涉及一种大气悬浮物浓度检测系统。

背景技术

近年来智能设备逐渐代替人类完成各种具有高难度、高危险的任务，为日常生产生活带来便捷。然而，受阴雨、雾霾、暴雪等复杂多变的天气状况的影响，某些系统在该场景中的功能急剧下降。雾霾检测技术能够自动分析场景中的大气雾霾现状，为后续应对和处理判定提供有效保障。

在现有雾霾检测技术中，通常使用内置专用的激光模块产生一束特定的激光,当颗粒物经过时，其信号会被超高灵敏的数字电路模块检测到，通过对信号数据进行智能识别分析得到颗粒计数和颗粒大小，根据专业的标定技术得到粒径分布与质量浓度转换公式，最终得到跟官方单位统一的质量浓度。然而，现有雾霾检测仪需要使用者手持该设备暴露在雾霾的环境中，当大气重度污染时应该尽量减少使用者在接触雾霾的时间，所以就需要一种与雾霾大气非接触式的检测技术。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明要解决的技术问题是提供一种基于全球卫星系统的大气悬浮物浓度检测方法。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种基于全球卫星系统的大气悬浮物浓度检测系统。

为解决上述技术问题，本发明提供一种大气悬浮物浓度检测方法，包括以下步骤：

S1，获取对流层天顶总延迟ZTD(Zenith Total Delay)；

可选择的，通过全球卫星系统获取对流层天顶总延迟ZTD，所述全球卫星系统包括：GPS、Galileo、BDS和GNSS其中任意一种；

下述以GPS为例进行说明，GPS卫星发出的载波信号需要穿过大气对流层，因为大气存在载波信号会收到对流层的严重折射影响，从而产生较大的对流层延迟误差，GPS信号在经过对流层的这段时间会发生弯曲和延迟，参考图1所示。虽然信号的弯曲量很小，但是其延迟量却很大，通常在1.8m到2.5m左右，GPS用户可以通过GPS设备获得延迟量的ZTD检测结果；相应的，Galileo、BDS和GNSS也能获得ZTD；

S2，计算天顶静力学延迟ZHD(Zenith Hydrostatic Delay)；

GPS信号从天顶方向穿过大气层，到达底面接收机的传播路径与理论路径的总偏差为纵延迟ZTD(Zenith Total Delay),即对流层天顶延迟；

ZHD+ZWD＝ZTD (1)

公式(1)中ZHD(Zenith Hydrostatic Delay)天顶静力学延迟与天顶湿延迟相对应，又被称为天顶干延迟；

S3，计算天顶湿延迟ZWD，ZWD＝ZTD-ZHD；

S4，计算大气中的水汽量PWV；

S5，根据大气中的水汽量计算大气悬浮物浓度。

可选择的，进一步改进所述的大气悬浮物浓度检测方法，采用以下公式计算天顶静力学延迟ZHD，其单位为mm；

P

R＝8.31434J·mol

M

可选择的，进一步改进所述的大气悬浮物浓度检测方法，采用以下公式计算大气中的水汽量PWV；

PWV＝A*ZWD，A为指定转换系数。其中，A由区域探空资料或气相观测资料统计获取；或，采用经验值，经验值范围为0.1-0.2，优选A＝0.15。

气象学研究表明大气中的水汽含量与雾霾天气的PM2.5含量有很强的相关性，雾霾发生日大气可降水量上升，雾霾处于持续状态时，大气可降水量一直上升，雾霾结束日，可降水量下降，PWV和PM2.5之间展现出明显的负相关性。

水汽与PM2.5指数浓度呈现显著负相关性在于虽然水汽可以促进二氧化碳和氮氧化物被氧化成二次污染物，从而增加PM2.5的浓度，但是降雨作用对于雾霾的消除作用大于PM2.5浓度的增加，降雨的沉降作用使雾霾天气消散。利用地基GPS反算PWV，再通过大气可降水量对PM2.5浓度进行计算，根据气象局能够得到：

PM2.5＝k*PWV+b (6)

k和b是基于气象局公布PWV和PM2.5数据做线性回归拟合获得的系数；

获得大气悬浮物计算公式(7)；

PM2.5表示大气悬浮物，P

为解决上述技术问题，本发明提供一种大气悬浮物浓度检测系统，包括：

ZTD获取模块，其用于自全球卫星定位系统获取对流层天顶总延迟；

ZHD计算模块，其用于计算天顶静力学延迟；

ZWD计算模块，其用于计算天顶湿延迟；

PWV计算模块，其用于计算大气中的水汽量；

大气悬浮物浓度计算模块，其用于根据大气中的水汽量计算大气悬浮物浓度。

可选择的，进一步所述的大气悬浮物浓度检测系统，所述全球卫星定位系统包括：GPS、Galileo、BDS和GNSS。

可选择的，进一步所述的大气悬浮物浓度检测系统，ZHD计算模块采用以下公式计算；

P

可选择的，进一步所述的大气悬浮物浓度检测系统，PWV计算模块采用以下公式计算大气中的水汽量PWV；

PWV＝A*ZWD，A为指定转换系数，A由区域探空资料或气相观测资料统计获取；或，采用经验值，经验值范围为0.1-0.2，优选为0.15。

可选择的，进一步所述的大气悬浮物浓度检测系统，大气悬浮物浓度计算模块采用以下公式计算大气悬浮物；

PM2.5表示大气悬浮物，k和b是基于气象局公布PWV和PM2.5数据做线性回归拟合获得的系数，P

本发明通过接收全球卫星系统(GPS、Galileo、BDS和GNSS)信号获得对流层天顶总延迟，计算天顶静力学延迟、天顶湿延迟和大气中的水汽量，通过大气中的水汽量计算获得大气悬浮物。本发明通过计算机编程技术集成在现有的接收机(例如GPS设备、移动智能设备等可以接收GPS信号的装置)，进而实现通过全球卫星系统信号检测大气悬浮物。

本发明完全能够通过现有硬件设备和计算机编程技术实现，以移动智能设备(例如手机、智能手表)为例，体积小便于携带，可以随身携带、放置在室内、车内只要能接收到全球卫星系统信号即可，人员无需暴露在大气环境下就能够实现大气悬浮物(PM2.5雾霾)检测。并且，本发明可以随时检测不同地点、不同时间的大气悬浮物含量，具有广泛的应用前景。

附图说明

本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是地基GPS气象原理示意图。

图2是本发明大气悬浮物浓度检测方法流程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。

此外，还应当理解的是，尽管在这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述不同的元件、参数、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、参数、组件、区域、层和/或部分不应当受这些术语的限制。这些术语仅是用来将一个元件、参数、组件、区域、层或部分与另一个元件、参数、组件、区域、层或部分区分开来。因此，在不脱离根据本发明的示例性实施例的教导的情况下，以下所讨论的第一元件、参数、组件、区域、层或部分也可以被称作第二元件、参数、组件、区域、层或部分。

第一实施例；

如图2所示，本发明提供一种大气悬浮物浓度检测方法，包括以下步骤：

S1，获取对流层天顶总延迟ZTD；

S2，计算天顶静力学延迟ZHD；

S3，计算天顶湿延迟ZWD；

S4，计算大气中的水汽量PWV；

S5，根据大气中的水汽量计算大气悬浮物浓度。

第二实施例；

本发明提供一种大气悬浮物浓度检测方法，包括以下步骤：

S1，通过全球卫星系统获取对流层天顶总延迟ZTD，所述全球卫星系统包括：GPS、Galileo、BDS和GNSS，获取对流层天顶总延迟ZTD；

S2，计算天顶静力学延迟ZHD，包括：

S3，计算天顶湿延迟ZWD，ZWD＝ZTD-ZHD；

S4，计算大气中的水汽量PWV，PWV＝A*ZWD，A为指定转换系数，例如0.15；

S5，根据大气中的水汽量计算大气悬浮物浓度，包括：

PM2.5表示大气悬浮物，k和b是基于气象局公布PWV和PM2.5数据做线性回归拟合获得的系数，P

进一步对上述第二实施例进行说明，以某地ZTD为2540mm，接收机纬度

第三实施例；

本发明一种大气悬浮物浓度检测系统，其能通过计算机编程技术集成于现有全球卫星系统设备/具有全球卫星系统的智能移动设备上，包括：

ZTD获取模块，其用于自全球卫星定位系统获取对流层天顶总延迟；

ZHD计算模块，其用于计算天顶静力学延迟；

ZWD计算模块，其用于计算天顶湿延迟；

PWV计算模块，其用于计算大气中的水汽量；

大气悬浮物浓度计算模块，其用于根据大气中的水汽量计算大气悬浮物浓度。

第四实施例；

本发明一种大气悬浮物浓度检测系统，其能通过计算机编程技术集成于现有全球卫星系统设备/具有全球卫星系统的智能移动设备上，包括：

ZTD获取模块，其用于自全球卫星定位系统获取对流层天顶总延迟，所述全球卫星定位系统包括：GPS、Galileo、BDS和GNSS；

ZHD计算模块，其用于计算天顶静力学延迟，包括：

ZWD计算模块，其用于计算天顶湿延迟，ZWD＝ZTD-ZHD；

PWV计算模块，其用于计算大气中的水汽量，包括：

PWV＝A*ZWD，A为指定转换系数；

大气悬浮物浓度计算模块，其用于根据大气中的水汽量计算大气悬浮物浓度，包括：

PM2.5表示大气悬浮物，k和b是基于气象局公布PWV和PM2.5数据做线性回归拟合获得的系数，P

除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。