《煤礦區甲烷排放遙感監測模型與方法研究》是依託中國礦業大學，由慈慧擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：煤礦區甲烷排放遙感監測模型與方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：慈慧
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
甲烷是一種強烈吸收地球向外長波輻射的溫室氣體，其溫室效應是二氧化碳的21倍。煤礦區是大氣甲烷的重要排放源之一，但目前缺乏實時有效的高靈敏度監控手段。為此，本項目在分析該領域現存科學問題及發展趨勢的基礎上，擬進一步研究大氣甲烷分子輻射/吸收特徵的基本原理，篩分對甲烷分子吸收強度大且靈敏度高的波段及其組合，建立大氣甲烷遙感回響理論模型，優選煤礦區大氣甲烷濃度變化的遙感影像；選擇山西沁水盆地南部為主要對象，對比分析礦區地物光譜與礦區遙感回響之間的耦合關係，建立煤礦區大氣甲烷濃度遙感監測模型，並運用此模型對區內大氣甲烷濃度的時空分布規律進行初步分析。研究成果可望推動煤礦區大氣環境遙感理論的發展，並為研發煤礦區大氣甲烷排放監測技術的提供理論依據。
結題摘要
以CH4為主要成分的煤層氣，是一種重要的礦產資源，但因其易燃易爆而形成煤礦安全生產的隱患，也是誘發煤礦瓦斯災害的根源。同時，CH4還是一種強烈吸收地球向外長波輻射的“溫室氣體”，是造成大氣環境污染的重要因素。本項目藉助遙感技術在環境實時監控中發揮其他方法所無法比擬的優勢，基於遙感基本原理開發甲烷高光譜監控模型，為進一步研發大氣環境實時高靈敏度監控手段奠定研究基礎。研究篩分出了遙感監測甲烷氣體的最佳波段：7.6um波段適用於中高層5-15km CH4的反演，而3.3um和2.3um波段更適用於底層CH4的反演。因此採用7.6um與3.3um或者7.6um與2.3um波段進行組合的方式進行遙感，可包含不同高度的CH4濃度信息；建立了大氣甲烷遙感回響理論模型：開展實驗室波譜分析，系統測量和分析不同濃度甲烷氣體的光譜曲線，確定特定波段與甲烷濃度回響的數量關係。通過實地測量不同濃度甲烷氣體的光譜曲線，基於光譜資料庫技術、光譜建模、匹配及分類識別技術，並進一步採用地物光譜方法研究其在遙感影像中的表現特徵，選用不同的函式進行模擬，建立不同濃度甲烷氣體與遙感影像光譜值間的相關關係，測量分析大氣中甲烷濃度的遙感影像間的數量化回響特徵；研製了低層大氣甲烷濃度攜帶型監測儀：針對CH4地表濃度監測方法進行比較分析，引入CH4紅外吸收型感測器，設計數據採集傳送終端的硬體結構和固件開發，選擇可支持實時仿真和跟蹤的32位ARM7TDMI-S核心的微控制器，內置：56KB的SRAM、512KB的片內Flash程式存儲器、系統編程（ISP）和套用編程（IAP）功能等，設計數據採集接收和GPRS的網路連線驅動的固件程式，從而實現CH4濃度數據採集和無線傳輸的自動控制；構建了基於3S的大氣甲烷濃度監測模型：基於HYSPLIT模型，對近地表大氣樣品進行紅外監測、對高空進行遙感監測，以此為基礎，進一步對比分析地物光譜與遙感回響之間的耦合關係，建立大氣甲烷濃度監測模型，並與正射影像疊合對研究區域內大氣甲烷濃度的時空分布規律進行分析。以地面實測光譜數據處理、衛星高光譜影像分析及實驗室甲烷化學分析等多種研究方式，利用高光譜數據挖掘技術、弱信息提取技術、光譜建模及分類技術，建立了甲烷濃度與遙感影像光譜值的相關關係，對甲烷氣體濃度進行遙感監測。
