環境雷射遙測是套用雷射雷達在大區域範圍內測定污染物的一種主動遙測技術，是以雷射為主要手段, 實現遠距離的遙感檢測。它同一般的雷達類似, 只是用雷射代替無線電, 故叫做雷射探測或光搜尋檢測，常用於測定大氣和水休污染，如污染物的總負荷量、污染源的排放量、環境污染濃度等。
基本介紹
- 中文名：環境雷射遙測
- 外文名：environmental laser rcrnctc sensing
- 儀器：雷射雷達
- 測定方向：大氣和水體污染等
- 測量參數：污染物總負荷量、污染濃度等
- 優點：不需採樣、不干擾現場
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雷射遙測
雷射遙測, 指的是以雷射為主要手段, 實現遠距離的遙感檢測。它同一般的雷達類似, 只是用雷射代替無線電, 故叫做雷射探測或光搜尋檢測, 簡稱萊達進行光探測的裝置, 也叫或雷射雷達。
雷射雷達有多種類型，如拉曼雷射雷達、共振雷射雷達和微分吸收雷射雷達等。雷射發生器發射出的雷射脈衝射人環境介質後，與其中污染物作用發生散射(米氏散射、雷利散射和拉曼散射)，產生折返信號；如污染物為大氣顆粒物則產生米氏散射，如為氣態分子則主要為雷利散射；用接收望遠鏡收集此信號，經放大器、光譜分析器分光後，進人檢測器測定污染物的濃度。如套用拉曼散射製成的雷射雷達(拉曼雷射雷達)可遙測大氣中的CO、H2S雷射遙測等。
雷射雷達可用於大氣和水體等的污染成分檢測, 空氣溫度、濕度等氣象條件的監測等。在國外這方面的研究比較活躍, 已有一些小型套用的報導。美、日一些研究機構還建有大型試驗裝置。
大氣污染遙測
實際意義
隨著工業的發展, 環境污染問題越來越突出, 嚴重損害著人們的身體健康和影響生態平衡。環境保護和污染防治問題已廣泛引起重視, 許多國家制訂了環境保護的法律,以加強環境管理及污染控制和治理。污染監測是環境管理的基礎性工作, 是環保工作的眼睛, 不僅要提供準確可靠的污染總體數據和變化情況, 還要提供各種污染源的排放情況。而一般的常規監測所採用的定點取樣、實驗室分析等方法, 有一定局限性, 特別是對污染源的排放, 如煙道氣和火炬氣體的排放情況等, 較難進行監測。雷射遙鍘在這方面具有一定的優越性, 主要表現在：
- 簡便、快速雷射遙測是遠距離的直接檢測, 不需要取樣。在雷射掃描的有效檢測半徑內, 只要將裝置對準所要檢測的任何高度的某一地點, 即可在很短時間內得到檢測數據。變換檢測裝置的方位轉角和體角, 河以獲得污染物大面積的立體分布信息。
- 不受時間等的限制可以晝夜二十四小時工作。在夜間由於沒有日光和其它干擾, 更可提高檢測靈敏度。即使在惡劣的氣象條件下, 檢測範圍等雖受到一定限制, 仍能在一定程度上進行檢測。
- 能對污染源的排放情況進行不通知的隨時監側和檢查, 特別是對工廠煙道口和排放可燃物的火炬上方的污染物濃度檢側,更是一般方法難以檢測的。
檢測方法
雷射雷達的檢測方法有多種,各有其最適應的範圍。如基於彌反射和反射的方法適用於探測煙塵和氣溶膠等；共振吸收法或長程吸收法適用於只需要了解雷射裝置雷達與障礙物之間的距離內污染物平均濃度的場合等。從檢測污染源排放氣體污染物的角度考慮，主要有差分吸收法、拉曼散射法、共振螢光法等。
煙雲濃度遙測
我國近年以來, 已利用雷射探測了人造煙雲的濃度, 並在實際工作中得到套用。利用人造煙雲作為示蹤物質, 觀測它的擴散規律, 是研究大氣污染擴散的常用實驗手段。探測人造煙雲的濃度分布, 可以確定不同天氣條件下, 被模擬大氣污染物的稀釋程度和無害區域的範圍。這對山區廠礦建設的合理布局、煙氣的排放高度等提供十分有價值的依據。此外, 人造煙雲濃度的探測, 還能推算出大氣湍流擴散係數, 這對研究點源和多源擴散的規律,估計地面大氣污染濃度的分布等, 都是極為重要的。因此, 雷射探測人造煙雲濃度, 已成為研究大氣污染擴散的可靠、簡便而有生命力的新手段。
當人造煙雲粒子的幾何形狀、光學折射率和粒子譜分布都穩定不變, 在煙雲不太濃密的情況下, 人造煙雲粒子對雷射的後向散射光強,只與人造煙雲粒子的濃度有關。於是, 我們可以由雷射雷達所接收的回波波形, 來探測雷射穿透路徑與人造煙雲濃度的分布。這就是雷射探測人造煙雲濃度的簡單原理。
實際採用的人造煙劑由三種物質組成。生煙劑氯化氨, 占30%, 燃燒劑蒽, 占40%, 助燃劑氯酸鉀, 占30%。燃燒時產生大量單晶狀氯化氨煙雲, 同時還摻雜了部分未燃燒的蒽和其他雜質, 所以煙雲呈乳黃色。煙粒的譜分布十分集中, 直徑穩定地處於微米之間。因此, 該人造煙雲基本滿足所要求的條件。如果事先通過實驗測定人造煙雲的光學參數和儀器常數。於是由煙雲的回波波形, 通過數值計算,就能獲得雷射穿透路徑上的煙雲濃度分布。
優點
環境雷射遙測的優越性在於不需採樣、不干擾現場，直接進行三維空間大區域的實地測定；並可裝在汽車或飛機上進行流動測量，有其獨特的快速性和廣域性，因而可用於闡明污染物的遷移規律、煙羽的動態分布、大氣擴散參數及定量研究點源、面源、流動源的污染擴散規律，最佳化選擇監測點等。但此技術僅能測得污染物的相對濃度，必須藉助其他監測結果進行換算後，才可獲得某區域內污染物的平均濃度。
