基于遙感FTIR技術(shù)的多組分污染氣體濃度分布重構(gòu).pdf

1、遙感傅立葉變換紅外光譜（簡(jiǎn)稱(chēng)RS-FTIR）技術(shù)由于其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于室內(nèi)、室外大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)。本課題將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模與平滑基函數(shù)最小化重構(gòu)算法（SBFM）結(jié)合，應(yīng)用于RS-FTIR環(huán)境監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)同時(shí)重構(gòu)多組分氣體濃度在二維空間的分布。本課題的研究主要包含以下幾個(gè)方面： 1.單組分氣體濃度分布重構(gòu) 遙測(cè)遙感技術(shù)與計(jì)算機(jī)重構(gòu)技術(shù)結(jié)合可以再現(xiàn)單組分氣體濃度的二維空間分布。本課題研究在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，首先，設(shè)計(jì)

2、發(fā)散狀實(shí)驗(yàn)光路，模擬污染氣體發(fā)散實(shí)驗(yàn)，得到RS-FTIR儀掃描的吸光度譜圖；然后，編寫(xiě)模擬退火優(yōu)化的SBFM算法（SA.SBFM）程序，重構(gòu)單組分氣體濃度的二維空間分布。SBFM重構(gòu)結(jié)果與RS-FTIR.測(cè)量的光路積分濃度結(jié)果一致，證明了SBFM算法的可靠性；同時(shí)，通過(guò)比較多種重構(gòu)模型的重構(gòu)結(jié)果，得出雙高斯重構(gòu)模型最符合當(dāng)前測(cè)量環(huán)境和測(cè)量要求。 2.RS-FTIR譜圖定性分析 RS-FTIR與SA-SBFM結(jié)合，只能

3、監(jiān)測(cè)單種污染氣體的濃度分布，為了同時(shí)定性、定量分析混合氣體的紅外遙感譜圖，還需要借助有效的譜圖解析方法。本論文將化學(xué)計(jì)量學(xué)方法中的兩種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模方法——感知器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和反傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用于RS-FTIR譜圖解析。 本課題研究建立感知器網(wǎng)絡(luò)模型，將預(yù)處理后的光譜數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練好的感知器網(wǎng)絡(luò)，定性分析混合物中可能存在的三種氣體——氯仿、甲醇、二氯甲烷，定性分析的準(zhǔn)確率達(dá)到100％。 為了定性分析重疊更嚴(yán)重的五組分FTIR

4、譜，主成分分析方法（簡(jiǎn)稱(chēng)PCA）被用來(lái)提取光譜數(shù)據(jù)主成分，作為感知器網(wǎng)絡(luò)的輸入，建立混合氣體FTIR吸光度的一階導(dǎo)數(shù)與混合氣體成分的線型模型，定性分析準(zhǔn)確率同樣100％。PCA的應(yīng)用大大減少了運(yùn)算時(shí)間，且網(wǎng)絡(luò)泛化能力增強(qiáng)，可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出訓(xùn)練集沒(méi)有的混合氣體類(lèi)型。 3.RS-FTIR譜圖定量分析 在定性分析的基礎(chǔ)上，選用反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（簡(jiǎn)稱(chēng)BP-ANN）定量分析三組分混合氣體（氯仿、甲醇、二氯甲烷）各組分的含量。由于

5、甲醇的特征吸收波長(zhǎng)與其它兩種氣體無(wú)混疊，我們同時(shí)用Lamber-Beer定律定量計(jì)算組分含量，并與ANN的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，兩種分析方法結(jié)果的一致性驗(yàn)證了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種有效的多組分定量分析方法。 4.同時(shí)重構(gòu)多組分混合氣體濃度分布 本課題研究中，通過(guò)氣體濃度分布重構(gòu)算法和混合氣體譜圖解析技術(shù)的研究，我們最終聯(lián)合使用ANN化學(xué)計(jì)量技術(shù)和SA-SBFM重構(gòu)技術(shù)，解析了三組分混合氣體的遙感FTIR譜圖，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)定性定量遙