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（簡稱RS-FTIR）技術(shù)由于其獨特的優(yōu)勢，越來越廣泛地應用于室內(nèi)、室外大氣環(huán)境監(jiān)測。本課題將人工神經(jīng)網(wǎng)絡建模與平滑基函數(shù)最小化重構(gòu)算法（SBFM）結(jié)合，應用于RS-FTIR環(huán)境監(jiān)測，實現(xiàn)同時重構(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方面： 1.單組分氣體濃度分布重構(gòu) 遙測遙感技術(shù)與計算機重構(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。本課題研究在實驗室內(nèi)進行，首先，設計

2、發(fā)散狀實驗光路，模擬污染氣體發(fā)散實驗，得到RS-FTIR儀掃描的吸光度譜圖；然后，編寫模擬退火優(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，通過比較多種重構(gòu)模型的重構(gòu)結(jié)果，得出雙高斯重構(gòu)模型最符合當前測量環(huán)境和測量要求。 2.RS-FTIR譜圖定性分析 RS-FTIR與SA-SBFM結(jié)合，只能

3、監(jiān)測單種污染氣體的濃度分布，為了同時定性、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。本論文將化學計量學方法中的兩種神經(jīng)網(wǎng)絡建模方法——感知器神經(jīng)網(wǎng)絡和反傳神經(jīng)網(wǎng)絡，應用于RS-FTIR譜圖解析。 本課題研究建立感知器網(wǎng)絡模型，將預處理后的光譜數(shù)據(jù)輸入訓練好的感知器網(wǎng)絡，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，定性分析的準確率達到100％。 為了定性分析重疊更嚴重的五組分FTIR

4、譜，主成分分析方法（簡稱PCA）被用來提取光譜數(shù)據(jù)主成分，作為感知器網(wǎng)絡的輸入，建立混合氣體FTIR吸光度的一階導數(shù)與混合氣體成分的線型模型，定性分析準確率同樣100％。PCA的應用大大減少了運算時間，且網(wǎng)絡泛化能力增強，可以準確預測出訓練集沒有的混合氣體類型。 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（簡稱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與其它兩種氣體無混疊，我們同時用Lamber-Beer定律定量計算組分含量，并與ANN的預測結(jié)果進行比較，兩種分析方法結(jié)果的一致性驗證了神經(jīng)網(wǎng)絡是一種有效的多組分定量分析方法。 4.同時重構(gòu)多組分混合氣體濃度分布 本課題研究中，通過氣體濃度分布重構(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化學計量技術(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，實現(xiàn)了同時定性定量遙