TACEF 082-2023 固定翼通用航空平台大气气态污染物航空遥感测量技术指南

－2023固定翼通用航空平台大气气态污染物航空遥感测量技术指南FixedwinggeneralaviationplatformsTechnicalguidanceforairborneremotesensingmeasurementofatmosphericgaseouspollutants2023-05-31发布2023-06-01实施ICS：13.040.20CCS：Z10中华环保联合会发布学兔兔－2023I目次前言......................................................................II1范围......................................................................12规范性引用文件............................................................13术语和定义................................................................14系统组成与方法功能........................................................35技术内容.................................................................46质量保证与质量控制......................................................10学兔兔－2023II前言本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本标准由中华环保联合会提出并归口。本标准起草单位：中国科学院合肥物质科学研究院、中国科学技术大学、北京市人工影响天气中心、山西省人工增雨防雷技术中心、北京大学、浙江大学本标准主要起草人：王薇、周海金、奚亮、司福祺、刘诚、赵德龙、周嵬、黄梦宇、丁德平、李义宇、任刚、杨永龙、董亚宁、吴志军、陈景川、张萃琦、刘丹彤、李少萌。学兔兔—20231固定翼通用航空平台大气气态污染物航空遥感测量技术指南1范围本文件提供了固定翼通用航空平台大气气态污染物航空遥感测量系统组成与方法功能、技术内容、质量保证与质量控制的指导。本文件适用于固定翼通用航空平台上采用航空遥感测量方法对大气气态污染物分布的高空观测，也可用于大气气态污染物航空遥感测量系统的设计、改装、集成、检测和应用。注：本文件大气气态污染物航空遥感测量系统的固定翼通用航空平台不包含无人驾驶飞机。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB4793.1-2007测量、控制和实验室用电气设备的安全要求第1部分：通用要求GB17799.3-2012电磁兼容通用标准居住、商业和轻工业环境中的发射GB/T17799.1-2017电磁兼容通用标准居住、商业和轻工业环境中的抗扰度GB/T18268.1-2010测量、控制和实验室用的电设备电磁兼容性要求GJB150.18A-2009军用装备实验室环境试验方法第18部分：冲击试验GJB181B-2012飞机供电特性GJB2700-96卫星遥感器术语HB6167.6-2014民用飞机机载设备环境条件和试验方法第6部分：振动试验HJ524-2009大气污染物名称代码QX/T505-2019人工影响天气作业飞机通用技术要求MH/T1075-2020飞机增雨作业安全规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。学兔兔—202323.1气态污染物gaseouspollutants由于人类活动或自然过程排入大气，在常态、常压下以气态分子状态存在，且浓度超过一定标准时对人或环境产生有害影响的物质。注：本文件中的大气气态污染物包括二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2）、甲醛（HCHO）、臭氧（O3）等污染气体。[来源：HJ524-2009，3.4，有修改]3.2遥感remotesensing利用电磁辐射、引力波、声波测量等方法，非直接接触、远距离地(例如从气球、飞机、人造卫星上)获取地球及大气层信息的技术。[来源：GJB2700-96，3.1，有修改]3.3固定翼通用航空平台fixed-winggeneralaviationplatform由动力装置产生前进的推力或拉力，由机身的固定机翼产生升力，在大气层内飞行的航空器。[来源：QX/T505-2019，3.1，有修改]3.4背景区域backgroundregion受到人类活动干扰小、空气洁净的区域。注：在本文件中用背景区域上空测量的光谱作为参考光谱，用于光谱数据反演过程中扣除平流层背景、太阳夫琅和费结构和仪器不稳定性的影响。3.5光谱波长标定spectralwavelengthcalibration通过标准光源的特征发射谱线对光谱仪测量的光谱进行波长标定，确定光谱仪探测器各像元对应实际的波长。3.6航迹规划routeplanning在给定的规划空间内，寻找飞行器从起始点到达目标点，满足某些约束条件并使某项性能指标达到最优的轨迹。学兔兔—202333.7参数反演parameterinversion基于模型知识的基础上，依据可测参数值去反推目标的状态参数。3.8太阳夫琅和费线Fraunhoferline太阳光谱由于太阳色球层中原子的选择吸收和辐射的重发射，在连续光谱上出现了很多相对较强的特征谱线。3.9斜柱浓度slantcolumndensity气体浓度沿光路的积分浓度。3.10垂直柱浓度verticalcolumndensity气体浓度沿垂直路径穿过大气的积分浓度。注：它仅依赖于气体浓度随高度的分布，而与观测方式和光在到达仪器之前在大气中穿过的实际路径无关。4系统组成与方法功能4.1通则4.1.1测量系统大气气态污染物航空遥感测量系统是利用大气观测作业飞机搭载气态污染物机载遥感监测仪器，执行空中大气气态污染物遥感观测任务，完成遥感光谱采集、数据处理和储存的集成装置。4.1.2测量过程大气气态污染物航空遥感测量过程是在大气观测作业飞机上采用气态污染物遥感监测仪器对大气进行连续地扫描、光谱采集、数据处理和分析的过程。4.2系统组成大气气态污染物航空遥感测量系统由大气观测作业飞机、气态污染物航空机载遥感测量仪器模块、数据采集、存储和处理系统组成。其中：a)大气观测作业飞机由固定翼飞机（经过改造的适合大气气态污染物航空遥感测量的学兔兔—20234飞机）、网络通信模块、供电模块、环境控制模块、辅助集成模块组成；b)气态污染物航空机载遥感测量仪器模块由多种气态污染物航空机载遥感测量仪器组成，包括但不限于用于测量NO2、SO2、HCHO、O3等的成像差分吸收光谱仪等设备；c)数据采集、存储和处理系统由数据采集模块、数据存储模块和数据处理模块组成。4.3方法功能4.3.1大气观测作业飞机大气观测作业飞机能够根据观测任务需要，搭载特定组合的大气气态污染物航空机载遥感监测仪器和作业人员实施航空测量，可满足观测任务的通信传输、设备供电、作业环境、操作安全等需求。4.3.2气态污染物航空机载遥感测量仪器模块气态污染物航空机载遥感测量仪器模块用于遥感测量大气NO2、SO2、HCHO|、O3等污染气体，推荐设备是成像差分光学吸收光谱仪（ImagingDifferentialOpticalAbsorptionSpectroscopy，IDOAS）。各监测项目推荐的分析方法是差分光学吸收光谱法。4.3.3数据采集、存储和处理系统数据采集、存储和处理系统用于采集大气气态污染物航空遥感测量仪器测量得到的数据，能够按指令实现本地存储数据和检测设备工作状态信息，并完成对数据和相关信息的处理。数据处理系统包括数据预处理、光谱数据反演、大气污染物浓度显示等。光谱数据反演软件用于分析大气污染气体的垂直柱浓度。5技术内容5.1大气观测作业飞机5.1.1固定翼飞机固定翼飞机满足MH/T1075-2020中4.3和QX/T505-2019中的7常规作业飞机的相关规定。5.1.2网络通信模块网络通信模块满足以下技术内容：a)具备飞机内部、飞机和地面之间的文本、语音、图像、视频、数据文件等信息传输学兔兔—20235和交互功能；b)飞机能够向地面实时传输飞机定位、飞行姿态、气态污染物航空遥感机载监测仪器测量数据和工作状态等信息；c)具备地面向飞机实时传输卫星、雷达图像、飞行航线规划以及天气模式产品等功能。5.1.3供电模块供电模块满足以下技术内容：a)要符合GJB181B-2012和GB∕T30203-2013规定的相关内容；b)要满足大气观测作业飞机满负荷搭载的所有仪器设备正常用电的需求，加装28V转110V和220V的逆变器，并配备UPS不间断电源，保证仪器不断电，并有冗余；c)供电总功率不小于5kW。5.1.4辅助集成模块飞机配备有飞行管理和导航系统，可以连续地记录导航和气象资料。可获得以下数据：a)定位导航信息包括观测时间、飞机位置（经度、纬度、相对高度）、飞行姿态（俯仰角、滚转角、偏航角）、飞行速度（加速度）等有关数据；b)气象参数信息包括风速、风向、气温、气压、湿度（或水汽混合比）等数据。5.2气态污染物航空机载遥感测量仪器模块5.2.1仪器外观仪器外观满足以下技术内容：a)机载遥感测量仪器模块的各仪器具有产品铭牌，铭牌上标有仪器名称、型号、生产单位、出厂编号和制造日期等信息；b)各监测仪器的表面完好无损，无明显缺陷，各零部件连接可靠，各操作键、按钮灵活有效；c)各监测仪器的主机面板显示清晰，字符、标识易于识别。5.2.2环境适应性机载遥感监测仪器能够在以下条件中正常工作：a)使用环境：飞机舱内；b)工作温度：-10~50℃；c)相对湿度：≤85%；d)气压：400~1010hPa；学兔兔—20236e)海拔高度：小于10000m；f)供电电源：AC220±22V，50±1Hz；g)振动：满足HB6167.6-2014中的6.1的相关规定；h)冲击：满足GJB150.18A-2009中7.2.1.4的相关规定。5.2.3安全性仪器安全性要满足以下技术内容：a)仪器要设有漏电保护装置，防止人身触电。安全性要符合GB4793.1-2007中6规定的相关内容；b)在环境温度为-10~50℃，相对湿度≤85%条件下，仪器电源端子对地或机壳的绝缘电阻不小于20MΩ；c)仪器有足够的绝缘强度，在1500V（有效值）、50Hz正弦波实验电压下持续lmin，不出现击穿或飞弧现象。5.2.4仪器性能成像差分吸收光谱仪满足以下技术指标：a)光谱分辨率：小于0.6nm；b)视场角：大于30