Environmental Monitoring by Multi-Spectral Lidar Techniques

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish I vår omgivning finns många gasformiga ämnen, vars egenskaper är sådana att de kan mätas med optiska metoder. Härvid kan man utnyttja det unika spektroskopiska fingeravtryck ämnena har. Det vill säga, att varje ämne absorberar ljus av olika färg (våglängd) på ett unikt sätt. Likaså har vissa ämnen sådana egenskaper, att då de belyses med en viss våglängd sänder de ut en unik sammansättning av ljus (våglängder). Detta benämns fluorescens och därigenom kan ämnena identifieras. Ett laserradarsystem har konstruerats och testats inom olika applikationsområden. Ett laserradarsystem fungerar på samma sätt som ett vanligt radarsystem, men i stället för mikrovågor används ljuspulser, och i stället för att se flygplan eller fartyg kan man se var olika ämnen finns i atmosfären. Laserradarsystemet kan sända ut laserstrålning och snabbt byta våglängd i det ultravioletta, synliga eller infraröda våglängdsområdet, vilket möjliggör samtidig mätning av många olika ämnen i atmosfären. Statistiska metoder har använts för att kunna bestämma koncentrationen av olika ämnen i en blandning, trots att deras fingeravtryck överlappar varandra. För att göra gas flödesmätningar har en kombinationsmetod bestående av laserradar och bildbehandling utvecklats. Ett videokamerasystem som filmar plymen kombineras med avstånds- och riktningsdata från laserradarsystemet vilket möjliggör hastighetsbestämning av plymen. Ur koncentrations- och vinddata kan sedan flödet bestämmas med hög noggrannhet. Systemet kan enkelt konverteras till ett avståndsupplöst fluorescensmätningssystem med möjligheter att studera sten, vegetation och vatten. Även här används statistiska metoder för att klassificera olika typer av fluorescenssignaler och skapa bilder av mätobjekt. För att automatiskt utvärdera laserradarmätningar med hänsyn tagen till koncentration, avståndsupplösning och brus, har statistiska metoder inom lokal polynomanpassning och lokala bandbredder kombinerats för att utveckla en ny utvärderingsmetod. Denna möjliggör mätresultat med optimal avståndsupplösning samt mätnoggrannhetsredovisning. Utsläppsmätningar har genomförts av kvicksilver vid klor-alkali-industrier och kolväten på testbana för att kontrollera prestanda hos systemet. Mätningar av utsläppen från de italienska vulkanerna Etna, Stromboli och Vulcano har genomförts med olika metoder. Särskilt har uppmärksamhet riktats på atmosfärs-spridningsfenomen för att förklara skillnaderna mellan de olika metodernas mätresultat. Fluorescensbilder av fasaderna av Lunds domkyrka och domen i Parma har tagits fram genom utnyttjande av laserradarsystemet och multivariata metoder. Klassificering av stenar och algpåväxt visade sig vara möjlig. Avståndsupplösta fluorescensmätningar har utförts av havs-, kust- och hamnvatten i Medelhavet med laserradarsystemet placerat ombord på ett forskningsfartyg.