Infrarot-Fernerkundungssystem für die chemische Gefahrenabwehr:
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Bonn
Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe
2006
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| Schriftenreihe: | Zivilschutz-Forschung
N.F., 58 |
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis Seite
Kurzfassung....................................................5
1. Einleitung.............................................9
1.1 Prinzip der Fernerkundung von Gefahrstoffwolken
mittels Infrarotspektrometrie.............................. 10
1.2 Entwicklung des Fernerkundungssystems.................... 11
2 Grundlagen der Fernerkundung von Gefahrstoffwolken
mittels Fourier-Infrarotspektrometrie .................... 14
2.1 Strahlungstransportmodell ............................... 14
2.2 Strahlungstemperatur.................................... 17
2.3 Spektralbereich ........................................ 18
2.4 Fourier-Spektrometrie ................................... 22
2.4.1 Fourier-Spektrometer mit einem Michelson-Interferometer......23
2.4.1.1 Fourier-Spektrometer mit idealem Michelson-Interferometer .... 23
2.4.1.2 Apparatefunktion eines FTIR-Spektrometers.................25
2.4.1.3 Das verwendete
2.4.2 Kalibrierung...........................................26
2.5 Eigenschaften der Spektren passiver
Infrarot-Fernerkundungssysteme...........................28
2.6 Simulation von Spektren.................................32
2.6.1 Simulation der Transmission der Atmosphäre ................33
2.6.1.1 Entfernung............................................34
2.6.1.2 Feuchte...............................................35
2.6.1.3 Extinktion durch Aerosole................................36
2.6.2 Simulation von Strahlungstemperaturspektren ...............36
2.6.2.1 Modell zur Simulation von Spektren .......................36
2.6.2.2 Vergleich von simulierten und gemessenen Spektren...........40
2.6.2.3 Simulation von Strahlungstemperaturspektren unter
unterschiedlichen Bedingungen............................42
2.7 Rauschäquivalente Säulendichte und Nachweisgrenzen.........48
7
Seite
3 Algorithmen zur Identifikation und zur Quantifizierung.....51
3.1 Algorithmus zur Stoffidentifikation ........................51
3.1.1 Diskussion des realisierten Verfahrens......................56
3.2 Bestimmung der Säulendichte ............................57
3.2.1 Quantifizierungsmethoden, die auf einer Schätzung der
Gastemperatur beruhen.................................. 58
3.2.2 Quantifizierung durch nichtlineare Modellierung ............. 60
3.2.3 Messungen zur Verifikation des Quantifizierungsalgorithmus----- 64
3.2.4 Diskussion des realisierten Verfahrens...................... 70
4 Scannendes Infrarot-Gasvisualisierungssystem (SIGIS)......72
5 Erprobung des Systems ................................77
5.1 Freisetzungsexperiment mit Ammoniak .....................77
5.2 Freisetzungsexperimente mit Schwefelhexaftuorid.............82
5.3 Test einer COa-Löschanlage ..............................88
5.4 Untersuchung des Industrie- und Hafengebiets in
Hamburg-Harburg ......................................92
5.5 Bemerkungen und Schlussfolgerungen......................95
5.6 Erprobung des Ferndetektionssystems von stationären
und beweglichen Plattformen .............................96
5.6.1 Erprobung des Ferndetektionssystems in einem Messfahrzeug ... 96
5.6.1.1 Messung der rauschäquivalenten Temperaturdifferenz NEDT .... 96
5.6.1.2 Durchführung von Messungen eines Zielstoffs .............. 104
5.6.2 Erprobung des Ferndetektionssystems in einem Hubschrauber .. 118
6 Zusammenfassung und Ausblick........................ 121
Literaturverzeichnis........................................... 123
Danksagung.................................................. 129
|
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Inhaltsverzeichnis Seite
Kurzfassung.5
1. Einleitung.9
1.1 Prinzip der Fernerkundung von Gefahrstoffwolken
mittels Infrarotspektrometrie. 10
1.2 Entwicklung des Fernerkundungssystems. 11
2 Grundlagen der Fernerkundung von Gefahrstoffwolken
mittels Fourier-Infrarotspektrometrie . 14
2.1 Strahlungstransportmodell . 14
2.2 Strahlungstemperatur. 17
2.3 Spektralbereich . 18
2.4 Fourier-Spektrometrie . 22
2.4.1 Fourier-Spektrometer mit einem Michelson-Interferometer.23
2.4.1.1 Fourier-Spektrometer mit idealem Michelson-Interferometer . 23
2.4.1.2 Apparatefunktion eines FTIR-Spektrometers.25
2.4.1.3 Das verwendete
2.4.2 Kalibrierung.26
2.5 Eigenschaften der Spektren passiver
Infrarot-Fernerkundungssysteme.28
2.6 Simulation von Spektren.32
2.6.1 Simulation der Transmission der Atmosphäre .33
2.6.1.1 Entfernung.34
2.6.1.2 Feuchte.35
2.6.1.3 Extinktion durch Aerosole.36
2.6.2 Simulation von Strahlungstemperaturspektren .36
2.6.2.1 Modell zur Simulation von Spektren .36
2.6.2.2 Vergleich von simulierten und gemessenen Spektren.40
2.6.2.3 Simulation von Strahlungstemperaturspektren unter
unterschiedlichen Bedingungen.42
2.7 Rauschäquivalente Säulendichte und Nachweisgrenzen.48
7
Seite
3 Algorithmen zur Identifikation und zur Quantifizierung.51
3.1 Algorithmus zur Stoffidentifikation .51
3.1.1 Diskussion des realisierten Verfahrens.56
3.2 Bestimmung der Säulendichte .57
3.2.1 Quantifizierungsmethoden, die auf einer Schätzung der
Gastemperatur beruhen. 58
3.2.2 Quantifizierung durch nichtlineare Modellierung . 60
3.2.3 Messungen zur Verifikation des Quantifizierungsalgorithmus----- 64
3.2.4 Diskussion des realisierten Verfahrens. 70
4 Scannendes Infrarot-Gasvisualisierungssystem (SIGIS).72
5 Erprobung des Systems .77
5.1 Freisetzungsexperiment mit Ammoniak .77
5.2 Freisetzungsexperimente mit Schwefelhexaftuorid.82
5.3 Test einer COa-Löschanlage .88
5.4 Untersuchung des Industrie- und Hafengebiets in
Hamburg-Harburg .92
5.5 Bemerkungen und Schlussfolgerungen.95
5.6 Erprobung des Ferndetektionssystems von stationären
und beweglichen Plattformen .96
5.6.1 Erprobung des Ferndetektionssystems in einem Messfahrzeug . 96
5.6.1.1 Messung der rauschäquivalenten Temperaturdifferenz NEDT . 96
5.6.1.2 Durchführung von Messungen eines Zielstoffs . 104
5.6.2 Erprobung des Ferndetektionssystems in einem Hubschrauber . 118
6 Zusammenfassung und Ausblick. 121
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