Программный комплекс «LIDAS» для поиска информационных длин волн и численного моделирования лазерного газоанализа методом дифференциально

4.3.3. Реализация выбора характеристик

В программе выполнена возможность  заказа сразу нескольких характеристик.

В самом начале можно задать некоторые  входные параметры, такие как  температура и давление при начальных  условиях, параметр температурной зависимости интенсивности, а также длину трассы в км. Эти заказы выполнены стандартными компонентами Borland Delphi 7.0. Значение может быть только двух видов для линейных и нелинейных молекул.

Выбор исследуемых газовых составляющих атмосферы осуществляется следующим образом: при выборе нужного газа напротив него ставится галочка. Тогда в программе запускается процедура поиска линий поглощения заданных газов, записи этих данных в таблицы и файлы.

 

4.4. Общие сведения 

 

Программный комплекс «LIDAS» является самостоятельным продуктом и предназначена для поиска информативных длин волн, дополнительных вычислений, нужных в работе лидара, а также обработки архива данных HITRAN. Программа позволяет провести поиск газа сразу по 38 наборам газовых составляющих атмосферы, задать длину трассы поиска и предоставляет пользователю возможность просмотра результатов в виде графиков и таблиц. Программный продукт ориентирован преимущественно на пользователей, сферой деятельности которых является работа с лидарами, функционирующими по методу дифференциального поглощения.

Исполняемый файл программы называется Project1.exe. Программа работает под любой версией ОС Windows, начиная с Windows 95, но желательно использование Windows XP. При задании оформления желательно использование «классической» цветовой гаммы. Программные требования к аппаратному обеспечению самые низкие.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.5. Работа с программой

Для начала работы необходимо запустить файл “Project1.exe”. Откроется главное окно программы:

Главная форма содержит в себе меню программы, “Поиск”, “Расчеты”, которая в свою очередь делится на два подменю “Определенный оптический путь” и “По всему оптическому пути”, меню “Выход”, с помощью которой можно завершить работу с программой.

При нажатии на кнопку «Поиск» мы попадаем на форму №2                

В ней мы видим четыре вкладки, «Выборка параметров из архива», «Поиск по отдельным газам», «Расширенный поиск», «Диспетчер файлов», также меню с кнопкой «Выход». В первой вкладке производится выборка из архива по заданным параметрам пользователя, выбрать параметр можно нажав на квадратик на против названия.  

    

Во  второй вкладке предлагается выбрать по каким молекулам будет производиться  отбор, также выбрать молекулу можно  нажав на квадратик напротив названия.

В третьей  вкладке пользователю предлагается произвести поиск по определенным значениям  каждого параметра, для этого  надо выбрать в выпадающем списке имя файла, заполнить поля «изотоп», «интенсивность», «параметры лазера», каждый из параметров можно опустить.

 

В четвертой  вкладке, можно будет посмотреть какие файлы были в каталоге или  создались в процессе работы программы, также можно проверить по каким  параметрам отобран каждый файл, возможность  удалить файл, просмотреть содержимое и соединить два или несколько файлов. Завершить работу с поиском, можно нажав на кнопку меню «Выход».

 

В главной форме, в меню “расчеты”  есть два подменю “определенный  оптический путь” и расчеты ”по  всему оптическому пути”.

В “определенном оптическом пути” рассчитывается значения только по определенной длине зондирующей трассы, например 1 км. При переходе в это подменю всплывает окно “Входные значения”. В данном окне пользователю предлагается выбрать молекулу, ввести значения температуры и давления, выбрать значение для параметра температурной зависимости интенсивности, ввести степень n и выбрать концентрацию, данные поля заполнены стандартными значениями. Для завершения заполнения входных значений нажимаем на кнопку «ОК». При неправильном заполнении любого из пунктов данной формы программа выдаст ошибку и сообщит об этом пользователю. Далее пользователю необходимо заполнить значение линии поглощения от которой будет начат расчет, выбрать диапазон значений, расчет будет производиться в диапазоне плюс, минус от начального значения линии поглощения. Также нужно ввести шаг, с которым будут производиться расчеты и ввести оптический путь. Нажимаем на кнопку «Рассчитать», программа выведет на экран полученные значения и нарисуется график. Завершить работу с расчетами можно нажав на кнопку «Выход».

В расчетах “по всему оптическому пути” пользователю предлагается рассчитать всю зондирующую трассу, например 100км, при этом учитывается давление, температура, концентрация для каждого километра пути и учитывается ослабление лазерного излучения при прохождении каждого километра.

В данной форме можно увидеть  таблицу со столбцами километр, давление, температура, концентрация,  βх (Aerosol scattering) и βх (Molecular scattering). Таблица заполнена уже раннее известными значениями для каждого километра пути. Также можно добавлять данные в таблицу или изменять их.

Для начала расчетов необходимо выбрать  начальный и конечный путь зондирующей  трассы. Для этого пользователю надо нажать на строчку в таблице. При  первом нажатии заполниться поле “начальный оптический путь”, при втором нажатии заполниться поле “конечный оптический путь”. Далее нажимаем кнопку “Рассчитать”, программа при завершении расчетов перейдет в форму №4, где представит на экране графики получившихся значений, каждый километр пути будет располагаться по координате Z.  

 Для завершения работы программы  можно нажав на кнопку «Выход»  в главном меню программы

 

 

 

 

 

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО  МОДЕЛИРОВАНИЯ

В ходе выполнения программы пользователю предлагается просмотреть результаты поиска или расчетов с помощью таблицы и графиков.

В таблицу заносятся данные поиска или расчетов, каждый параметр, который  был отобран из базы HITRAN либо рассчитан, заносится в “свой” столбец. Навигация по таблице осуществляется  с помощью ScrollBar, который расположен на правой стороне и стрелками на клавиатуре.

* Таблица с представленными результатами выборки из базы HITRAN

 

 С помощью графика можно наглядно посмотреть полученные из расчетов характеристики. На данном графике представлено отношение квадрата пропускания от длины волны. Возможность увеличение масштаба, с помощью выделения определенной области на графике левой кнопкой мыши. Для 3D графиков заложена возможность интерактивного просмотра. 

 

 

 

 

 *График результата расчетов.

Трехмерный график лидарных сигналов в диапазоне 3000-3065 м длин волн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В результате проделанной  работы мною была изучена возможность применения программного комплекса «LIDAS» для поиска информативных длин волн и численного моделирования лазерного газоанализа методом дифференциального поглощения.

Программный комплекс «LIDAS» является самостоятельным продуктом и предназначена для поиска информативных длин волн, дополнительных вычислений, нужных в работе лидара, а также обработки архива данных HITRAN.

Так же я ознакомилась с метода дифференциального поглощения и  с методикой поиска информативных длин волн зондирования. На данный момент дифференциальное поглощение являются в настоящее время одними из наиболее отработанных методов дистанционного газоанализа.

В процессе работы мною были рассмотрены  аналоги программного комплекса         «LIDAS»: SAGDAM, LARA. Данным программам не хватает более понятного диалога с пользователем, простого интерфейса, незагруженности различными лишними и подчас вредными настройками, быстроты поиска и вычисления дополнительных параметров. В программном комплексе «LIDAS» был упрощен интерфейс, по возможности был ускорен поиск данных по архивам и усовершенствована вычислительная функция.

Дальнейшее развитие программы ориентировано на повышение удобства пользовательского интерфейса и реализацию дополнительных возможностей.

Наращивание функциональности программы, развитие подсистемы помощи и тестирование на реальных задачах в дальнейшем могут способствовать использованию продукта в коммерческих целях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

 

1. Лазерное зондирование атмосферы [Электронный ресурс] // Образовательный блог – всё для учебы. – Электрон. дан.  – М. : 2009 - . –                                                   URL: http://www.all4study.ru/raznoe/lazernoe-zondirovanie-atmosfery.html

(дата обращения: 20.04.2012).

2. Романовский О. А. Анализ возможностей обнаружения приземных аномальных концентраций окислов азота, аммиака и метана лидаром бортового базирования // Прикладная физика. – 2006. - № 2. – С. 103-107.
3. Долгий С. А. Лазерные газоанализаторы на основе метода дифференциального поглощения: дис. … канд. физ.-мат. наук / С. И. Долгий. – Томск, 2004. – 116 с.
4. Васильев Б. И. ИК лидары дифференциального поглощения для экологического мониторинга окружающей среды / Б. И. Васильев, У. М. Маннун // Квантовая электроника. – 2006. - Том 36, № 9. - С. 801-820.
5. . The computer codes LARA and AIRA for simulating the atmospheric transmittance and radiance: Current status [Electronic resource] / A. A. Mitsel [et al.] // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 1995. - Vol. 26, № 8. – P. 895–931. – The electronic version of the printing publication. – Access from „ScienceDirect“.
6. Привалов В. Е. Оптимизация  лидара дифференциального поглощения и рассеивания для зондирования молекулярного водорода в атмосфере //              В. Е.Привалов, В. Г.Шеманин // Журнал технической физики. -  2007. - Том 69, № 8.  - С. 65-68.