基于LIF的土壤石油污染物荧光仿真研究

作     者：谢贝贝 周炫宇 赵佳伟 王智翀 

作者机构：河北省计算机虚拟技术与系统集成重点实验室 燕山大学信息科学与工程学院 

出 版 物：《中国激光》 (Chinese Journal of Lasers)

年 卷 期：2023年

核心收录：

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 

基　　金：国家自然科学基金面上项目(62173290、62173289) 河北省自然科学基金青年科学基金项目(F2021203084) 河北省创新能力提升计划项目(22567626H) 

主　　题：激光诱导荧光 蒙特卡罗 多孔介质 土壤石油污染物 荧光仿真 

摘      要：激光诱导荧光(LIF)技术是一种主动式的遥感光学探测技术。土壤是常见的天然多孔介质，与石油混合后油滴进入孔隙内部，其独特的结构可以使光线发生多次的反射和吸收现象，这种现象会导致LIF探测土壤石油污染物获得的荧光分布具有差异性。本文根据土壤含油量的多少以及分布特点，将土壤石油污染物分为油泥与含油土壤，基于蒙特卡罗方法和多孔介质的隐函数表示法，分别建立油泥和含油土壤的荧光仿真模型，采用荧光转换效率(接收荧光功率与发射激光功率的比值)表征荧光强度，并从不同出射方向分析发射出土壤的荧光分布情况。通过模拟不同油品污染的油泥和含油土壤在不同入射天顶角、孔隙率、孔隙密度下的荧光转换效率，分析不同油品、LIF系统参数和土壤因素对荧光分布的影响。仿真结果表明，同种石油污染的油泥和含油土壤，油泥因其较高的含油量导致荧光信号强于含油土壤；当激光垂直入射时，LIF系统收集的荧光信号强度最高，而入射角度增大会导致荧光信号强度逐渐降低；土壤石油污染物的荧光强度会随着孔隙率的增大而增大，随着孔隙密度的增大而减小；轻质石油污染的土壤受激光照射时，由于石油吸收系数较低，产生的荧光信号要弱于重质石油污染的土壤。该研究为LIF探测陆地溢油污染提供理论和技术支持。