Sistema LiDAR móvil en configuración Scheimpflug para monitoreo de la calidad del aire y de la fauna aérea en la atmósfera baja

Abstract

En este trabajo de tesis doctoral se llevó a cabo el diseño y construcción de un sistema móvil de monitoreo LiDAR en configuración tipo Scheimpflug, con el propósito de detectar la presencia de contaminantes aéreos en la baja atmósfera, tanto en barrido espacial como en una columna vertical de aire. La configuración del sistema permite realizar pruebas de detección y seguimiento de fuentes de emanación de contaminantes por medio de una configuración biaxial que utiliza tres telescopios astronómicos sencillos, así como un láser continuo tipo diodo de alta potencia que opera en el infrarrojo cercano y cuenta con dispositivos para detección como cámaras CCD y CMOS, controlador láser y un software de adquisición de datos, además de su diseño móvil, de fácil montaje y transporte, construido sobre el sistema de un telescopio astronómico controlado por computador que, en conjunto, conforman una plataforma de bajo costo muy conveniente para proyectos de investigación con bajo presupuesto. El sistema constituye un prototipo que puede ser replicado en otras instituciones y por otros grupos de investigación, pudiendo ser de utilidad para estudios ambientales y de física de la atmósfera, permitiendo la recopilación de datos en tiempo real e in situ. En el presente escrito se presenta el proceso de diseño y construcción del prototipo de un sistema LiDAR en configuración tipo Scheimpflug, habiéndose probado su funcionalidad con mediciones realizadas en las instalaciones de la Universidad del Valle de la ciudad de Cali, donde los resultados obtenidos fueron acordes a lo esperado para un sistema de estas características, además de que el comportamiento que se muestra del material particulado es coherente con reportes anteriores de mediciones realizadas en la región, así como con las características ambientales y ubicación de las zonas donde fue probado. (Tomado de la fuente)

In this doctoral thesis, a mobile LiDAR monitoring system was designed and built in a Scheimpflug configuration, to detect the presence of airborne pollutants in the lower atmosphere, both in spatial scanning and in a vertical column of air. The system configuration allows the detection and tracking of pollutant emission sources using a biaxial configuration with three simple astronomical telescopes, as well as a high-power continuous diode laser operating in the near-infrared and has detection devices such as CCD and CMOS cameras, a laser controller, and data acquisition software. In addition to its mobile design, easy assembly and transport, are built on the system of a computer-controlled astronomical telescope that, together, make up a low-cost platform very suitable for low-budget research projects. The system constitutes a prototype that can be replicated in other institutions and research groups and could be helpful in environmental and atmospheric physics studies, allowing real-time and in situ data collection. This work presents the design and construction process of a prototype LiDAR system in Scheimpflug configuration, having tested its functionality with measurements carried out at the facilities of the Universidad del Valle in the city of Cali, where the results obtained were in accordance with what was expected for a system of these characteristics, in addition to the fact that the behavior shown of the particulate matter is consistent with previous reports of measurements carried out in the region, as well as with the environmental characteristics and location of the areas where it was tested.