本發(fā)明涉及一種家用空氣污染分級預(yù)警裝置及方法，屬于環(huán)境科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)階段，我國公眾對空氣污染級別的認知是通過某種裝置加載某種軟件獲取，這些軟件對空氣污染級別分級基于空氣質(zhì)量指數(shù)(aqi，airqualityindex)，但是，我國現(xiàn)行空氣質(zhì)量指數(shù)aqi經(jīng)常與公眾的直觀感受及實際空氣質(zhì)量狀況不相符。其部分原因在于aqi指數(shù)的絕對性，aqi指數(shù)將常規(guī)監(jiān)測的幾種空氣污染物的濃度簡化成為單一的概念性數(shù)值形式，是一種絕對數(shù)值的表示。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決空氣污染與公眾直觀感受不一致的問題，作為aqi指數(shù)的補充，本發(fā)明提供一種家用空氣污染分級預(yù)警裝置及方法，主要從空氣質(zhì)量相對優(yōu)劣的角度出發(fā)，通過算法使劃分的質(zhì)量級別與人群健康受環(huán)境污染影響的相對程度相聯(lián)系，考慮了不同等級的環(huán)境質(zhì)量引起的環(huán)境效應(yīng)，并將預(yù)警結(jié)果顯示給公眾。該家用空氣污染分級預(yù)警裝置是一種成本小、時間短、客觀有效的預(yù)警裝置。
一方面，本發(fā)明提供一種家用空氣污染分級預(yù)警裝置，包括用于供電的電源模塊以及空氣采樣模塊、gps信息傳輸模塊、分級預(yù)警模塊、存儲模塊、顯示輸出模塊，其中：
空氣采樣模塊，用于對用戶所在區(qū)域空氣中的污染物pm2.5、pm10、so2、no2、o3、co進行實時采集；
gps信息傳輸模塊，用于通過gps獲得用戶所在位置，并根據(jù)該位置從氣象局公共服務(wù)平臺獲取用戶所在區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)的官方值；
分級預(yù)警模塊，用于根據(jù)空氣采樣模塊實時采集的污染物計算用戶所在區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)的計算值，并結(jié)合gps信息傳輸模塊獲取的用戶所在區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)的官方值，對當(dāng)日的空氣質(zhì)量進行分級；
顯示輸出模塊，用于對分級預(yù)警模塊的結(jié)果進行顯示，并對空氣污染情況進行報警；
存儲模塊，用于存儲空氣采樣模塊實時采集的污染物數(shù)據(jù)以及gps信息傳輸模塊獲取的用戶所在空氣質(zhì)量指數(shù)的官方值。
2.作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，所述分級預(yù)警模塊根據(jù)空氣采樣模塊實時采集的污染物計算用戶所在區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)的計算值，并結(jié)合gps信息傳輸模塊獲取的用戶所在區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)的官方值，對當(dāng)日的空氣質(zhì)量進行分級，具體為：
首先，計算用戶所在區(qū)域的當(dāng)日空氣質(zhì)量值aqid＝(aqic+aqig)/2，其中，aqic表示根據(jù)空氣采樣模塊實時采集的污染物按照空氣質(zhì)量指數(shù)的國標(biāo)方法得到的當(dāng)日用戶所在區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)的計算值，aqig表示gps信息傳輸模塊獲取的當(dāng)日用戶所在區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)的官方值；
其次，計算用戶所在區(qū)域的當(dāng)日空氣質(zhì)量相對值ad＝max(0,aqid-aqid-1)，其中，aqid表示用戶所在區(qū)域的當(dāng)日空氣質(zhì)量值，aqid-1表示用戶所在區(qū)域的前一日空氣質(zhì)量值，aqid-1＝(aqic-1+aqig-1)/2，其中，aqic-1表示根據(jù)空氣采樣模塊實時采集的污染物按照空氣質(zhì)量指數(shù)的國標(biāo)方法得到的前一日用戶所在區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)的計算值，aqig-1表示gps信息傳輸模塊獲取的前一日用戶所在區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)的官方值；
其次，計算用戶所在區(qū)域的當(dāng)日空氣質(zhì)量絕對值，bd＝|aqid-aqid-1|；
再次，計算用戶所在區(qū)域的當(dāng)日空氣質(zhì)量相對分級值
最后，根據(jù)當(dāng)日空氣質(zhì)量的相對分級值對當(dāng)日的空氣質(zhì)量進行分級：
其中，g(yd)表示空氣質(zhì)量等級。
作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，在分級劃分的閾值中引入調(diào)節(jié)數(shù)ε，以根據(jù)各地空氣質(zhì)量的氣候標(biāo)準(zhǔn)差的起伏變化調(diào)節(jié)分級閾值，具體為：
另一方面，本發(fā)明還提供一種基于上述家用空氣污染分級預(yù)警裝置進行預(yù)警的方法，具體步驟如下：
步驟1，根據(jù)用戶所在位置，從氣象局公共服務(wù)平臺獲取用戶所在區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)的官方值；
步驟2，根據(jù)實時采集用戶所在區(qū)域的污染物信息以及用戶所在區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)的官方值，計算用戶所在區(qū)域的當(dāng)日空氣質(zhì)量值：
aqid＝(aqic+aqig)/2
其中，aqic表示按照空氣質(zhì)量指數(shù)的國標(biāo)方法，根據(jù)實時采集的污染物信息得到的當(dāng)日用戶所在區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)的計算值，aqig表示當(dāng)日用戶所在區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)的官方值；
步驟3，根據(jù)用戶所在區(qū)域的當(dāng)日空氣質(zhì)量值和前一日空氣質(zhì)量值，計算用戶所在區(qū)域的當(dāng)日空氣質(zhì)量相對值：
ad＝max(0,aqid-aqid-1)
其中，aqid表示用戶所在區(qū)域的當(dāng)日空氣質(zhì)量值，aqid-1表示用戶所在區(qū)域的前一日空氣質(zhì)量值，aqid-1＝(aqic-1+aqig-1)/2，其中，aqic-1表示按照空氣質(zhì)量指數(shù)的國標(biāo)方法，根據(jù)實時采集的污染物信息得到的前一日用戶所在區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)的計算值，aqig-1表示前一日用戶所在區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)的官方值；
步驟4，根據(jù)用戶所在區(qū)域的當(dāng)日空氣質(zhì)量值和前一日空氣質(zhì)量值，計算用戶所在區(qū)域的當(dāng)日空氣質(zhì)量絕對值：
bd＝|aqid-aqid-1|
步驟5，計算當(dāng)日空氣質(zhì)量的相對分級值：
其中，ad-1表示前一日空氣質(zhì)量相對值，ad-1＝max(0,aqid-1-aqid-2)，bd-1表示前一日空氣質(zhì)量絕對值，bd-1＝|aqid-1-aqid-2|，aqid-2表示用戶所在區(qū)域的前一日空氣質(zhì)量值，aqid-2＝(aqic-2+aqig-2)/2，其中，aqic-2表示按照空氣質(zhì)量指數(shù)的國標(biāo)方法、根據(jù)實時采集的污染物信息得到的前兩日用戶所在區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)的計算值，aqig-2表示前兩日用戶所在區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)的官方值；
步驟6，根據(jù)步驟5中計算得到的當(dāng)日空氣質(zhì)量的相對分級值對當(dāng)日的空氣質(zhì)量進行分級：
其中，g(yd)表示空氣質(zhì)量等級；
步驟7，將步驟6得到的空氣質(zhì)量等級發(fā)送至用戶端，以對用戶進行預(yù)警。
作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，步驟7中通過音響裝置將空氣質(zhì)量等級對用戶進行播放。
作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，步驟7中通過顯示屏顯示空氣質(zhì)量等級，以便用戶查看。
作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化方案，在根據(jù)當(dāng)日空氣質(zhì)量的相對分級值對當(dāng)日的空氣質(zhì)量進行分級時，引入調(diào)節(jié)數(shù)ε，以根據(jù)各地空氣質(zhì)量的氣候標(biāo)準(zhǔn)差的起伏變化調(diào)節(jié)分級閾值，具體為：
本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：本發(fā)明的這種家用空氣質(zhì)量檢測裝置本裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，使用于家庭使用；通過分級預(yù)警算法可以進行快速分析和評價，可用于一般性空氣質(zhì)量評價，對空氣質(zhì)量的實現(xiàn)實時預(yù)警。。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明：
本發(fā)明一種家用空氣質(zhì)量分級預(yù)警裝置，包括空氣采樣模塊、gps信息傳輸模塊、分級預(yù)警模塊、存儲模塊、顯示輸出模塊和用于供電的電源模塊。
其中，空氣采樣模塊，用于對用戶所在區(qū)域空氣中的污染物pm2.5、pm10、so2、no2、o3、co進行實時采集；gps信息傳輸模塊，用于通過gps獲得用戶所在位置，并根據(jù)該位置從氣象局公共服務(wù)平臺獲取用戶所在區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)的官方值；存儲模塊，用于對gps信息傳輸模塊獲取的用戶所在空氣質(zhì)量指數(shù)的官方值進行存儲，且同時保存用戶所在區(qū)域經(jīng)緯度信息、空氣采樣模塊實時采集的污染物數(shù)據(jù)；分級預(yù)警模塊，用于根據(jù)空氣采樣模塊實時采集的污染物計算用戶所在區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)的計算值，并結(jié)合gps信息傳輸模塊獲取的用戶所在區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)的官方值，對當(dāng)日的空氣質(zhì)量進行分級；顯示輸出模塊，用于對分級預(yù)警模塊的結(jié)果進行顯示，并對空氣污染情況進行報警，可以通過顯示屏或喇叭輸出圖像或聲音。
本發(fā)明的分級預(yù)警模塊中，通過一種分級預(yù)警算法，對空氣質(zhì)量進行分級。該分級預(yù)警算法按照空氣污染相對的濃度變化將空氣質(zhì)量指數(shù)范圍進行客觀分段，劃分出五個等級，使劃分的質(zhì)量級別與人群健康受環(huán)境污染影響的相對程度相聯(lián)系。該分級預(yù)警算法有別于目前國內(nèi)使用的基于aqi的分級方法，基于aqi的分級方法未能表現(xiàn)出當(dāng)日空氣質(zhì)量與前一日的比較差異，如當(dāng)日空氣質(zhì)量值為160，前一日空氣質(zhì)量值為140，采用絕對值法，僅能判斷兩日均屬于重污染日，但無法對污染加強或減弱進行判斷。
本發(fā)明為解決這一問題，提出一種分級預(yù)警算法，其步驟如下：
首先，計算用戶所在區(qū)域的當(dāng)日空氣質(zhì)量值aqid＝(aqic+aqig)/2，其中，aqic表示根據(jù)空氣采樣模塊實時采集的污染物按照空氣質(zhì)量指數(shù)的國標(biāo)方法得到的當(dāng)日用戶所在區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)的計算值，aqig表示gps信息傳輸模塊獲取的當(dāng)日用戶所在區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)的官方值；
其次，計算用戶所在區(qū)域的當(dāng)日空氣質(zhì)量相對值ad＝max(0,aqid-aqid-1)，其中，aqid表示用戶所在區(qū)域的當(dāng)日空氣質(zhì)量值，aqid-1表示用戶所在區(qū)域的前一日空氣質(zhì)量值，aqid-1＝(aqic-1+aqig-1)/2，其中，aqic-1表示根據(jù)空氣采樣模塊實時采集的污染物按照空氣質(zhì)量指數(shù)的國標(biāo)方法得到的前一日用戶所在區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)的計算值，aqig-1表示gps信息傳輸模塊獲取的前一日用戶所在區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)的官方值；
其次，計算用戶所在區(qū)域的當(dāng)日空氣質(zhì)量絕對值，bd＝|aqid-aqid-1|；
再次，計算用戶所在區(qū)域的當(dāng)日空氣質(zhì)量相對分級值
最后，根據(jù)當(dāng)日空氣質(zhì)量的相對分級值對當(dāng)日的空氣質(zhì)量進行分級：
其中，g(yd)表示空氣質(zhì)量等級。
本發(fā)明的分級預(yù)警算法表示當(dāng)日空氣質(zhì)量的相對分級值yd的取值范圍[0,100)分成了從"優(yōu)"、"極弱"、"弱污染"、"中污染"到"強污染"五個區(qū)域。
由于我國國土面積在經(jīng)緯度跨度較大，為了提高本發(fā)明分級預(yù)警算法的應(yīng)用效果，并無硬性規(guī)定劃分閾值，在分級閾值中引入調(diào)節(jié)數(shù)ε，以調(diào)節(jié)分級條件。其中，ε值的選取可參考各地空氣質(zhì)量的氣候標(biāo)準(zhǔn)差，如果氣候標(biāo)準(zhǔn)差起伏不大，則可以設(shè)置ε＝0，即使用默認的分級條件；如果氣候標(biāo)準(zhǔn)差較大，說明該地空氣質(zhì)量的大部分數(shù)值差異較大，可用ε在分級條件上進行一定范圍的調(diào)節(jié)，即：
分級條件以45+ε作為分界線，當(dāng)分極條件不小于下限45+ε，表明今日空氣污染強于昨日；否則，說明當(dāng)日空氣污染與昨日空氣污染相比較，空氣質(zhì)量偏好；當(dāng)分級條件為0時，說明今日空氣質(zhì)量優(yōu)于昨日。
以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準(zhǔn)。