CN102906554B - 用于测量空气质量的装置和方法 - Google Patents

Abstract

为了提高空气分析器的测量准确性，提出了一种用于引入位置信息以分组和平均基于位置的空气质量样本的集合的方法。该方法包括以下步骤：使用第一传感器以第一采样速率采样空气以获得多个空气质量样本；以第二采样速率采样装置的位置以获得多个位置样本；分析该多个位置样本以获得多个空间关系信息；将该多个空气质量样本分组到第二多个空气质量样本集合中；并且对于每个空气质量样本集合，计算代表性值作为对应的采样期间的空气质量值。通过使用该方法，可以从特定位置或区域的空气质量的计算中排除与位置无关的空气质量样本。

Description

用于测量空气质量的装置和方法

技术领域

本发明涉及用于测量空气质量的装置，特别是移动空气分析器和空气测量器。

背景技术

测量空气质量是获得诸如空气污染物、气体浓度、烟尘排放、气体排放等关于环境的知识的一种重要方式。测量空气质量(例如识别所包括的污染物并且测量它们的浓度)的准确性对于诸如空气净化、空气消毒、定位排放源的位置等进一步的处理而言非常重要。

还需要借助便特别是在高度戒备的场所中移动的便携式空气分析器来测量空气。美国专利申请US20090139299A1公开了一种使用特殊的时间信息来测量气体浓度的方法。在US20090139299A1中，传感器周期性地测量气体浓度，并且追踪系统追踪传感器的位置并且将追踪的位置映射到定义的区域。当传感器感测到高于预定阈值的气体浓度时，使用对应的位置来定位排放源。在US20090139299A1中，时间信息，即追踪的位置，用于定位排放源，而没有提高测量准确性。

因此需要提高移动空气测量器的测量准确性。

发明内容

本发明的发明人发现由于空气测量器的移动，多个连续测量的空气质量样本之间可以具有松散的关联，这意味着在相当短的周期之内测量的两个空气质量样本可能对应于两个彼此远离的地理位置。尤其当空气测量器以相对高的速度移动时该影响变得更加严重。对于用于平均在预定周期之内测量的大量空气质量样本以作为该预定周期或者与该预定周期相对应的位置的代表性空气质量值的传感器而言，测量准确性受到负面影响，因为多个空气质量样本可能是从两个或更多个彼此远离的位置收集的。因此，计算的代表性空气质量值不适于表示对应位置的空气质量。

本发明的一个目的在于利用时间信息和空间信息来提高空气测量器的测量准确性。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于测量空气质量的装置，其包括第一传感器、第二传感器和处理器。第一传感器被配置为以第一采样速率采样空气以生成多个空气质量样本；第二传感器被配置为以第二采样速率采样装置的移动以生成多个位置样本；并且处理器被配置为分析多个位置样本以获得多个空间关系信息，每个空间关系信息表示两个对应的位置样本的相对空间关系。该处理器还被配置为基于该多个空间关系信息将该多个空气质量样本分组到多个空气质量样本集合中。并且该处理器还被配置为基于每个空气质量样本集合，计算用于该空气质量样本集合的代表性值，该代表性值表示对应的采样期间的空气质量值。

该实施方式的基本思想在于使用空间信息来将多个测量的空气质量样本分组到不同的集合中，在一个共同集合中的空气质量在空间域上显示出相互相关性。因此可以平均在空间域具有相关性的空气质量样本以生成代表性空气质量值来表示对应的位置的空气质量。因此，可以提高测量准确性。

可选择地，第一采样速率和第二采样速率可以相同或不同。当两个采样速率相同时，用于采样空气质量和采样位置的采样时刻可以完成重叠或者不同而无需重叠。对于两个采样速率的要求是空气质量样本和位置样本具有时间相关性，因此有可能建立在有意义的周期内采样的一个空气质量样本与一个位置样本之间的映射，即使对应的采样时刻在时域不是完全重叠。

可选择地，该处理器还被配置为当单个的空气质量样本集合的空气质量样本的数量大于预定阈值时计算该代表性空气质量值。这对于需要相当大量的空气质量样本来生成代表性空气质量值的那些空气传感器而言是有意义的。

可选择地，该处理器还被配置为将该多个空气质量样本分组到多个空气质量样本集合中。在每个空气质量样本集合中，任意两个空气质量样本具有小于预定阈值的采样时刻差。因此，在一个共同集合中的空气质量样本不仅在空间域而且在时域中具有相关性。

可选择地，该处理器还被配置为基于该装置的速度来确定该第一传感器的打开或关闭，其中装置的速度可以基于该多个位置样本来计算。

根据本发明的一个实施方式，提供用于测量空气质量的对应方法。

本发明的这些以及其他方面将从参考下文所述的实施方式变得清楚并且得以阐明。

附图说明

本发明的这些以及其他目的和特征将从结合附图来考虑的下文的详细描述变得清楚，其中：

图1根据本发明的一个实施方式示出了用于测量空气质量的示例性装置；

图2示出了用于表示采样的空气质量样本和采样的位置样本之间的时间相关性的两个示例性表格；

图3根据本发明的一个实施方式示出了用于测量空气质量的方法的流程图；

图4根据本发明的一个实施方式示出了用于把多个空气质量样本分组并且计算代表性空气质量值的方法的流程图；以及

图5根据本发明的一个实施方式示出了两个示例性的移动路径和对应的采样的位置样本。

贯穿附图，相同的附图标记用来表示类似地部分。

具体实施方式

图1示出了能够测量空气质量的装置100的示意性方框图。装置100可以是空气分析器、空气测量器、空气净化器，空气消毒器以及任何其他类型的具有用于测量空气质量的功能的产品。装置100包括第一传感器110、第二传感器120和处理器130。第一传感器110用于通过以第一采样速率采样空气来测量空气质量，从而生成多个空气质量样本。第二传感器120用于通过以第二采样速率采样装置100的移动的位置来追踪装置100，从而生成多个位置样本。并且处理器130可以分析多个位置样本以获得多个空间关系信息，每个空间关系信息表示两个对应的位置样本的相对空间关系。基于该多个空间关系信息，处理器130可以将多个空气质量样本分组到多个空气质量样本集合中；并且基于每个空气质量样本集合，处理器130可以计算用于该空气质量样本的代表性值。所计算的代表性值可以被表示为对应的采样期间的空气质量值。空间关系信息可以是二维距离、三维距离、高度差、移动角度的变化、转向角度的变化、或者任何其他类型的用于描述空间信息的度量。

在上述实施方式中，不需要第二传感器120追踪第一传感器110的移动；改为测量装置100的移动。在许多情况中，追踪装置比追踪传感器容易得多，在后一种情况中，第二传感器120需要对于第一传感器110的移动的更高的灵敏度。但是，在上述实施方式中，装置100的移动表示第一传感器110的移动。当第一传感器110与装置100之间的空间关系以及第二传感器120与装置100之间的空间关系基本上固定时这特别有效。当然，第二传感器用于直接测量第一传感器的移动的实施方式也在本发明的范围中。

在本发明的实施方式中，第一采样和第二采样无需严格地同步或重叠。两个采样可以具有相同的采样速率并且可以在基本上相同的采样时刻执行或者以同步的方式执行。两个采样速率不同也是可能的。可以在不同的采样时刻执行两个采样，或者甚至相同的周期之内的采样的数量可以不同。施加到两个采样上的最小需求是对于时间相关性的要求。换句话说，如果在时域通过它们的时间相关性能够将多个位置样本(的一部分)映射到多个空气质量样本(的一部分)，则它是足够的。当分别用于采样空气质量和采样位置的采样时刻之间的差在由装置允许的耐受量或者对于对应的应用允许的耐受量之内时，这特别有效。

图2示出了示例性的测量过程。处理器130维持两个表格，一个用于记录用于测量空气质量的采样时刻Time_AIR_i和测量的多个空气质量样本Sample_AIR_j，以及另一个用于记录用于测量装置100的位置的采样时刻Time_POS_i和测量的多个位置样本Sample_POS_j。

Time_AIR_i可以与Time_POS_i相同，这意味着以同步的方式测量空气质量和装置100的位置。但是，它们也可以不同。例如，采样时刻可以是时间维的序列[...Time_AIRx，Time_POS_i，Time_AIR_i+1，Time_POS_i+1...]，或者序列[...Time_AIR_i，Time_AIR_i+1，Time_POS_i，Time_AIR_i+2，Time_AIR_i+3，Time_POS_i+i...]。

可以将位置样本Sample_POS_i表示成绝对2D或3D地理坐标的形式或者与参考点相对应的相对2D或3D参数的形式。在示例性表格2中，将位置Sample_POS_i表示为(x_i，y_i，z_i)，同时将原始Sample_POS₀表示为(0，0，0)。两个任意位置之间的空间关系信息(例如距离)可以基于它们的三维度量来计算。在本发明中，第二传感器120可以是任意种类的适合于测量对象的绝对位置或相对位置的传感器。例如其可以是GPS传感器、移动传感器、两轴加速器传感器、三轴加速器传感器、IR传感器等。本领域技术人员应该理解第二传感器120可以是能够独立测量装置的移动或位置的传感器；其还可以是追踪/定位系统的一部分。例如，第二传感器120可以是具有多个已知位置发射器的无线网络或红外网络的接收器。第二传感器120可以接收来自发射器的信号并且计算距发射器的距离以获得它自己的位置。取决于使用的第二传感器，可以用任何合适的度量的形式来表示Sample_POS_i。

图3示出了用于测量空气质量的示例性方法的流程图。方法300首先包括用于以第一采样速率采样空气以获得多个空气质量样本的步骤S310。这可以由第一传感器110执行。其次，执行步骤S320来以第二采样速率采样该装置的位置以获得多个位置样本。这可以由第二传感器120执行。方法300还包括用于分析多个位置样本以获得多个空间关系信息的步骤S330，每个空间关系信息表示两个对应的位置样本的相对空间关系。基于多个空间关系信息执行步骤S340，以将多个空气质量样本分组到第二多个空气质量样本集合中。在步骤S350中，对于每个空气质量样本集合，计算代表性值以作为对应的采样期间的空气质量值。

一些空气传感器通过首先在有限期间采样大量空气质量样本，并且随后平均该大量空气质量样本，以导致单个的代表性值作为在所述有限期间之内或对应位置上采样的测量的空气质量样本，来测量空气质量。当空气传感器移动时，有可能在远离测量空气质量样本的第二部分的位置的位置测量空气质量样本的第一部分。这将使得平均处理无意义，并且最终的代表性值不能表示任何位置的空气质量。本发明引入多个位置之间的地理相关性以减轻或者甚至消除多个空气质量样本的不正确的平均。因此提高测量准确性。

在一个示例性实施方式中，示出了一种通过计算代表性空气质量值来分组多个测量的空气质量样本的方法。在步骤S410中，选择目标位置样本，例如多个测量的位置样本中进行。然后在步骤S420中，以目标位置为圆心并且以第一预定阈值为直径画出一个圆。在步骤S430中，将落入该圆圈中的测量的位置样本或者预定数量的测量的位置样本分组为第二多个位置样本。在步骤S450中，找到与第二多个位置样本的一个位置样本具有时间相关性的一个或多个空气质量样本。所有的所找到的空气质量样本形成空气质量样本集合。并且在步骤S470中计算代表性值作为对应的采样期间或对应的地理区域的空气质量值。可以由处理器130执行这些步骤。

一些空气传感器需要相当大量的测量的空气质量样本来执行平均处理；否则精确度不够。为此目的，图4中所示的方法可以包括可选的步骤S440，用于将第二多个位置样本中的位置样本的数量与第二预定阈值进行比较。只有当位置样本的数量大于第二预定阈值时，才执行接下来的步骤S450和S470。否则，可以使用更大的直径来重新选择步骤S420的圆圈以便将更多位置样本包括在第二多个位置样本中，或者省略选择的第二多个位置样本。

第二多个位置样本可以包括大量连续测量的位置样本，例如图5的曲线A中的点a、b、c、d，或者大量间隔测量的位置样本，例如图5的曲线B中的点e、f、g、h、i。当装置的移动是之字形并且目标区域的空气质量改变缓慢时后一种情况是有意义的。

环境的空气状况有时候相对快速地变化，或者一些传感器仅可以平均大量连续的空气质量样本。为此目的，图4中所示的方法还可以包括可选的步骤S460，用于确保一个选择的空气质量样本的采样时刻和与目标位置样本相对应的目标空气质量样本的采样时刻之间的差小于第三预定阈值。因此，排除了所测量的在时间维度中远离目标空气质量样本的空气质量样本。例如在图5中，在平均处理中可以选择点e、f和g同时排除点h和i，因为它们是在远离采样点e、f和g的周期的周期中采样的，虽然(h，i)和(e，g，g)之间的空间距离在第二预定阈值之内。

可选择地，处理器130可以测量装置的移动速度以确定采样空气是否有意义。如果装置的速度大于第四预定阈值，则处理器130可以停用第一传感器110和/或第二传感器120。

在本发明的另一个实施方式中，给出了可以执行图3和4中所示的步骤的一部分或全部的计算机可执行指令的集合。虽然在计算机程序代码的环境中讨论，但是应该理解可以将模块实现成硬件电路、计算机程序代码或硬件电路与计算机程序代的任意组合。

还应该注意到，前述实施方式是示例性的而不是限制性的。本发明不受前述实施方式的限制。

对于本领域技术人员而言在不脱离本发明的精神和范围的前提下显然可以在本发明中做出各种修改和变形。本发明的保护范围不受权利要求中的附图标记的限制；词语“包括”不排除除了权利要求中所提及的部分之外的部分；元素之间的词语“一”、“一个”并不排除多个那些元素；可以将用于形成本发明的一部分的装置实现为专用硬件的形式或者编程处理器的形式；词语第一、第二和第三等的使用不指示任何次序，要将这些词语解释为名称。

Claims (17)

1.一种用于测量空气质量的装置，包括：

a)第一传感器，其被配置为以第一采样速率采样空气以生成多个空气质量样本；

b)第二传感器，其被配置为以第二采样速率采样所述装置的移动位置以生成多个位置样本；以及

c)处理器，其被配置为分析所述多个位置样本以获得多个空间关系信息，每个空间关系信息表示两个对应的位置样本的相对空间关系；

其中，所述处理器还被配置为基于所述多个空间关系信息将所述多个空气质量样本分组到多个空气质量样本集合中，并且所述处理器还被配置为基于每个空气质量样本集合计算用于所述空气质量样本集合的代表性值，所述代表性值表示对应的空气质量样本集合的空气质量值。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一采样速率和所述第二采样速率在时间上相关。

3.如权利要求1所述的装置，其中，所述处理器还被配置为选择目标位置样本和第二多个位置样本，所述第二多个位置样本中的每个选择的位置样本表示如下区域中的位置，所述区域以由所述目标位置样本所表示的位置为圆心并且以第一预定阈值为直径，并且所述处理器还被配置为选择第二多个空气质量样本，每个选择的空气质量样本对应于一个所选择的位置样本，并且所述处理器还被配置为计算代表性值作为所选择的目标位置样本的空气质量值。

4.如权利要求3所述的装置，其中，所述处理器还被配置为当所述第二多个位置样本的数量大于第二预定阈值时计算所述代表性值。

5.如权利要求3所述的装置，其中，每个所选择的空气质量样本的采样时刻与所述目标空气质量样本的采样时刻之间的差小于第三预定阈值。

6.如权利要求3所述的装置，其中，所述第一预定阈值表示几何距离、高度差和转向角度中的任意一个。

7.如权利要求1所述的装置，其中，所述第二传感器是GPS接收器、IR传感器、移动检测传感器、双轴加速器传感器和三轴加速器传感器中的任意一个。

8.如权利要求7所述的装置，其中，所述第二传感器是两轴加速器传感器和三轴加速器传感器中的任意一个，每个生成的位置样本是几何数据，并且每个空间关系信息由两个对应的几何数据来确定。

9.如权利要求1所述的装置，其中，所述处理器还被配置为基于所述多个位置样本来计算所述装置的速度，并且将所述速度与第四预定阈值进行比较以便确定所述第一传感器的打开或关闭。

10.一种用于测量空气质量的方法，包括步骤：

a)通过使用第一传感器来以第一采样速率采样空气以生成多个空气质量样本；

b)以第二采样速率采样装置的位置以生成多个位置样本；

c)分析所述多个位置样本以获得多个空间关系信息，每个空间关系信息表示两个对应的位置样本的相对空间关系；

d)基于所述多个空间关系信息将所述多个空气质量样本分组到第二多个空气质量样本集合中；以及

e)针对每个空气质量样本集合，计算代表性值以作为对应的空气质量样本集合的空气质量值。

11.如权利要求10所述的方法，其中步骤c)还包括步骤：

I)选择目标位置样本和第二多个位置样本，所述第二多个位置样本中的每个所选择的位置样本表示这样如下区域中的位置，在所述区域中，由所述目标位置样本所表示的位置为圆心，并且第一预定阈值为直径；以及

在步骤d)中，所述第二多个空气质量样本的每个所选择的空气质量样本与所述第二多个位置样本的对应的位置样本在时间上相关。

12.如权利要求11所述的方法，其中，步骤I)还包括步骤：

i)将所述第二多个位置样本的数量与第二预定阈值进行比较。

13.如权利要求11所述的方法，其中，一个所选择的空气质量样本的采样时刻与所述目标空气质量样本的采样时刻之间的差小于第三预定阈值。

14.一种用于测量空气质量的装置，包括：

a)用于通过使用第一传感器来以第一采样速率采样空气以生成多个空气质量样本的部件；

b)用于以第二采样速率采样装置的位置以生成多个位置样本的部件；

c)用于分析所述多个位置样本以获得多个空间关系信息的部件，每个空间关系信息表示两个对应的位置样本的相对空间关系；

d)用于基于所述多个空间关系信息将所述多个空气质量样本分组到第二多个空气质量样本集合中的部件；以及

e)用于针对每个空气质量样本集合，计算代表性值以作为对应的空气质量样本集合的空气质量值的部件。

15.如权利要求14所述的装置，其中所述用于分析的部件还包括：

I)用于选择目标位置样本和第二多个位置样本的部件，所述第二多个位置样本中的每个所选择的位置样本表示这样如下区域中的位置，在所述区域中，由所述目标位置样本所表示的位置为圆心，并且第一预定阈值为直径；以及

在所述用于分组的部件中，所述第二多个空气质量样本的每个所选择的空气质量样本与所述第二多个位置样本的对应的位置样本在时间上相关。

16.如权利要求15所述的装置，其中，所述用于选择的部件还包括：

i)用于将所述第二多个位置样本的数量与第二预定阈值进行比较的部件。

17.如权利要求15所述的装置，其中，一个所选择的空气质量样本的采样时刻与所述目标空气质量样本的采样时刻之间的差小于第三预定阈值。