CN106528997B - 一种绘制区域颗粒物小时浓度分布图的方法 - Google Patents

一种绘制区域颗粒物小时浓度分布图的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种绘制区域颗粒物小时浓度分布图的方法；本发明要解决的问题是采集监测区域颗粒物浓度数据并绘制出该区域的颗粒物小时浓度分布图。颗粒物分析仪将监测点颗粒物浓度发送到数据处理平台，监测区域需要安装多个颗粒物分析仪才能很好地将监测区域的浓度分布图绘制出来；本发明通过将监测区域颗粒物分析仪的数量定制为3个或以上，根据分析仪器摆放位置形成原始浓度数据矩阵，将每个颗粒物分析仪分析得到的浓度值放入矩阵，用拉普拉斯插入法根据颗粒物分析仪监测浓度数据产生矩阵中非颗粒物分析仪监测浓度值，再用双三次插值法对浓度矩阵中数据进行平滑，然后对矩阵中各个浓度值着色成对应颜色值，从而绘制出颗粒物浓度区域分布图；其优点在于减少了颗粒物分析仪的数量，并且适当扩大了测量区域，绘制的分布图更直观、更精确。

Description

一种绘制区域颗粒物小时浓度分布图的方法
技术领域
本发明涉及一种绘制区域颗粒物小时浓度分布图的方法，具体涉及区域颗粒物浓度数据采集形成浓度矩阵、拉普拉斯插入法完成浓度矩阵数据、双三次插值法平滑浓度矩阵数据和绘制区域浓度分布图的方法。
背景技术
区域颗粒物小时浓度分布图，是通过在监测区域安装多个颗粒物分析仪，使用经纬度坐标将监测区域形成矩形监测区。要想颗粒物浓度分布图更精确，必须安装足够多的颗粒物分析仪。
每台颗粒物分析仪连续监测被监测点颗粒物浓度，并将每小时监测得到的颗粒物浓度发送到数据处理平台。由于颗粒物分析仪数量不可能平均分布在被监测区域，所以需要使用插值算法通过周边颗粒物分析仪得到的浓度数据计算没有安装颗粒物分析仪地方的颗粒物浓度。
本发明从区域颗粒物浓度数据采集形成浓度矩阵、拉普拉斯插入法完成浓度矩阵数据、双三次插值法平滑浓度矩阵数据和绘制区域浓度分布图各个阶段入手，涉及一种绘制区域颗粒物浓度分布图的方法。
发明内容
为了直观、精确地绘制区域颗粒物小时浓度分布图。本发明内容如下：
1.区域颗粒物浓度数据采集形成浓度矩阵
(1)在监测区域安装不少于3台颗粒物分析仪，各颗粒物分析仪尽量安装在监测区域边界附近且间距尽量大。
(2)各颗粒物分析仪连续监测监测点颗粒物；每个小时将监测到的颗粒物浓度平均值通过无线数据传输单元传输到数据处理平台。
(3)数据处理平台根据各颗粒物分析仪某小时的浓度平均值初始化区域浓度矩阵。数据处理平台根据安装的颗粒物分析仪经纬度坐标，图形点数精度值形成一个覆盖监测区域的矩阵，对矩阵中浓度初始值设置为0，根据各颗粒物分析仪经纬度坐标，将数据处理平台选取的某小时颗粒物浓度值设置到矩阵中。
2.拉普拉斯插入法完成浓度矩阵数据
(1)先将浓度矩阵中初始的0值设置为1.e99。
(2)使用拉普拉斯插入法计算值为1.e99的点的值。
3.双三次插值法平滑浓度矩阵数据
通过双三次插值法重新计算矩阵中从第三行到倒数第二行，第二列到倒数第三列的值。
4.绘制区域浓度分布图
(1)设置浓度区间对应的显示颜色。
(2)新建图片，将图片高度宽度定义为矩阵行列数。
(3)根据浓度矩阵中浓度值，将图片的对应位置像素着色为浓度对应的显示颜色。
附图说明
图一为本发明实施流程图
图二为本发明绘制的效果图
具体实施方式
下面对照图一对本发明实施过程进行详细描述。
步骤1：安装颗粒物分析仪，在监测区域安装4台颗粒物(PM2.5)分析仪，尽量安装在监测区域的四个角上。
步骤2：颗粒物分析仪发送数据到数据处理平台，4台颗粒物分析仪连续监测监测点PM2.5浓度，每小时将PM2.5浓度平均值通过无线数据传输单元(dtu数据传输模块)发送到数据处理平台。
步骤3：形成原始浓度矩阵，先得到监测区域坐标最小经度和最大经度值，再得到监测区域纬度最小值和最大值。从最小经度到最大经度均分为800份，从最小纬度到最大纬度值均分为600份，初始化原始浓度矩阵大小为800*600，根据4台颗粒物分析仪经纬度坐标将其小时平均浓度值设置到矩阵对应位置。
步骤4：拉普拉斯插入法完成浓度矩阵数据，先将原始浓度矩阵中非颗粒物分析仪监测到的浓度值设置为1.e99，再通过拉普拉斯插入法重新计算浓度值为1.e99的位置的浓度。
步骤5：初始化结果矩阵，定义一个与原始浓度矩阵大小相同的实数矩阵。初始值都设置为浓度矩阵数据对应坐标值。
步骤6：使用双三次插值法平滑浓度矩阵数据，从矩阵第3行开始到倒数第2行，对每行第2列开始到倒数第3列。通过以下6部得到第i行第j列位置数据。
①y0＝yij
②y1＝y(i+1)j
③y2＝y(i+1)(j+1)
④y3＝yi(j+1)
⑤t＝j/c,u＝i/r，其中r和c分别为数据总行数和列数
⑥y(i,j)＝(1-t)(1-u)y0+t(1-u)y1+tuy2+(1-t)uy3
步骤7：设置浓度对应的显示颜色，浓度小于等于35颜色为绿色；浓度小于等于75颜色为黄色；浓度小于等于115颜色为橙色；浓度小于等于150颜色为红色；浓度小于等于250颜色为紫色；浓度小于等于500颜色为褐紫色；浓度大于500的颜色为黑色。
步骤8：初始化绘制图片，新建图片，将图片宽度定义为结果浓度矩阵列数，将图片高度设置为结果浓度矩阵行数。
步骤9：为图片各像素着色，根据浓度矩阵中浓度值，将图片的对应位置像素着色为浓度对应的显示颜色。

Claims (4)

1.一种绘制区域颗粒物小时浓度分布图的方法，特征为包括：
区域颗粒物浓度数据采集形成浓度矩阵、拉普拉斯插入法完成浓度矩阵数据、双三次插值法平滑浓度矩阵数据和绘制区域浓度分布图；
其中，所述区域颗粒物浓度数据采集形成浓度矩阵包括以下步骤：
(1)在监测区域安装不少于3台颗粒物分析仪，各颗粒物分析仪安装在监测区域的四个角上；
(2)各颗粒物分析仪连续监测监测点颗粒物；每个小时将监测到的颗粒物浓度平均值通过无线数据传输单元传输到数据处理平台；
(3)形成原始浓度矩阵，先得到监测区域坐标最小经度和最大经度值，再得到监测区域纬度最小值和最大值；从最小经度到最大经度均分为800份，从最小纬度到最大纬度值均分为600份，初始化原始浓度矩阵大小为800*600，根据每台颗粒物分析仪经纬度坐标将其小时平均浓度值设置到矩阵对应位置；
所述双三次插值法平滑浓度矩阵数据包括如下步骤：
使用双三次插值法从矩阵第3行开始到倒数第2行，对每行第2列开始到倒数第3列，通过下6部得到第i行第j列位置数进而得到平滑浓度矩阵数据：
①y0＝yij
②y1＝y(i+1)j
③y2＝y(i+1)(j+1)
④y3＝yi(j+1)
⑤t＝j/c，u＝i/r，其中r和c分别为数据总行数和列数
⑥y(i，j)＝(1-t)(1-u)y0+t(1-u)y1+tuy2+(1-t)uy3。
2.如权利要求1所述的绘制区域颗粒物小时浓度分布图的方法，所述的颗粒物浓度指监测区域安装的颗粒物分析仪每小时监测得到的颗粒物浓度的平均值；颗粒物种类根据颗粒物分析仪的采样切割器种类不同分为PM2.5、PM10、TSP。
3.如权利要求1所述的绘制区域颗粒物小时浓度分布图的方法，所述的拉普拉斯插入法完成浓度矩阵数据特征为：
(1)先将浓度矩阵中初始的0值设置为1.e99；
(2)使用拉普拉斯插入法计算值为1.e99的点的值。
4.如权利要求1所述的绘制区域颗粒物小时浓度分布图的方法，所述的绘制区域浓度分布图特征为：
(1)设置浓度区间对应的显示颜色；
(2)新建图片，将图片像素定义为矩阵行列数；
(3)根据浓度矩阵中浓度值，将图片的对应位置像素着色为浓度对应的显示颜色。
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