CN107607492B - 机动车尾气标准的检测方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机动车尾气标准的检测方法及设备。该方法包括：采集N组机动车尾气的烟度数据；采用不同类型的曲线函数，通过最小二乘法对所述N组数据进行曲线拟合，生成与实际数据拟合度最高的曲线方程；计算拟合曲线的曲边梯形与实际数据的直角梯形的面积比,得出尾气的不透光度；将所述尾气的不透光度与参比数据进行对比，判断尾气标准是否合格。所述检测设备包括数据采集设备、数据处理设备、数据分析设备和结果显示设备。本发明可以应用于机动车尾气检测系统中，用于快速判定机动车尾气是否合格。

Description

机动车尾气标准的检测方法及设备

技术领域

本发明属于机动车尾气检测技术领域，具体涉及一种通过曲线拟合计算不透光烟度对尾气标准进行检测的方法及设备。

背景技术

机动车行驶过程中将燃料转化为动力，同时向环境中排放污染气体。随着汽车工业的飞速发展，机动车尾气成为影响空气质量的重要因素之一。根据国家权威部门的统计数据表明，中国机动车造成的城市大气污染高达30％以上，机动车排放物中大量的PM、CO、NO_x、HC对环境及人体系统造成极大的污染和伤害。在此背景下2016年1月1日国家颁布了中国历史上最严格的《大气污染防治法》，该法中针对机动车尾气治理的处罚规定得相当严格，这就意味着针对大气污染中主要的污染源机动车排放将会实施严格的管控措施。

目前，在对机动车尾气的监管上，国内外对机动车尾气标准的测量主要采用不透光烟度检测方法。对尾气不透光烟度检测室获取污染数据并实行相应措施的重要环节。目前为止，针对车辆尾气不透光烟度的检测一般采用静态检测方法，比如：滤纸烟度法、林格曼烟度法，以及烟度计法。然而，这些传统的检测方法存在以下缺点：

(1)滤纸烟度法测量效率低、数据不具备实时性；

(2)林格曼烟度法受操作人员的主观因素和环境因素的影响，数据可靠性低；

(3)烟度计法需要停车检测，因此检测效率低。

由于汽车运行速度很快，为达到实时、准确、高效率的检测结果，检测系统必须在100毫秒内完成尾气合格性的检测。然而现行的检测方法均无法实现这一目的。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明提供一种机动车尾气标准的检测方法及设备，以解决上述至少一项技术问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提出了一种机动车尾气标准的检测方法，包括：

步骤1：采集机动车尾气数据；

步骤2：对尾气数据进行曲线拟合，确定最优拟合曲线，所述曲线拟合采用的曲线拟合算法为最小二乘法；

步骤3：确定不透光烟度L，将不透光烟度与参比数据进行对比，得出尾气合格或不合格的结论。

在进一步实施方案中，所述尾气数据包括尾气烟度数据，该尾气烟度数据包含N组数据。

在进一步实施方案中，所述曲线拟合包括以下步骤：

步骤21：建立直角坐标系，将所述N组尾气烟度数据在直角坐标系中标注为对应的N个点(x_i,y_i)，其中i取值为1～N；

步骤22：对所述N个点采用最小二乘法进行曲线拟合，得到拟合曲线。

步骤23：通过步骤2进行四次曲线拟合、五次曲线拟合、六次曲线拟合、对数函数拟合、指数函数拟合和幂函数拟合，分别得到第一拟合曲线、第二拟合曲线、第三拟合曲线、第四拟合曲线、第五拟合曲线和第六拟合曲线；

步骤24：对上述第一拟合曲线、第二拟合曲线、第三拟合曲线、第四拟合曲线、第五拟合曲线和第六拟合曲线进行拟合优度对比，从中选取拟合优度最接近1的作为最优拟合曲线。

在进一步实施方案中，所述最小二乘法进行曲线拟合步骤如下：

步骤221：设拟合多项式为：

Y＝a₀+a₁x+...+a_kx^k (a)

上述拟合多项式(a)对应拟合曲线Y。

步骤222：计算所述直角坐标系中的点(x_i,y_i)(i取1～N)到上述拟合曲线Y的距离之和，即偏差平方和如下：

步骤223：为了求得符合条件的系数值a₀、a₁…a_k，将公式(b)等式左右两边分别对a₀、a₁、a₂…a_k求偏导数，依次得到：

对a₀求偏导数：

对a₁求偏导数：

对a₂求偏导数：

.......

对a_k求偏导数：

步骤224：将上述方程(c₀)～(c_k)进行变形，得到下面的等式：

.......

步骤225：将上述方程(d₀)～(d_k)等式右边的多项式进行拆分整理，得到下面的等式：

.......

步骤226：将上述方程(e₁)～(e_k)表示成如下所示的范德蒙德矩阵的形式：

步骤227：将上述范德蒙德矩阵(f)进行简化：

上述公式(g)实际上为矩阵方程：

X*A＝Y (h)

步骤228：由方程(h)可得系数矩阵A：

由系数矩阵A就可以确定拟合曲线Y＝a₀+a₁x+...+a_kx^k。

作为更进一步的实施方案，所述不透光烟度L的计算过程如下：

步骤31：预设一个标准值y₀，将y_i与y₀进行对比：

y_i≤y₀时，保留对应的点(x_i，y_i)；

y_i>y₀时，舍去对应的点(x_i，y_i)；

步骤32：在保留的点中，选取其中横坐标x_i最小的点作为上边界点A(x_a，y_a)，选取其中横坐标x_i最大的点作为下边界点B(x_b，y_b)；所述上边界点A、下边界点B以及横坐标轴围成一个直角梯形；所述最优拟合曲线在上边界A点和下边界B点之间与横坐标轴围成一个曲边梯形；

步骤33：计算直角梯形的面积S₁：

S₁＝(y_a+y_b)(x_b-x_a)/2 (j)

步骤34：用程序模拟分割梯形求面积的算法计算曲边梯形的面积S₂；

步骤35：计算不透光烟度L：

L＝S₂/S₁ (k)

作为更进一步的技术方案，判断机动车尾气标准是否合格的过程如下：

预设一个参比数据Ref；

将所述不透光烟度L与参比数据Ref进行对比：

L≤Ref时，该机动车尾气标准合格；

L>Ref时，该机动车尾气标准不合格。

在进一步实施方案中，所述结果显示单元对机动车尾气标准的判断结果进行如下显示：

接收到机动车尾气标准的判断结果为合格时，通过文字W₁和/或颜色C₁和/或语音V₁等给出合格指示信息；

接收机动车尾气标准的判断结果为不合格时，通过文字W₂和/或颜色C₂和/或语音V₂等给出不合格指示信息。

在更进一步实施方案中，所述文字W₁和语音V₁包括“合格”、“通过”、“Yes”和“Positive”等；所述文字W₂和语音V₂包括“不合格”、“不通过”、“No”和“Negative”等；所述颜色C₁为区别于颜色C₂的颜色，如绿色、蓝色等；所述颜色C₂为区别于颜色C₁的颜色，如红色、黄色等。

为实现上述技术目的，作为本发明的另一个方面，本发明提出了一种检测机动车尾气标准的设备，该设备包括：

数据采集单元，用于采集机动车尾气的烟度数据，数据样品数量为N组；

数据处理单元，对所述N组烟度数据建立直角坐标系，得到N个点(x_i，y_i)(i取1～N)，并采用最小二乘法进行曲线拟合，从中选出最优拟合曲线；

数据分析单元对N个点(x_i，y_i)(i取1～N)进行筛选、计算不透光烟度L，并将不透光烟度L与预设的参比数据Ref进行对比，判断该机动车尾气标准是否合格；

结果显示单元，用于给出该机动车尾气标准是否合格的指示信息；

其中，数据采集单元和数据处理单元之间设置有数据上传串口；

数据处理单元和数据分析单元之间设置有数据传输串口；

数据分析单元和结果显示单元之间设置有数据输出串口。

在进一步实施方案中，所述最小二乘法进行曲线拟合步骤如下：

(1)设拟合多项式为：

Y＝a₀+a₁x+...+a_kx^k (a)

上述拟合多项式(a)对应拟合曲线Y。

(2)计算所述直角坐标系中的点(x_i,y_i)(i取1～N)到上述拟合曲线Y的距离之和，即偏差平方和如下：

(3)为了求得符合条件的系数值a₀、a₁…a_k，将公式(b)等式左右两边分别对a₀、a₁、a₂…a_k求偏导数，依次得到：

对a₀求偏导数：

对a₁求偏导数：

对a₂求偏导数：

.......

对a_k求偏导数：

(4)将上述方程(c₀)～(c_k)进行变形，得到下面的等式：

.......

(5)将上述方程(d₀)～(d_k)等式右边的多项式进行拆分整理，得到下面的等式：

.......

(6)将上述方程(e₁)～(e_k)表示成如下所示的范德蒙德矩阵的形式：

(7)将上述范德蒙德矩阵(f)进行简化：

上述公式(g)实际上为矩阵方程：

X*A＝Y (h)

(8)由方程(h)可得系数矩阵A：

由系数矩阵A就可以确定拟合曲线Y＝a₀+a₁x+...+a_kx^k。

在进一步实施方案中，所述曲线拟合包括四次曲线拟合、五次曲线拟合、六次曲线拟合、对数函数拟合、指数函数拟合和幂函数拟合，分别得到第一拟合曲线、第二拟合曲线、第三拟合曲线、第四拟合曲线、第五拟合曲线和第六拟合曲线。

在进一步实施方案中，对上述第一拟合曲线、第二拟合曲线、第三拟合曲线、第四拟合曲线、第五拟合曲线和第六拟合曲线进行拟合优度对比，从中选取拟合优度最接近1的作为最优拟合曲线。

在进一步实施方案中，所述N个点的筛选过程如下：

(1)预设一个标准值y₀；

(2)将y_i与y₀进行对比：

y_i≤y₀时，保留对应的点(x_i，y_i)；

y_i>y₀时，舍去对应的点(x_i，y_i)。

在进一步实施方案中，所述不透光烟度L的计算过程如下：

(1)如图4所示，在上述保留的点中，选取其中横坐标x_i最小的点作为上边界点A(x_a，y_a)，选取其中横坐标x_i最大的点作为下边界点B(x_b，y_b)，A、B两个点与横坐标轴围成一个直角梯形，所述最优拟合曲线在A、B两个点之间与横坐标轴围成一个曲边梯形；

(2)如图4所示，计算直角梯形的面积S₁：

S_l＝(y_a+y_b)(x_b-x_a)/2 (j)

(3)如图4所示，计算曲边梯形的面积S₂，以A、B两点为上下限，用程序模拟分隔梯形求面积的算法，计算出曲边梯形的面积S₂。

(4)计算不透光烟度L：

L＝S₂/S₁ (k)

在进一步实施方案中，所述判断机动车尾气标准是否合格的过程如下：

(1)预设一个参比数据Ref；

(2)将所述不透光烟度L与参比数据Ref进行对比：

L≤Ref时，该机动车尾气标准合格；

L>Ref时，该机动车尾气标准不合格。

在进一步实施方案中，所述结果显示单元给出如下指示信息：

(1)接收到机动车尾气标准的判断结果为合格时，通过文字W₁和/或颜色C₁和/或语音V₁等给出合格指示信息；

(2)接收机动车尾气标准的判断结果为不合格时，通过文字W₂和/或颜色C₂和/或语音V₂等给出不合格指示信息。

在进一步实施方案中，所述文字W₁和语音V₁包括“合格”、“通过”、“Yes”和“Positive”等；所述文字W₂和语音V₂包括“不合格”、“不通过”、“No”和“Negative”等；所述颜色C₁为区别于颜色C₂的颜色，如绿色、蓝色等；所述颜色C₂为区别于颜色C₁的颜色，如红色、黄色等。

在进一步实施方案中，所述检测设备可以为便携式一体机或现场检测装置。

在进一步实施方案中，所述便携式一体机包括将数据采集单元、数据处理单元、数据分析单元以及结果显示单元通过数据上传串口、数据传输串口和数据输出串口联接在一起的终端，该终端具有适合随身携带的外形尺寸和重量。

所述现场检测装置包括将数据采集单元、数据处理单元、数据分析单元以及结果显示单元中的至少一个进行单独安装的终端，该终端的外形尺寸和重量适合现场监测。

(三)有益效果

(1)本发明通过最小二乘法拟合算法对多种曲线拟合结果进行对比，取最优解的方案，提高了测量结果的准确性。

(2)在实现计算曲边梯形面积时，通过编程实现了微积分中的无限分割梯形以近似计算曲边梯形面积的算法，在保证计算速度的前提下，尽可能使分割的份数更大，以提高计算精度。

(3)本发明提供的不透光烟度计算方法准确，运行速度快，可以实现快速、准确的检测，所有的运算可以在100毫秒内得出结果，能够满足机动车尾气检测的需求。

附图说明

图1为本发明机动车尾气标准检测方法的流程图。

图2为本发明实施例1中现场尾气标准检测设备的示意图。

图3为本发明实施例2中便携式尾气标准检测设备的示意图。

图4为本发明不透光烟度计算方法示意图。

具体实施方式

根据本发明总体上的发明构思，提供一种机动车尾气标准的检测方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：数据采集设备1采集机动车尾气数据D₁并传给数据处理设备2；

步骤2：数据处理设备2对尾气数据D₁进行曲线拟合CF，确定最优拟合曲线Y₀，并输出给数据分析设备3；

步骤3：数据分析设备3确定不透光烟度L，将不透光烟度L与参比数据Ref进行对比，得出尾气标准的结论，并输出给结果显示设备4；

其中，所述曲线拟合CF采用的曲线拟合算法为最小二乘法。

进一步地，所述尾气数据D₁包括N组尾气烟度数据；

进一步地，所述曲线拟合包括以下步骤：

步骤21：建立直角坐标系，将所述N组尾气烟度数据在直角坐标系中标注为对应的N个点(x_i,y_i)，其中i取值为1～N；

步骤22：对所述N个点采用最小二乘法进行曲线拟合CF，得到拟合曲线Y；

步骤23：通过步骤2进行四次曲线拟合CF₁、五次曲线拟合CF₂、六次曲线拟合CF₃、对数函数拟合CF₄、指数函数拟合CF₅和幂函数拟合CF₆，分别得到第一拟合曲线Y₁、第二拟合曲线Y₂、第三拟合曲线Y₃、第四拟合曲线Y₄、第五拟合曲线Y₅和第六拟合曲线Y₆。

步骤24：对上述第一拟合曲线Y₁、第二拟合曲线Y₂、第三拟合曲线Y₃、第四拟合曲线Y₄、第五拟合曲线Y₅和第六拟合曲线Y₆进行拟合优度对比，从中选取拟合优度最接近1的作为最优拟合曲线Y₀。

进一步地，所述最小二乘法进行曲线拟合CF步骤如下：

步骤221：设拟合多项式为：

Y＝a₀+a₁x+...+a_kx^k (a)

上述拟合多项式(a)对应拟合曲线Y。

步骤222：计算所述直角坐标系中的点(x_i,y_i)(i取1～N)到上述拟合曲线Y的距离之和，即偏差平方和如下：

步骤223：为了求得符合条件的系数值a₀、a₁…a_k，将公式(b)等式左右两边分别对a₀、a₁、a₂…a_k求偏导数，依次得到：

对a₀求偏导数：

对a₁求偏导数：

对a₂求偏导数：

.......

对a_k求偏导数：

步骤224：将上述方程(c₀)～(c_k)进行变形，得到下面的等式：

.......

步骤225：将上述方程(d₀)～(d_k)等式右边的多项式进行拆分整理，得到下面的等式：

.......

步骤226：将上述方程(e₁)～(e_k)表示成如下所示的范德蒙德矩阵的形式：

步骤227：将上述范德蒙德矩阵(f)进行简化：

上述公式(g)实际上为矩阵方程：

X*A＝Y (h)

步骤228：由方程(h)可得系数矩阵A：

由系数矩阵A就可以确定拟合曲线Y＝a₀+a₁x+...+a_kx^k。

进一步地，所述不透光烟度L计算过程如下：

步骤31：预设一个标准值y₀；

步骤32：将y_i与y₀进行对比：

y_i≤y₀时，保留对应的点(x_i，y_i)；

y_i>y₀时，舍去对应的点(x_i，y_i)；

步骤33：在保留的点中，如图4所示，选取其中横坐标x_i最小的点作为上边界A点(x_a，y_a)，选取其中横坐标x_i最大的点作为下边界B点(x_b，y_b)，A、B两个点与横坐标轴围成一个直角梯形T₁，所述最优拟合曲线Y_o在A、B两个点之间与横坐标轴围成一个曲边梯形T₂；

步骤34：计算直角梯形T₁的面积S₁：

S_l＝(y_a+y_b)(x_b-x_a)/2 (j)

步骤35：计算曲边梯形T₂的面积S₂，以A、B两点为上下限，用程序模拟分隔梯形求面积的算法，计算出曲边梯形的面积S₂。

步骤36：计算不透光烟度L：

L＝S₂/S₁ (k)

进一步地，所述数据分析设备3通过如下方式判断机动车尾气标准是否合格：

预设一个参比数据Ref；

将上述计算得到的不透光烟度L与参比数据Ref进行对比：

L≤Ref时，该机动车尾气标准合格；

L>Ref时，该机动车尾气标准不合格。

进一步地，所述结果显示单元U₄进行如下显示：

接收到机动车尾气标准的判断结果为合格时，通过文字W₁和/或颜色C₁和/或语音V₁等给出合格指示信息；

接收机动车尾气标准的判断结果为不合格时，通过文字W₂和/或颜色C₂和/或语音V₂等给出不合格指示信息。

优选地，所述文字W₁和语音V₁包括“合格”、“通过”、“Yes”和“Positive”等；所述文字W₂和语音V₂包括“不合格”、“不通过”、“No”和“Negative”等；所述颜色C₁为区别于颜色C₂的颜色，如绿色、蓝色等；所述颜色C₂为区别于颜色C₁的颜色，如红色、黄色等。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。应当指出的是，以下所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

实施例1：

图2为基于本发明检测方法的现场尾气标准检测设备的示意图。如图2所示，该检测设备包括数据采集单元U₁、数据处理单元U₂、数据分析单元U₃和结果显示单元U₄，并且上述4个结构单元中至少有一个单独安装；

所述数据采集单元U₁和数据处理单元U₂之间设置有数据上传串口SP₁；

所述数据处理单元U₂和数据分析单元U₃之间设置有数据传输串口SP₂；

所述数据分析单元U₃和结果显示单元U₄之间设置有数据输出串口SP₃。

该设备的外形尺寸和重量适合现场监测，其工作过程如下：

(1)数据采集单元U₁进行数据采集：

所述数据采集单元U₁包括一智能终端，该智能终端具有操作界面，并与硬件采集设备连接；

在所述操作界面上进行参数设定：如采集方式(手动/自动)、采集尾气数据的样本数N(此处N＝24)、积分时间(采集N组尾气数据D₁的间隔，可以根据现场车流量等实际情况进行设定)、切分份数(计算面积时切割出的梯形的个数)等；

参数设定完毕后开始进行数据采集，若要中止采集可点击停止按钮。

(2)数据处理单元U₂进行数据处理：

数据单元U₁采集的24组尾气数据通过数据上传串口SP₁传输给数据处理单元U₂；

进一步地，处理单元U₂将上述24组尾气数据构建为直角坐标系中的24个点(x_i,y_i)(i取1～24)；

进一步地，处理单元U₂对上述24个点进行曲线拟合CF；

进一步地，所述曲线拟合CF采用最小二乘法实现，步骤如下：

(1)设拟合多项式为：

Y＝a₀+a₁x+...+a_kx^k (a)

上述拟合多项式(a)对应拟合曲线Y。

(2)计算所述直角坐标系中的点(x_i,y_i)(i取1～24)到上述拟合曲线Y的距离之和，即偏差平方和如下：

(3)为了求得符合条件的系数值a₀、a₁…a_k，将公式(b)等式左右两边分别对a₀、a₁、a₂…a_k求偏导数，依次得到：

对a₀求偏导数：

对a₁求偏导数：

对a₂求偏导数：

.......

对a_k求偏导数：

(4)将上述方程(c₀)～(c_k)进行变形，得到下面的等式：

.......

(5)将上述方程(d₀)～(d_k)等式右边的多项式进行拆分整理，得到下面的等式：

.......

(6)将上述方程(e₁)～(e_k)表示成如下所示的范德蒙德矩阵的形式：

(7)将上述范德蒙德矩阵(f)进行简化：

上述公式(g)实际上为矩阵方程：

X*A＝Y (h)

(8)由方程(h)可得系数矩阵A：

由系数矩阵A就可以确定拟合曲线Y＝a₀+a₁x+...+a_kx^k。

进一步地，所述曲线拟合CF包括包括四次曲线拟合CF₁、五次曲线拟合CF₂、六次曲线拟合CF₃、对数函数拟合CF₄、指数函数拟合CF₅和幂函数拟合CF₆，分别得到拟合曲线Y₁、拟合曲线Y₂、拟合曲线Y₃、拟合曲线Y₄、拟合曲线Y₅和拟合曲线Y₆，选取其中拟合优度最接近1的作为所述最优拟合曲线Y_o。

进一步地，所述数据传输串口SP₂将上述24个点(x_i，y_i)(i取1～24)以及最优拟合曲线Y_o传输给数据分析单元U₃；

进一步地，所述数据分析单元(U₃)对24个点(x_i，y_i)(i取1～24)进行筛选；

进一步地，所述筛选过程如下：

预设一个标准值y₀；

将y_i与y₀进行对比，y_i≤y₀时，保留对应的点(x_i，y_i)；y_i>y₀时，舍去对应的点(x_i，y_i)；

进一步地，如图4所示，在上述保留的点中，选取其中横坐标x_i最小的点作为上边界点A(x_a，y_a)，选取其中横坐标x_i最大的点作为下边界点B(x_b，y_b)，A、B两个点与横坐标轴围成一个直角梯形T₁，所述最优拟合曲线Y_o在A、B两个点之间与横坐标轴围成一个曲边梯形T₂；

进一步地，计算直角梯形T₁的面积S₁：

以y_a和y_b分别为直角梯形(T₁)的上底和下底，以x_b-x_a为直角梯形(T₁)的高，则有

S_l＝(y_a+y_b)(x_b-x_a)/2 (j)

进一步地，计算曲边梯形T₂的面积S₂，以A、B两点为上下限，用程序模拟分割矩形求面积的算法，计算出曲边梯形的面积S₂。

更进一步地，通过计算曲边梯形T₂的面积S₂与直角梯形T₁的面积(S₁)的比值，得到不透光烟度L，即：

L＝S₂/S₁ (k)

进一步地，所述数据分析单元U₃判断机动车尾气标准是否合格的过程如下：

预设一个参比数据Ref；

将不透光烟度L与参比数据Ref进行对比：

L≤Ref时，该机动车尾气标准合格；

L>Ref时，该机动车尾气标准不合格。

进一步地，所述数据输出串口SP₃将上述机动车尾气标准的判断结果传输给结果显示单元U₄，该结果显示单元U₄给出指示信息。

优选地，所述结果显示单元U₄对机动车尾气标准的判断结果进行如下显示：

接收到机动车尾气标准的判断结果为合格时，通过文字W₁和/或颜色C₁等给出合格指示信息；

接收机动车尾气标准的判断结果为不合格时，通过文字W₂和/或颜色C₂等给出不合格指示信息。

优选地，所述文字W₁和语音V₁包括“合格”、“通过”、“Yes”和“Positive”等；所述文字W₂和语音V₂包括“不合格”、“不通过”、“No”和“Negative”等；所述颜色C₁为区别于颜色C₂的颜色，如绿色、蓝色等；所述颜色C₂为区别于颜色C₁的颜色，如红色、黄色等。

本发明通过多种曲线拟合结果的对比，取最优解的方案，提高了测量结果的准确性；采用数学中的最小二乘法拟合算法，通过编程实现拟合算法，具有科学的理论依据；在实现计算曲边梯形面积时，通过编程实现了微积分中的无限分割矩形以近似计算曲边梯形面积的算法，在保证计算速度的前提下，尽可能使分割的份数更大，以提高计算精度。

本发明提供的不透光烟度计算方法准确，运行速度快，可以实现快速、准确的检测，所有的运算可以在100毫秒内得出结果，能够满足机动车尾气检测的需求。

实施例2：

图3为基于本发明检测方法的便携式尾气标准检测设备的示意图。如图3所示，该便携式尾气标准检测设备包括数据采集单元U₁、数据处理单元U₂、数据分析单元U₃和结果显示单元U₄；

其中，数据采集单元U₁和数据处理单元U₂之间设置有数据上传串口SP₁；

数据处理单元U₂和数据分析单元U₃之间设置有数据传输串口SP₂；

数据分析单元U₃和结果显示单元U₄之间设置有数据输出串口SP₃。

该便携式尾气标准检测设备的工作过程与实施例1相同，区别在于本实施例检测设备的各个结构单元(U₁～U₄)通过串口(SP₁～SP₃)联接并安装于同一台终端内，且该终端的体积和重量便于携带，操作起来更加灵活方便。

综上所述，本发明提供了一种机动车尾气标准的检测方法，通过对机动车尾气烟度数据进行采集和曲线模拟，计算尾气的不透光度，进而判断尾气排放是否合格。本发明还提供了基于上述检测方法的检测设备，该检测设备可以是便携式一体机，方便灵活；也可以是现场检测设备，通过在公路上建立机动车尾气遥测门站等方式，使机动车通过检测门站时，可以快速准确地实时采集数据并判定尾气是否合格，对于尾气不合格的机动车，进行抓拍并上传至机动车管理系统，以便追查。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种机动车尾气标准的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采集机动车的尾气数据D₁，所述尾气数据D₁含N组尾气烟度数据；

步骤2：建立直角坐标系，将尾气数据D₁的N组尾气烟度数据在直角坐标系中标注为对应的N个点(x_i,y_i)，其中i取值为1～N，对所述N个点进行曲线拟合CF，确定最优拟合曲线Y₀，所述曲线拟合CF采用的曲线拟合算法为最小二乘法；

步骤3：确定不透光烟度L，将不透光烟度L与参比数据Ref进行对比，得出尾气合格或不合格的结论，其中所述不透光烟度L的计算过程如下：

预设一个标准值y₀，将y_i与y₀进行对比：

y_i≤y₀时，保留对应的点(x_i，y_i)；

y_i>y₀时，舍去对应的点(x_i，y_i)；

在保留的点中，选取其中横坐标x_i最小的点作为上边界A点(x_a，y_a)，选取其中横坐标x_i最大的点作为下边界B点(x_b，y_b)；所述上边界A点、下边界B点以及横坐标轴围成一个直角梯形T₁；所述最优拟合曲线Y_o在上边界A点和下边界B点之间与横坐标轴围成一个曲边梯形T₂；

计算直角梯形T₁的面积S₁；

用程序模拟分割梯形求面积的算法计算曲边梯形T₂的面积S₂；

计算不透光烟度L：L＝S₂/S₁。

2.根据权利要求1所述的机动车尾气标准的检测方法，其特征在于，所述曲线拟合CF包括以下子步骤：

步骤21：建立直角坐标系，将所述N组尾气烟度数据在直角坐标系中标注为对应的N个点(x_i,y_i)，其中i取值为1～N；

步骤22：对所述N个点采用最小二乘法进行曲线拟合CF，得到拟合曲线Y；

步骤23：通过步骤22进行四次曲线拟合CF₁、五次曲线拟合CF₂、六次曲线拟合CF₃、对数函数拟合CF₄、指数函数拟合CF₅和幂函数拟合CF₆，分别得到第一拟合曲线Y₁、第二拟合曲线Y₂、第三拟合曲线Y₃、第四拟合曲线Y₄、第五拟合曲线Y₅和第六拟合曲线Y₆；

步骤24：对上述第一拟合曲线Y₁、第二拟合曲线Y₂、第三拟合曲线Y₃、第四拟合曲线Y₄、第五拟合曲线Y₅和第六拟合曲线Y₆进行拟合优度对比，从中选取拟合优度最接近1的作为最优拟合曲线Y_o。

3.根据权利要求1所述的机动车尾气标准的检测方法，其特征在于，判断机动车尾气标准是否合格的过程如下：

预设一个参比数据Ref；

将所述不透光烟度L与参比数据Ref进行对比：

L≤Ref时，该机动车尾气标准合格；

L>Ref时，该机动车尾气标准不合格。

4.一种机动车尾气标准的检测设备，包括：

数据采集单元U₁，用于采集机动车尾气的烟度数据，样品数量为N组；

数据处理单元U₂，用于对所述烟度数据建立直角坐标系并赋予点坐标(x_i，y_i)，其中i取1～N；对上述N个点进行曲线拟合CF，并找到最优拟合曲线Y₀；所述曲线拟合CF采用最小二乘法算法进行曲线拟合；

数据分析单元U₃，用于对上述N个点进行筛选，计算不透光烟度L，并将不透光烟度L与预设的参比数据Ref进行对比，判断该机动车尾气标准是否合格，其中所述不透光烟度L的计算过程如下：

预设一个标准值y₀，将y_i与y₀进行对比：

y_i≤y₀时，保留对应的点(x_i，y_i)；

y_i>y₀时，舍去对应的点(x_i，y_i)；

在保留的点中，选取其中横坐标x_i最小的点作为上边界A点(x_a，y_a)，选取其中横坐标x_i最大的点作为下边界B点(x_b，y_b)；所述上边界A点、下边界B点以及横坐标轴围成一个直角梯形T₁；所述最优拟合曲线Y_o在上边界A点和下边界B点之间与横坐标轴围成一个曲边梯形T₂；

计算直角梯形T₁的面积S₁；

用程序模拟分割梯形求面积的算法计算曲边梯形T₂的面积S₂；

计算不透光烟度L：L＝S₂/S₁；

结果显示单元U₄，用于给出该机动车尾气标准是否合格的指示信息。

5.根据权利要求4所述的一种机动车尾气标准的检测设备，其特征在于：所述曲线拟合CF包括四次曲线拟合CF₁、五次曲线拟合CF₂、六次曲线拟合CF₃、对数函数拟合CF₄、指数函数拟合CF₅和幂函数拟合CF₆，分别得到拟合曲线Y₁、拟合曲线Y₂、拟合曲线Y₃、拟合曲线Y₄、拟合曲线Y₅和拟合曲线Y₆，从中选取拟合优度最接近1的作为最优拟合曲线Y_o。

6.根据权利要求4所述的一种机动车尾气标准的检测设备，其特征在于：所述数据分析单元U₃用于将不透光烟度L与参比数据Ref进行对比：

L≤Ref时，该机动车尾气标准合格；

L>Ref时，该机动车尾气标准不合格。

7.根据权利要求4所述的一种机动车尾气标准的检测设备，其特征在于，所述结果显示单元U₄给出如下指示信息：

机动车尾气标准的判断结果为合格时，通过文字W₁，和/或颜色C₁，和/或语音V₁给出合格指示信息；

接收机动车尾气标准的判断结果为不合格时，通过文字W₂，和/或颜色C₂，和/或语音V₂给出不合格指示信息。

8.根据权利要求4～7中任一项所述的机动车尾气标准的检测设备，其特征在于，该检测设备为便携式一体机或现场检测装置。

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