CN108351336A - 通过聚合不同源的测量来确定空气质量图型的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种专用于确定外部区域(Z)中的空气质量的图型的方法。在该方法包括的步骤中,基于对空气质量的数字模拟、测量以及补充测量来确定外部区域(Z)的已知位置的地点处的空气质量的估算值,所述测量由固定地安装在该外部区域(Z)中的第一传感器(C1)来执行,所述补充测量由装配在系统(V1‑V4)上的第二传感器(C2)来执行并且经由波道与相关联的位置一起传输,所述系统在外部区域(Z)中移动,然后通过这些估算值来构建空气质量的图型。
Description
技术领域
本发明涉及对于外部区域中的空气质量的图型的确定。
背景技术
一些信息服务器提供指出了外部区域中的空气质量(例如至少一种化学物质(通常气态或固态的污染物)的污染等级或浓度)的图型。这些图型通过外部区域的已知位置的地点处的空气质量的估算值来构建。这些估算值同时来自借助于数字工具进行的模拟(采用表示大气的物理和化学方程式(确定性模型化)并且能够使污染的空间和时间分布模型化)以及空气质量测量。这些测量由固定地安装在所考虑的外部区域的已知位置的地点中的传感器来执行。这些固定的传感器通常作为分析站的一部分,所述分析站通常安装在行驶道路、工业区域附近以及公共场所上和建筑物上。
使用上述数字工具是因为不可能处处都安装分析站,尤其在存在成本和管理问题的情况下。事实上,数字工具通过千米级别的测网来提供整体图型,并且采用由固定的传感器局部执行的测量且基于该整体图型来构建局部图型(由估算值构建)。
理解到,与估算值相关联的位置越是远离有助于确定估算值的测量位置,该估算值越是具有远离局部真实性的风险。因此,图型被证实在分析站所安置的区域中相当精确但在其它区域中经常不太精确甚至有误差。由此,难以良好地通知使用这种图型的人,例如难以向这些人提供空气质量被确信大于选定阈值的路程。
可通过使用更精细的数学模型(带有更精确的输入数据(例如发送明细或气象条件))来克服与精确度相关的该缺点,但除了成本之外,还需要极其长的计算时间,并因此不适用于(几乎)实时的模拟信息需求。
发明内容
因此,本发明的目的尤其在于改善该情况。
为此,本发明提供了一种用于确定外部区域中的空气质量的图型的方法,在所述方法包括的步骤中,基于对空气质量的数字模拟以及对空气质量的测量来确定该外部区域的已知位置的地点处的空气质量的估算值,所述测量由固定地安装在所述外部区域的已知位置的地点中的第一传感器来执行,然后通过这些估算值来构建空气质量的图型。
该方法的特征在于,在所述步骤中,还根据由装配在系统上的第二传感器来执行并且经由波道至少与相关联的位置一起传输的对空气质量的补充测量来构建所述图型,所述系统在所述外部区域中移动,这些补充测量用于当所述补充测量不同于在与相关联的位置对应的地点中确定的估算值时修改所述估算值。
因此,在没有第一传感器的地点中,不仅布置了更多的对空气质量的测量,还布置了比估算值精确得多的一些测量,以构建外部区域的图型。
根据本发明的方法可包括可单独或组合采用的其它特征,尤其是:
-在所述步骤中,当对应于第一位置的估算值已通过在与该第一位置隔有大于选定阈值的距离处执行的测量来确定时,可将与该第一位置相关联的补充测量纳入所述图型中;
-在所述步骤中,当与所述第一位置相关联的补充测量以大于选定阈值的百分比不同于与该第一位置对应的估算值时,可将选定的第一权重赋予该补充测量并且将选定的第二权重赋予该估算值,所述第二权重小于该第一权重,然后可分别通过所赋予的第一权重和第二权重来执行这些补充测量和估算值的加权平均数,然后可在所述图型中用该加权平均数来替换所述估算值;
-在所述步骤中,所述补充测量可由装配在系统上的第二传感器来执行,所述系统(至少)从运输工具和可移动通信设备中选择;
-所述测量可表示至少一种化学物质的浓度。
本发明还提供了一种用于确定外部区域中的空气质量的图型的装置,所述装置包括处理部件,所述处理部件配置用于基于对空气质量的数字模拟以及对空气质量的测量来确定该外部区域的已知位置的地点处的空气质量的估算值,所述测量由固定地安装在所述外部区域的已知位置的地点中的第一传感器来执行,然后所述处理部件配置用于通过这些估算值来构建空气质量的图型。
该装置的特征在于,所述处理部件配置用于还根据由装配在系统上的第二传感器来执行并且经由波道至少与相关联的位置一起传输的对空气质量的补充测量来构建所述图型,所述系统在所述外部区域中移动,这些补充测量用于当所述补充测量不同于在与相关联的位置对应的地点中确定的估算值时修改所述估算值。
例如,所述处理部件可配置用于当对应于第一位置的估算值已通过在与该第一位置隔有大于选定阈值的距离处执行的测量来确定时将与该第一位置相关联的补充测量纳入所述图型中。
还例如,所述处理部件可配置用于当与所述第一位置相关联的补充测量以大于选定阈值的百分比不同于与该第一位置对应的估算值时将选定的第一权重赋予该补充测量并且将选定的第二权重赋予该估算值,所述第二权重小于该第一权重,然后所述处理部件可配置用于分别通过所赋予的第一权重和第二权重来执行这些补充测量和估算值的加权平均数,然后在所述图型中用该加权平均数来替换所述估算值。
本发明还提供了一种信息服务器,所述信息服务器包括第一通信部件和上述类型的确定装置,所述第一通信部件能够经由至少一个通信网络接收对空气质量的测量。
例如,该信息服务器还可包括第二通信部件,所述第二通信部件能够根据请求经由通信网络向远程通信设备提供由所述确定装置确定的图型的至少一部分。
附图说明
通过阅读下文详细说明和附图,本发明的其它特征和优点将更加清楚,在附图上:
-图1示意性且功能性示出了一部分城市的外部区域,所述外部区域包括行驶有运输工具并且旁边存在分析站的行驶道路并且包括信息服务器,所述信息服务器包括根据本发明的确定装置的实施例,以及
-图2示出了实施根据本发明的确定空气质量图型的方法的算法示例。
具体实施方式
本发明的目的尤其在于提供一种用于能够确定外部区域Z中的空气质量的图型的方法。
图1上示意性且功能性示出了一部分城市的外部区域Z。此处,仅该城市的行驶道路被具体化。运输工具Vk在这些行驶道路中的一些中行驶,所述行驶道路中的一些的旁边存在分析站SAj(此处j=1至5),所述分析站每个都包括至少一个第一传感器C1,所述至少一个第一传感器负责执行表示局部空气质量的测量。例如,每次测量可表示外部空气中的至少一种化学物质的浓度。
例如,每个第一传感器C1可包括分析氮氧化物(例如通过一氧化氮与臭氧的化学发光,其中光的发射与一氧化氮的浓度成比例)的至少一个氮氧化物分析部件和/或分析臭氧(例如通过吸收紫外线(UV)-吸收单元的输出端的UV辐射被转换成与臭氧的浓度相关的电信号)的臭氧分析部件和/或分析二氧化硫(例如通过测量被激励的分子的UV荧光的强度,该强度与SO2的浓度直接成正比)的二氧化硫分析部件和/或通过称重分析颗粒的颗粒分析部件。
每个分析站SAj配置用于将由第一传感器C1执行的测量传输到信息服务器SI。该传输经由与信息服务器SI连接的至少一个通信网络RC来进行。注意到,该传输可通过有线途径或通过波道来进行。
如上文所示,本发明尤其提供了一种用于能够确定外部区域Z中的空气质量的图型的方法。该方法包括可由确定装置DD实施的步骤。在图1上非限制性示出的示例中,确定装置DD安装在信息服务器SI中。该配置是有利的,这是因为此处考虑到信息服务器SI接收由分析站SAj执行的测量,并因此所述信息服务器可向确定装置DD提供所述测量而不经由通信网络重新传输所述测量,这延迟了对所述测量的处理。但在实施变型中,该确定装置DD可与信息服务器SI隔有距离,但与所述信息服务器SI经由(有线或无线)连接直接地联结或经由通信网络间接地联结。在该变型中,确定装置DD可作为配备有通信部件的电子设备的一部分,或者构成配备有通信部件的电子设备。
因此,确定装置DD可实施成软件(或信息)模块的形式;在存在包括一组指令的电脑程序产品的情况下,当所述电脑程序产品由电路(或“硬件”)类型的处理部件执行时,能够实施提供方法中的一部分,或者实施成软件模块与电路组合的形式。
在根据本发明的方法的步骤中,(确定装置DD的处理部件MT)开始基于对空气质量的数字模拟以及对空气质量的测量来确定外部区域Z的已知位置的地点处的空气质量的估算值,所述测量由固定地安装在外部区域Z的已知位置的地点中的第一传感器C1来执行。
注意到,在非限制性示出的示例中,第一传感器C1安装在固定的分析站SAj中,这些分析站SAj负责将所述第一传感器的测量传输到信息服务器SI,所述信息服务器之后将所述测量传递到确定装置DD的处理部件MT。
信息服务器SI因此包括第一通信部件MC1,所述第一通信部件与通信网络RC连接并且尤其能够使所述信息服务器从分析站SAj接收测量。
至少在预定时间期间,来自第一传感器C1的测量优选地由确定装置DD对应于(获取或接收)时刻以及对应于测量位置存储在存储部件中,以便能够在任何时刻上被重新使用。这些存储部件作为确定装置DD或信息服务器SI的一部分。这些存储部件例如可具有(任选地软件类型的)存储器的形式。
借助于数字工具的模拟采用表示大气(确定性模型化)的物理和化学方程式并且能够使污染的空间和时间分布模型化。这种数字模拟的结果被提供到信息服务器SI并因此提供到确定装置DD,所述确定装置之后负责基于该结果以及第一传感器C1的测量来确定外部区域Z的图型(由估算值构建)。
对于给定时刻和(位于至少两个分析站SAj的位置之间的)位置,估算值至少基于对于这些给定时刻由这些分析站SAj提供的测量来确定。理解到,对于就位于分析站SAj旁边的位置,在给定时刻上的估算值基本等于在该给定时刻上由分析站SAj提供的最后测量,或者如果从某个时间起(例如由于故障)未接收到测量,所述估算值基本等于对于同一位置基于数字模拟(的结果)以及至少一个其它站(优选地最近的站)的至少一次测量来确定的重新估算值。
估算值优选地由确定装置DD对应于确定时刻以及对应于测量位置存储在存储部件中,以便能够在任何时刻上被重新使用。这些存储部件作为确定装置DD或信息服务器SI的一部分。这些存储部件例如可具有(任选地软件类型的)存储器的形式。
然后,(处理部件MT)通过已确定的估算值并且还根据由装配在系统上的第二传感器C2来执行并且经由波道至少与相关联的位置一起传输的对空气质量的补充测量来构建空气质量的图型,所述系统在外部区域Z中移动。这些补充测量由处理部件MT用于当所述补充测量不同于在与相关联的位置对应的地点中确定的估算值时修改所述估算值。
每个第二传感器C2负责执行补充测量,所述补充测量表示暂时安置有系统的地点处的空气质量,所述每个第二传感器安置在所述系统上。例如,每个补充测量可表示外部空气中的至少一种化学物质的浓度。在该情况下,每个第二传感器C2例如可包括至少一个微型分析器,所述至少一个微型分析器提供NO2和/或O3和/或挥发性有机化合物(COV)和/或CO和/或颗粒的(优选地绝对而非相对的)浓度值。
理解到,这些系统装配有通过波道通信的通信部件,所述通信部件能够与通信网络连接,以传输由第二传感器C2执行的测量。
在图1上非限制性示出的示例中,在外部区域Z中移动并且装配有第二传感器C2和通过波道通信的通信部件的系统为陆地运输工具Vk(此处k=1至4)。例如,这些陆地运输工具Vk可为轿车、公路运输工具、摩托车、自行车、公交车(或大客车)、有轨电车、道路机械、工地机械或卡车。但这些系统还可为由行人运输的可移动通信设备,例如智能电话(“smartphone”)或电子平板又或专用通信分析装置。注意到,在其它应用中,一些系统例如可为船、飞机、探测气球或气艇。
至少在预定时间期间,来自第二传感器C2的补充测量优选地由确定装置DD对应于(获取或接收)时刻以及对应于测量位置存储在存储部件中,以便能够在任何时刻上被重新使用。这些存储部件作为确定装置DD或信息服务器SI的一部分。这些存储部件例如可具有(任选地软件类型的)存储器的形式。
由于由在外部区域Z中移动的系统Vk提供的这些补充测量,在没有第一传感器C1的地点中,处理部件MT不仅布置了更多的对空气质量的测量,还布置了比估算值精确得多的一些测量,以构建该外部区域Z的图型。这相较于当分析站位于行驶道路旁边时获得的情况得到了更好的空间解决方案(例如按照道路比例尺,甚至是对于道路的一部分)以及更好的交通内部污染表示。这因此能够更好地通知使用这种图型的人(行人、骑车人或驾车人),尤其但非限制性地向这些人提供空气质量被确信大于选定阈值的路程。这还能够使公共区域(或城市)布置有街区中的更精确的污染数据,以便例如想象新的城市规划或道路网又或翻新。
不同源的测量以及估算值可被聚合或组合,并且/或者测量可用于修改估算值。
因此,在本方法的步骤中,(处理部件MT)例如可当对应于第一位置的估算值已通过在与该第一位置隔有大于选定阈值的距离处执行的测量来确定时将与该第一位置相关联的补充测量纳入所述图型中。例如,该阈值的值能够是所考虑的外部区域的类型的函数。因此,与城市区域相关联的阈值可比与乡村区域相关联的阈值更小。
在图1上非限制性示出的示例中,可考虑到,当第一运输工具V1传输补充测量及其位置时,所述第一运输工具远离分析站SA2、SA3和SA4并且隔有大于选定阈值的距离,并因此处理部件MT可对于第一运输工具V1的传输位置将该补充测量纳入图型中。同样,在该示例中,可考虑到,当第四运输工具V4传输补充测量及其位置时,所述第四运输工具远离分析站SA5并且隔有大于选定阈值的距离,并因此处理部件MT可对于第四运输工具V4的传输位置将该补充测量纳入图型中。相反,在该示例中,可考虑到,当第二运输工具V2传输补充测量及其位置时,所述第二运输工具远离第三分析站SA3并且隔有远小于选定阈值的距离,并因此处理部件MT可对于第二运输工具V2的传输位置不采取将该补充测量纳入图型中。例如,所述处理部件可简单地核实,对于与第二运输工具V2的传输位置基本相同的位置的估算值与由第二运输工具V2传输的补充测量基本相同。
注意到,处理部件MT还可配置用于当该补充测量能够具有按照所考虑的比例更精确的图型(例如道路和/或交通中心)时保存由可移动的第二传感器C2提供并且与远小于上述选定阈值的距离相关联的补充测量。
这些选择能够明显改善图型中包含的信息的精确度。事实上理解到,阈值的值越小,图型越可包括等于由在所考虑的外部区域Z中移动的系统Vk提供的实际且最新的补充测量的估算值。
另外,在本方法的步骤中,当与第一位置相关联的补充测量以大于选定阈值的百分比不同于与该第一位置对应的估算值时,(处理部件MT)例如可将选定的第一权重赋予该补充测量并且将选定的第二权重赋予该估算值,所述第二权重小于所述第一权重。然后,(处理部件MT)例如可分别通过所赋予的第一权重和第二权重来执行该补充测量和该估算值的加权平均数。最后,(处理部件MT)例如可在所述图型中用该加权平均数来替换所述估算值。
所赋予的权重例如可取决于所考虑的补充测量超出阈值的超出量。但在变型中,所赋予的权重可被预定(并因此不取决于超出阈值的超出量)。
该选择还能够改善图型中包含的信息的精确度。事实上理解到,该阈值的值越小,图型越是包括由最新的加权平均数替换的估算值,并因此图型包含的精确信息的数量越高。
在本方法的实施变型中,例如可开始基于对空气质量的数字模拟以及由第一传感器C1执行的对空气质量的测量而通过估算值构建外部区域Z的空气质量的第一图型。该第一图型(例如提供按照千米比例的浓度估算值)由此存储在存储部件中。然后,使用由第二传感器C2执行的补充测量(以及所述第二传感器各自的当前位置),以根据所存储的第一图型重新计算更精细的第二图型,并且使用简化的数学模型。
优选地,该简化的数学模型在执行这些补充测量的地点处使数字模拟的结果与第二传感器C2的补充测量之间的误差最小化。例如,该简化的数学模型可为“产生、对流、扩散”类型的。测量地点处的误差值的最小化例如可借助于优化算法来进行,所述优化算法旨在确定在产生、对流、扩散结束之前的数字参数。当误差被最小化时,在整个所考虑的外部区域Z上布置了精细的第二图型。
图2上示意性示出了实施根据本发明的确定空气质量图型的方法的算法示例。
在子步骤10中,固定地安装在外部区域Z的已知位置的地点中(例如在分析站SAj中)的第一传感器C1开始执行对空气质量的测量,所述测量被传输到信息服务器SI。
在子步骤20中,确定装置DD基于对空气质量的数字模拟以及由第一传感器C1执行的对空气质量的测量来确定该外部区域Z的已知位置的地点处的空气质量的估算值。
在子步骤30中,确定装置DD通过估算值来构建外部区域Z的空气质量的图型。
在子步骤40中,系统Vk将由第二传感器C2执行的补充测量以及所述第二传感器各自的当前位置传输到信息服务器SI。
在子步骤50中,确定装置DD还根据由第二传感器C2执行的补充测量来继续构建外部区域Z的空气质量的图型。更确切地,这些补充测量用于当这些补充测量不同于在与相关联的位置对应的地点中确定的估算值时修改所述估算值。
注意到,优选地,如图2的示例中所示,确定装置DD开始通过数字模拟的结果以及由第一传感器C1执行的测量来构建图型,然后,所述确定装置例如周期性地通过由第二传感器C2在最后的计算周期期间提供的补充测量并且通过由第一传感器C1在该同一最后的计算周期期间执行的最新(因此被更新)的测量来修改该图型。
还注意到,信息服务器SI的使用者可用的每个图型可对应于当前的时间区间。因此,图型可从一个时间区间到另一时间区间变化,以便尽可能地表示在所考虑时刻上的当前空气质量。
还注意到,如图1上非限制性所示,信息服务器SI还可包括第二通信部件MC2,所述第二通信部件能够根据请求经由通信网络(任选地RC)向远程通信设备EC提供由确定装置DD确定的图型的至少一部分。
该通信设备EC例如可为装配在运输工具上的智能电话、或电子平板、或(固定或便携)电脑、又或通信模块。
在图1上非限制性示出的示例中,第一通信部件MC1和第二通信部件MC2分离。但所述第一通信部件和所述第二通信部件可仅为一个部件。
Claims (10)
1.一种确定外部区域(Z)中的空气质量的图型的方法,在所述方法包括的步骤中,基于对空气质量的数字模拟以及对空气质量的测量来确定所述外部区域(Z)的已知位置的地点处的空气质量的估算值,所述测量由固定地安装在所述外部区域(Z)的已知位置的地点中的第一传感器(C1)来执行,然后通过所述估算值来构建空气质量的图型,其特征在于,在所述步骤中,还根据由装配在系统(Vk)上的第二传感器(C2)来执行并且经由波道至少与相关联的位置一起传输的对空气质量的补充测量来构建所述图型,所述系统在所述外部区域(Z)中移动,所述补充测量用于当所述补充测量不同于在与相关联的位置对应的地点中确定的估算值时修改所述估算值。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述步骤中,当对应于第一位置的估算值已通过在与所述第一位置隔有大于选定阈值的距离处执行的测量来确定时,将与所述第一位置相关联的补充测量纳入所述图型中。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,在所述步骤中,当与第一位置相关联的补充测量以大于选定阈值的百分比不同于与所述第一位置对应的估算值时,将选定的第一权重赋予所述补充测量并且将选定的第二权重赋予所述估算值,所述第二权重小于所述第一权重,然后分别通过所赋予的第一权重和第二权重来执行所述补充测量和所述估算值的加权平均数,然后在所述图型中用所述加权平均数来替换所述估算值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,在所述步骤中,所述补充测量由装配在系统(Vk)上的第二传感器(C2)来执行,所述系统从包括运输工具和可移动通信设备的组中选择。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其特征在于,所述测量表示至少一种化学物质的浓度。
6.一种用于确定外部区域(Z)中的空气质量的图型的装置(DD),所述装置(DD)包括处理部件(MT),所述处理部件配置用于基于对空气质量的数字模拟以及对空气质量的测量来确定所述外部区域(Z)的已知位置的地点处的空气质量的估算值,所述测量由固定地安装在所述外部区域(Z)的已知位置的地点中的第一传感器(C1)来执行,然后所述处理部件配置用于通过所述估算值来构建空气质量的图型,其特征在于,所述处理部件(MT)配置用于还根据由装配在系统(Vk)上的第二传感器(C2)来执行并且经由波道至少与相关联的位置一起传输的对空气质量的补充测量来构建所述图型,所述系统在所述外部区域(Z)中移动,所述补充测量用于当所述补充测量不同于在与相关联的位置对应的地点中确定的估算值时修改所述估算值。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述处理部件(MT)配置用于当对应于第一位置的估算值已通过在与所述第一位置隔有大于选定阈值的距离处执行的测量来确定时将与所述第一位置相关联的补充测量纳入所述图型中。
8.根据权利要求6或7所述的装置,其特征在于,所述处理部件(MT)配置用于当与第一位置相关联的补充测量以大于选定阈值的百分比不同于与所述第一位置对应的估算值时将选定的第一权重赋予所述补充测量并且将选定的第二权重赋予所述估算值,所述第二权重小于所述第一权重,然后所述处理部件配置用于分别通过所赋予的第一权重和第二权重来执行所述补充测量和所述估算值的加权平均数,然后在所述图型中用所述加权平均数来替换所述估算值。
9.一种信息服务器(SI),所述信息服务器包括第一通信部件(MC1),所述第一通信部件能够经由至少一个通信网络(RC)接收对空气质量的测量,其特征在于,所述信息服务器还包括根据权利要求6至8中任一项所述的确定装置(DD)。
10.根据权利要求9所述的信息服务器,其特征在于,所述信息服务器还包括第二通信部件(MC2),所述第二通信部件能够根据请求经由通信网络(RC)向远程通信设备(EC)提供由所述确定装置(DD)确定的图型的至少一部分。
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