CN115452733A - 一种车载高光谱空气质量检测系统、方法、设备、存储介质以及汽车 - Google Patents

一种车载高光谱空气质量检测系统、方法、设备、存储介质以及汽车 Download PDF

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Abstract

一种车载高光谱空气质量检测系统、方法、设备、存储介质以及汽车。第一高光谱仪模块测量前方物体的距离以及其光谱信息；第二高光谱仪模块从另一方向获取前方物体的距离以及其光谱信息；空调模块调节车内空气质量；所述显示模块显示车前方处空气的平均光谱信息；数据处理模块对获取的多组物体光谱信息与已知的物体光谱信息进行对比处理，并发送给控制模块；数据处理模块对获取的多组物体光谱信息进行多维度分析，排除个别异常指标；语音模块在通过有害环境区域前时，语音提示关闭车窗，在通过无害环境区域前时，语音提示正常行驶；控制模块控制第一高光谱仪模块、第二高光谱仪模块、显示模块和提示模块，并控制空调模块切换空调内外循环模式。

Description

一种车载高光谱空气质量检测系统、方法、设备、存储介质以 及汽车
技术领域
本发明涉及车用空气质量检测技术领域，具体涉及一种车载高光谱空气质量检测系统、方法、设备、存储介质以及汽车。
背景技术
目前乘用车市场高端车型大都配备空气质量系统(AQS)，主要原理是在空调系统中增加空气质量传感器，外界空气流过空调系统时，通过测量激光或红外线照射流经其中空气后的光线衰减，分析其中颗粒物浓度。
因此，现有的空气质量检测系统存在的缺陷为：
1)通过有害环境区域前，无法提前识别前方有害气体，做出关窗、空调开启内循环等措施；
2)通过有害环境区域时，已有部分有害气体进入驾驶舱，此时关窗并开启空调内循环功能，仍然无法排出驾驶舱内已进入的气体；
3)通过有害环境区域后，此时如果仍保持内循环，由于空调系统中空气不流通，一段时间内空气质量系统任然提示外界存在有害气体，无法及时切换外循环来更新驾驶舱内空气。
现有技术，专利文献CN101105446B公开了“差分吸收光谱空气质量检测系统”，所述光源发射装置和光源接收装置分别位于光源的两侧，光源发射装置和光源接收装置将光源发出的光形成穿过所检测气体的光路，且所产生的光信号经光纤传入光谱仪，再通过光电转换设备将光信号转换成电信号，最后由数据处理系统先采用傅立叶变换的信号分析方法对光谱进行处理，得到检测气体的吸光度曲线，并根据吸光度曲线的强度，结合Lambert-beer定律得出检测气体的浓度。专利文献CN107179267B公开了“一种激光PM2.5传感器封装装置及汽车”，所述装置包括：壳体，所述壳体的顶部设有开口，用于放置激光PM2.5传感器，所述壳体的底面与所述激光PM2.5传感器的底面贴合，在所述激光PM2.5传感器的进风口处及出风口处分别设有密闭的进风通道及出风通道，所述进风通道底部与所述进风口连通，所述出风通道底部与所述出风口连通；端盖，所述端盖设置于壳体的顶部，所述端盖顶部的两侧设置有通气孔，两个所述通气孔分别与所述进风通道及所述出风风道的顶部连通，所述端盖顶部的内表面设有凹槽；固定海绵，所述固定海绵置于所述端盖凹槽与所述激光PM2.5传感器之间，所述端盖通过所述固定海绵对所述激光PM2.5传感器进行挤压。综上所述，现有的空气质量检测系统由于无法及时识别前方有害气体，造成车内有害气体无法排出驾驶舱内，从而影响乘员身体健康。
发明内容
本发明解决了现有的空气质量检测系统由于无法及时识别前方有害气体，造成车内有害气体无法排出驾驶舱内，从而影响乘员身体健康的问题。
本发明所述的一种车载高光谱空气质量检测系统，所述系统包括第一高光谱仪模块、第二高光谱仪模块、显示模块、数据处理模块、空调模块、语音模块和控制模块；
所述第一高光谱仪模块测量前方物体的距离以及其光谱信息；
所述第二高光谱仪模块从另一方向获取前方物体的距离以及其光谱信息；
所述空调模块调节车内空气质量；
所述显示模块显示车前方处空气的平均光谱信息；
所述数据处理模块对获取的多组物体光谱信息与已知的物体光谱信息进行对比处理，并发送给控制模块；
所述数据处理模块对获取的多组物体光谱信息进行多维度分析，排除个别异常指标；
所述语音模块在通过有害环境区域前时，语音提示车内乘员关闭车窗，在通过无害环境区域前时，语音提示车内乘员正常行驶；
所述控制模块控制第一高光谱仪模块、第二高光谱仪模块、显示模块和提示模块，并控制空调模块切换空调内外循环模式。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一高光谱仪模块和第二高光谱仪模块测量前方物体距离为200～300m。
本发明所述的一种车载高光谱空气质量检测方法，所述方法是采用上述实施方式所述的一种车载高光谱空气质量检测系统实现的，包括以下步骤：
步骤S1，第一高光谱仪模块测量前方物体距离以及其光谱信息的同时，第二高光谱仪模块从另一方向获取前方物体距离信息以及光谱信息，将第一高光谱仪模块和第二高光谱仪模块获得的光谱信息进行处理后，可得到该空间内前方物体的光谱信息；
步骤S2，第二高光谱仪模块测量前方物体距离以及其光谱信息的同时，第一高光谱仪模块从另一方向获取前方物体距离信息以及光谱信息，将第二高光谱仪模块和第一高光谱仪模块获得的光谱信息进行处理后，可得到该空间内前方物体的光谱信息；
步骤S3，第一高光谱仪模块和第二高光谱仪模块在短时间内获取多组光谱信息，并发送给数据处理模块进行多维度分析排出个别异常指标；
步骤S4，数据处理模块对获取的多组物体光谱信息与已知的物体光谱信息进行对比处理后发送给控制模块的同时，显示模块将前方空气内平均光谱信息进行显示；
步骤S5，控制模块根据对比结果进行判断前方是否为有害环境区域，若为有害环境区域，则控制语音模块提示关闭车窗，并开启空调模块开始车内空气循环模式，若为无害区域，则控制语音提示模块提示正常行驶。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S1或步骤S2中，所述将第二高光谱仪模块和第一高光谱仪模块获得的光谱信息进行处理为差值过滤。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S3中，所述第一高光谱仪模块和第二高光谱仪模块在短时间内为1～3s内。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S3中，所述数据处理模块进行多维度分析排出个别异常指标包括镜面反射导致的光谱信息异常。
本发明所述的一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述方法中任一所述的方法步骤。
本发明所述的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法任一所述的方法步骤。
本发明所述的一种车辆，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述方法任一项所述的车载高光谱空气质量检测方法。
本发明解决了现有的空气质量检测系统由于无法及时识别前方有害气体，造成车内有害气体无法排出驾驶舱内，从而影响乘员身体健康的问题。具体有益效果包括：
1、本发明所述的一种车载高光谱空气质量检测系统，是通过高光谱成像模块分析系统，实现远距离空气质量监测，在车辆到达雾霾或有毒有害环境区域前发出预警，可以提前完成一系列空气防护动作，如关闭车窗、空调内循环开启等。相比现有的空气质量系统需要车辆处于有害环境中一段时间才能识别并做出防护动作，此时车内已经窜入一部分有害气体，在外界有害环境持续的情况下，由于车辆处于密闭，车内有毒有害气体会加重驾乘人员伤害。本发明所述的系统在车辆尚处在安全空气环境中就可以提前预警，密闭车辆后，车内保持一定的气压值，可以有效避免有害气体侵入车内，保护驾乘人员不受健康等伤害；
2、本发明所述的一种车载高光谱空气质量检测系统，该系统采用的高光谱仪模块的发射接收波长范围广，且穿透性强，在雨雪等复杂天气该系统均可适用。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是具体实施方式所述的第一高光谱仪模块和第二高光谱仪模块识别前方物体光谱信息图；
图2是具体实施方式所述的第一高光谱仪模块和第二高光谱仪模块识别前方物体光谱信息图；
图3是具体实施方式所述的城市跟车工况系统工作图；
图4是具体实施方式所述的高速工况系统工作图。
具体实施方式
下面结合附图将对本发明的多种实施方式进行清楚、完整地描述。通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本实施方式所述的一种车载高光谱空气质量检测系统，所述系统包括第一高光谱仪模块、第二高光谱仪模块、显示模块、数据处理模块、空调模块、语音模块和控制模块；
所述第一高光谱仪模块测量前方物体的距离以及其光谱信息；
所述第二高光谱仪模块从另一方向获取前方物体的距离以及其光谱信息；
所述空调模块调节车内空气质量；
所述显示模块显示车前方处空气的平均光谱信息；
所述数据处理模块对获取的多组物体光谱信息与已知的物体光谱信息进行对比处理，并发送给控制模块；
所述数据处理模块对获取的多组物体光谱信息进行多维度分析，排除个别异常指标；
所述语音模块在通过有害环境区域前时，语音提示车内乘员关闭车窗，在通过无害环境区域前时，语音提示车内乘员正常行驶；
所述控制模块控制第一高光谱仪模块、第二高光谱仪模块、显示模块和提示模块，并控制空调模块切换空调内外循环模式。
本实施方式中，所述第一高光谱仪模块和第二高光谱仪模块测量前方物体距离为200～300m。
本实施方式所述的一种车载高光谱空气质量检测方法，所述方法是采用上述方法所述的一种车载高光谱空气质量检测系统实现的，包括以下步骤：
步骤S1，第一高光谱仪模块测量前方物体距离以及其光谱信息的同时，第二高光谱仪模块从另一方向获取前方物体距离信息以及光谱信息，将第一高光谱仪模块和第二高光谱仪模块获得的光谱信息进行处理后，可得到该空间内前方物体的光谱信息；
步骤S2，第二高光谱仪模块测量前方物体距离以及其光谱信息的同时，第一高光谱仪模块从另一方向获取前方物体距离信息以及光谱信息，将第二高光谱仪模块和第一高光谱仪模块获得的光谱信息进行处理后，可得到该空间内前方物体的光谱信息；
步骤S3，第一高光谱仪模块和第二高光谱仪模块在短时间内获取多组光谱信息，并发送给数据处理模块进行多维度分析排出个别异常指标；
步骤S4，数据处理模块对获取的多组物体光谱信息与已知的物体光谱信息进行对比处理后发送给控制模块的同时，显示模块将前方空气内平均光谱信息进行显示；
步骤S5，控制模块根据对比结果进行判断前方是否为有害环境区域，若为有害环境区域，则控制语音模块提示关闭车窗，并开启空调模块开始车内空气循环模式，若为无害区域，则控制语音提示模块提示正常行驶。
本实施方式中，所述步骤S1或步骤S2中，所述将第二高光谱仪模块和第一高光谱仪模块获得的光谱信息进行处理为差值过滤。
本实施方式中，所述步骤S3中，所述第一高光谱仪模块和第二高光谱仪模块在短时间内为1～3s内。
本实施方式中，所述步骤S3中，所述数据处理模块进行多维度分析排出个别异常指标包括镜面反射导致的光谱信息异常。
本实施方式所述的一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述实施方式中任一所述的方法步骤。
本实施方式所述的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述实施方式中任一所述的方法步骤。
本实施方式中一种车辆，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施方式中任一项所述的车载高光谱空气质量检测方法。
本实施方式基于本发明所述的一种车载高光谱空气质量检测方法，结合图1和图2能更好的理解本实施方式，提供一种实际的实施方式：
1、将第一高光谱仪模块和第二高光谱仪模块布置在车头左右两侧；
2、光源可以发射包含不同波长的光照射到前方物体，根据物质吸收光谱的不同，光谱仪模块回收到前方光谱各个波长信息，同时还有物体的距离信息；
3、第一光谱仪模块测量前方S1距离处某个物体各波段的波长信息，第二光谱仪模块在同一时间获取该物体另一方向光谱信息及距离信息S2；
4、将上述信息进行差值过滤，可得到S2-S1距离空间内物质的光谱信息；
5、同理可得到S4-S3距离空间内物质的光谱信息；
6、由于光谱快照的速度足够快，可以在短时间内获取多组光谱信息，进行多维度分析，可以排出个别异常指标，如镜面反射导致的光谱信息异常；
7、对光谱信息进行进一步处理，对比现有物质光谱图，可知晓前方平均空间内物质信息；
8、将上述判断结果输出到车载电脑进行显示，也可以和自动空调结合，自动决策并切换空调内外循环模式。
本实施方式基于本发明所述的一种车载高光谱空气质量检测方法，提供一种实际的实施方式：
雨雪天气时，根据雨滴和雪花的固有波长特性，可预置算法实现过滤功能，由于高光谱发射接收波长范围广，且穿透性强，在过滤掉这部分波长干扰后，仍能达到正常检测空气中其他物质的目的。
本实施方式基于本发明所述的一种车载高光谱空气质量检测方法，结合图3能更好的理解本实施方式，提供一种实际的实施方式：
城市跟车工况，由于受到前车镜面反射及尾灯点亮等干扰，导致波长信息与实际存在偏差较大，可采取综合检测道路周边物体波长信息作为基准，多次检测等方式，进行修正，得到真实波长信息。
本实施方式基于本发明所述的一种车载高光谱空气质量检测方法，结合图4能更好的理解本实施方式，提供一种实际的实施方式：
高速工况，除采取测量道路两侧物体波长信息外，还可能存在前方一段距离空气质量突变的情况，这时候需要依次测量道路两边很长一段距离的波长信息，找到波长畸变点，通过信息对比处理，得出突变位置空气物质的波长信息。
本实施方式基于本发明所述的一种车载高光谱空气质量检测方法，提供一种实际的实施方式：
在车辆移动过程中，由于存在多普勒效应，发射和接收到的波长会发生变化，这对检测的结果产生极大影响，因此在中央处理器中需要获取当前车辆速度速及加速度信息，以及目标物体的速度及加速度信息，基于多普勒一般公式：
f'＝f[(1-β2)1/2]/(1-βcosθ)；
其中，β＝v/c，θ为接收器与波源的连线到速度方向的夹角；
同时波长与频率的转换公式λ＝v/f；
可进行波长修正，并推导出真实的空间物质波长信息。
本申请实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(read only memory，ROM)、可编程只读存储器(programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(erasablePROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(random access memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(synchronousDRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(double data rate SDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(direct rambusRAM，DR RAM)。应注意，本发明描述的方法的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，高密度数字视频光盘(digital video disc，DVD))、或者半导体介质(例如，固态硬盘(solid state disc，SSD))等。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
应注意，本申请实施例中的处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
以上对本发明所提出的一种车载高光谱空气质量检测系统、方法、设备、存储介质以及汽车进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种车载高光谱空气质量检测系统，其特征在于，所述系统包括第一高光谱仪模块、第二高光谱仪模块、显示模块、数据处理模块、空调模块、语音模块和控制模块；
所述第一高光谱仪模块测量前方物体的距离以及其光谱信息；
所述第二高光谱仪模块从另一方向获取前方物体的距离以及其光谱信息；
所述空调模块调节车内空气质量；
所述显示模块显示车前方处空气的平均光谱信息；
所述数据处理模块对获取的多组物体光谱信息与已知的物体光谱信息进行对比处理，并发送给控制模块；
所述数据处理模块对获取的多组物体光谱信息进行多维度分析，排除个别异常指标；
所述语音模块在通过有害环境区域前时，语音提示车内乘员关闭车窗，在通过无害环境区域前时，语音提示车内乘员正常行驶；
所述控制模块控制第一高光谱仪模块、第二高光谱仪模块、显示模块和提示模块，并控制空调模块切换空调内外循环模式。
2.根据权利要求1所述的一种车载高光谱空气质量检测系统，其特征在于，所述第一高光谱仪模块和第二高光谱仪模块测量前方物体距离为200～300m。
3.一种车载高光谱空气质量检测方法，其特征在于，所述方法是采用权利要求1所述的一种车载高光谱空气质量检测系统实现的，包括以下步骤：
步骤S1，第一高光谱仪模块测量前方物体距离以及其光谱信息的同时，第二高光谱仪模块从另一方向获取前方物体距离信息以及光谱信息，将第一高光谱仪模块和第二高光谱仪模块获得的光谱信息进行处理后，可得到该空间内前方物体的光谱信息；
步骤S2，第二高光谱仪模块测量前方物体距离以及其光谱信息的同时，第一高光谱仪模块从另一方向获取前方物体距离信息以及光谱信息，将第二高光谱仪模块和第一高光谱仪模块获得的光谱信息进行处理后，可得到该空间内前方物体的光谱信息；
步骤S3，第一高光谱仪模块和第二高光谱仪模块在短时间内获取多组光谱信息，并发送给数据处理模块进行多维度分析排出个别异常指标；
步骤S4，数据处理模块对获取的多组物体光谱信息与已知的物体光谱信息进行对比处理后发送给控制模块的同时，显示模块将前方空气内平均光谱信息进行显示；
步骤S5，控制模块根据对比结果进行判断前方是否为有害环境区域，若为有害环境区域，则控制语音模块提示关闭车窗，并开启空调模块开始车内空气循环模式，若为无害区域，则控制语音提示模块提示正常行驶。
4.根据权利要求3所述的一种车载高光谱空气质量检测方法，其特征在于，所述步骤S1或步骤S2中，所述将第二高光谱仪模块和第一高光谱仪模块获得的光谱信息进行处理为差值过滤。
5.根据权利要求3所述的一种车载高光谱空气质量检测方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述第一高光谱仪模块和第二高光谱仪模块在短时间内为1～3s内。
6.根据权利要求3所述的一种车载高光谱空气质量检测方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述数据处理模块进行多维度分析排出个别异常指标包括镜面反射导致的光谱信息异常。
7.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求3-6任一所述的方法步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求3-6任一所述的方法步骤。
9.一种车辆，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求3-6任一项所述的车载高光谱空气质量检测方法。
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