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Die Erfindung betrifft ein System zum Bestimmen einer Partikelbelastung. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen einer Partikelbelastung in einer Messumgebung.
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Stand der Technik
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Viele, insbesondere stark bevölkerte Regionen unterliegen einer signifikanten Belastung durch Schwebstaub. Diese Partikelbelastung wird zumindest zum Teil durch Menschen verursacht, und zwar hauptsächlich durch die Verbrennung von Kohlenstoffverbindungen durch Industrie, Straßenverkehr aber auch Luftverkehr, Schiffsverkehr und Schienenverkehr sowie durch Privathaushalte. Bedingt durch die geographische Anordnung der einzelnen Schwebstaubverursacher sind große Unterschiede in der lokalen Partikelbelastung zu beobachten. Dies gilt im Außenbereich genauso wie innerhalb geschlossener Räume.
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Es ist bekannt, dass Schwebstaub je nach Menge und Zusammensetzung zu Gesundheitsbeeinträchtigungen führen kann, wobei hierfür in erster Linie der einatembare Anteil des Schwebstaubs verantwortlich ist. Das individuelle Gesundheitsrisiko hängt wesentlich davon ab, wie stark und wie lange ein Individuum welcher Art von Partikelbelastung ausgesetzt ist. Deshalb besteht ein Bedarf, die lokale und jeweils aktuelle Partikelbelastung zu quantifizieren.
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Mit dem US „National Air Quality“-Standard for Particulate Matter (PM) wurde eine Kategorisierung von Schwebstaub in PMx-Fraktionen eingeführt, die der Größe bzw. dem Durchmesser x der Staubteilchen Rechnung trägt und damit der Eindringtiefe dieser Staubteilchen in die Atemwege und in den Körper eines Individuums. Unterschieden wird hier insbesondere zwischen Grobstaub PM10, der Partikel mit einem Durchmesser von bis zu 10 µm umfasst, Feinstaub PM2,5 mit Partikeln eines Durchmessers von bis zu 2,5 µm und Ultrafeinstaub PM1 mit Partikeln eines Durchmessers von bis zu 1 µm.
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Die Schwebstaub- bzw. Partikelbelastung wird häufig unter Verwendung dieses PM-Standards beziffert. Dazu wird für mindestens eine der Fraktionen PMx die innerhalb eines Zeitraums erfasste Staubpartikelmasse pro Volumen angegeben. Die zunehmende Sensibilisierung für die Problematik der Partikelbelastung erzeugt insbesondere in größeren Städten, welche besonders unter signifikanter Belastung durch Schwebstaub leiden, eine Nachfrage nach Möglichkeiten, eine schnelle, lokale und autonome Messung der Partikelbelastung durchzuführen. So sind neben staatlichen oder wissenschaftlichen Instituten auch Privatpersonen daran interessiert, die aktuelle Partikelbelastung an ihrem momentanen Aufenthaltsort zu erfahren. Es besteht somit Bedarf an tragbaren, miniaturisierten Sensoren zur Erfassung der Partikelbelastung.
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Ein beispielhafter optischer Partikelsensor ist aus der
WO 2017/198699 A1 bekannt. Der Partikelsensor umfasst ein Lasersensormodul mit mindestens zwei Lasern zum Aussenden entsprechender optischer Mess-Laserstrahlen, welche an Partikeln in der Umgebung des Partikelsensors reflektiert werden. Die reflektierten Mess-Laserstrahlen werden mittels eines gemeinsamen Detektors erfasst und entsprechende Messsignale werden von dem Detektor ausgegeben. Das Detektionsprinzip basiert auf einem Self-Mixing-Interferenzverfahren (SMI-Verfahren), worunter zu verstehen ist, dass die reflektierten Messstrahlen mit den ausgesendeten Mess-Laserstrahlen interferieren. Die Interferenz führt zu Änderungen in den optischen und elektrischen Eigenschaften des Lasers, welche detektiert werden können und woraus Rückschlüsse auf die Eigenschaften der Partikel in der Umgebung des Partikelsensors gezogen werden können.
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Die hier in Rede stehende Quantifizierung der Partikelbelastung beruht somit auf einer Erfassung der Anzahl von Staubpartikeln innerhalb eines Volumens. Unter Zugrundelegung der PM-Kategorisierung und bekannter Modelle für die Größen- und Masseverteilung von Staubpartikeln kann damit ein sehr guter Schätzwert für die Partikelbelastung in der Einheit „Staubpartikelmasse pro Volumen“ ermittelt werden.
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Diese Angabe „Staubpartikelmasse pro Volumen“ gibt die Schädlichkeit von Schwebstaub jedoch nur sehr unzureichend wider, da die Gefährlichkeit der Staubteilchen nicht nur durch deren Größe und Gewicht bestimmt wird. Diese Eigenschaften lassen lediglich Aussagen über eine mögliche Eindringtiefe in den Körper zu. Die Toxizität der Staubteilchen wird außerdem wesentlich durch ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften bestimmt, nämlich durch ihre Oberflächenbeschaffenheit und/oder chemische Zusammensetzung. Als der Anmelderin intern bekannter Stand der Technik werden deshalb bei einer Ermittlung einer Partikelbelastung in einer aktuellen Messumgebung auch Charakterisierungsinformationen, welche die mindestens eine Partikelquelle in der jeweiligen Messumgebung beschreiben, mitberücksichtigt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung schafft ein System zum Bestimmen einer Partikelbelastung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Bestimmen einer Partikelbelastung in einer Messumgebung mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstände der jeweiligen Unteransprüche.
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Vorteile der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft Möglichkeiten zum genaueren und verlässlicheren Bestimmen einer Partikelbelastung in einer Vielzahl verschiedener Messumgebungen. Durch die mittels der vorliegenden Erfindung geschaffenen Möglichkeiten zum Schätzen der (individuellen) Charakterisierungsinformationen für die mindestens eine Partikelquelle in der jeweiligen Messumgebung können mehr und genauere Charakterisierungsinformationen zum Bestimmen der Partikelbelastung in der jeweiligen Messumgebung ausgewertet werden. Mit einer relativ hohen Wahrscheinlichkeit kann ein fälschliches Schätzen der Charakterisierungsinformationen bei einer Nutzung der vorliegenden Erfindung ausgeschlossen werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit ein verlässlicheres Bestimmen der Partikelbelastung in der jeweiligen Messumgebung, und trägt damit auch dazu bei, dass eine in der jeweiligen Messumgebung anwesende Person sich aufgrund der genaueren Kenntnis der Partikelbelastung in ihrer Verhaltensweise besser anpasst.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des Systems zum Bestimmen einer Partikelbelastung ist gekennzeichnet durch mindestens einen Sensor, welcher zumindest einen Teil der kontextbezogenen Daten erfasst. Die kontextbezogenen Daten, auf deren Basis die Charakterisierungsinformationen für die mindestens eine Partikelquelle in der Messumgebung geschätzt werden, können somit zumindest teilweise mittels des mindestens einen Sensors mit einer hohen Messgenauigkeit und einer relativ geringen Fehlerrate gemessen werden. Der mindestens eine Sensor kann insbesondere ein Inertialsensor, ein Drucksensor, ein Temperatursensor, ein Feuchtesensor, ein Gassensor, ein Windsensor, ein Lichtsensor, eine Kamera und/oder ein Mikrofon sein. Somit sind vergleichsweise kostengünstige Sensortypen als der mindestens eine Sensor für das System zum Bestimmen einer Partikelbelastung einsetzbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das System zum Bestimmen einer Partikelbelastung mindestens einen Zeitinformationsgeber auf, welcher eine Uhrzeit, Wochentagsinformationen und/oder Datumsinformationen als zumindest einen Teil der kontextbezogenen Daten der Partikelquellen-Schätzeinrichtung zur Verfügung stellt. Auch mittels derartiger Zeitangaben, können die Charakterisierungsinformationen für die mindestens eine Partikelquelle in der Messumgebung häufig genauer und verlässlicher geschätzt werden.
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Ebenso kann das System zum Bestimmen einer Partikelbelastung auch mindestens eine Schnittstelle für extern bereitgestellte kontextbezogene Daten aufweisen. In diesem Fall kann die Partikelquellen-Schätzeinrichtung bei der Schätzung der Charakterisierungsinformationen für die mindestens eine Partikelquelle in der Messumgebung auch die extern bereitgestellten kontextbezogenen Daten mitberücksichtigen. Die mittels der Partikelquellen-Schätzeinrichtung auswertbaren kontextbezogenen Daten sind somit nicht auf von Komponenten des Systems zum Bestimmen einer Partikelbelastung ermittelte kontextbezogene Daten beschränkt. Die mindestens eine Schnittstelle kann insbesondere eine Schnittstelle zu einem Ortungssystem und/oder einem Navigationssystem zum Abrufen von Positionsdaten als zumindest einem Teil der extern bereitgestellten kontextbezogenen Daten und/oder eine Schnittstelle zu einem Datenanbieter, insbesondere zum Abrufen von lokalen Wetterdaten, von Informationen über lokale seismische und/oder vulkanische Tätigkeiten, von lokalen Verkehrsinformationen und/oder weiteren lokal aktiven Partikelquellen als zumindest ein Teil der extern bereitgestellten kontextbezogenen Daten sein. Damit sind eine Vielzahl von zur Schätzung der Charakterisierungsinformationen für die mindestens eine Partikelquelle geeignete kontextbezogene Daten mittels der mindestens einen Schnittstelle abfragbar.
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In einer ebenfalls sehr vorteilhaften Ausführungsform ist das System zum Bestimmen einer Partikelbelastung gekennzeichnet durch mindestens eine Benutzerschnittstelle zur benutzerinitiierten Eingabe zumindest eines Teils der kontextbezogenen Daten. Somit kann auch ein Benutzer des Systems zum Bestimmen einer Partikelbelastung mittels seiner Eingabe zumindest einen Teil der kontextbezogenen Daten bereitstellen. Beispielsweise kann dabei der Benutzer mittels seiner Eingabe zumindest einen Teil der kontextbezogenen Daten aus einer Vielzahl von vorgeschlagenen Beispieldaten auswählen und/oder durch eine entsprechende Beschreibung der Partikelquellen-Schätzeinrichtung nennen.
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Zusätzlich kann das System zum Bestimmen einer Partikelbelastung auch mindestens ein Speichermedium für die Charakterisierungsinformationen von mindestens zwei unterschiedlichen bekannten Partikelquellen umfassen, wobei die Partikelquellen-Schätzeinrichtung Zugriff auf das mindestens eine Speichermedium hat und dazu ausgelegt ist, auf der Basis der zur Verfügung stehenden kontextbezogenen Daten mindestens eine der bekannten Partikelquellen auszuwählen und der Auswerteeinrichtung die mindestens eine ausgewählte Partikelquelle beschreibende Charakterisierungsinformationen für die Ermittlung des Ausgabewerts für die Partikelbelastung zur Verfügung zu stellen. Es wird hier jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Partikelquellen-Schätzeinrichtung ergänzend oder alternativ zu der hier beschriebenen Ausführungsform auch dazu ausgelegt sein kann, mindestens eine unbekannte Partikelquelle in der jeweiligen Messumgebung zu schätzen.
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Beispielsweise können die Charakterisierungsinformationen Informationen umfassen über eine Größenverteilung der Partikel, über eine Masseverteilung der Partikel, über eine Verteilung einer spezifischen Materialdichte der Partikel, über eine stoffliche Zusammensetzung der Partikel, über mindestens eine Oberflächenbeschaffenheit der Partikel und/oder über mindestens eine optische Eigenschaft der Partikel. Die hier beschriebenen Informationen erlauben ein verlässlicheres und genaueres Erkennen einer Toxizität/eines Gefahrenpotentials der jeweiligen Partikel. Ihre Mitberücksichtigung bei der Bestimmung der Partikelbelastung in der jeweiligen Messumgebung trägt somit zur genaueren und verlässlicheren Festlegung des Ausgabewerts für die Partikelbelastung bei.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Systems zum Bestimmen einer Partikelbelastung ist die Detektoreinrichtung eine optische Partikelsensorvorrichtung. In diesem Fall umfasst die Detektoreinrichtung eine Emittiereinrichtung zum Aussenden mindestens eines Mess-Laserstrahls in die Messumgebung und eine Detektionseinrichtung zum Detektieren eines an Partikeln in der Messumgebung gestreuten Lichts des mindestens einen Mess-Laserstrahls. Eine derartige Detektoreinrichtung eignet sich gut zur Bereitstellung von Detektionssignalen, anhand von welchen sich der mindestens eine Schätzwert für die Anzahl der Partikel pro Volumen in der Messumgebung verlässlich festlegen lässt.
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Außerdem kann die Detektoreinrichtung in einem mobilen Gerät verbaut sein, welches mit mindestens einem Prozessor ausgestattet ist, wobei die Funktionen der Auswerteeinrichtung und/oder der Partikelquellen-Schätzeinrichtung zumindest teilweise von dem mindestens einen Prozessor des mobilen Geräts ausgeführt werden. Ein Benutzer dieser Ausführungsform des Systems zum Bestimmen einer Partikelbelastung kann somit die Detektoreinrichtung problemlos mit sich führen und sie deshalb immer in seiner aktuellen Umgebung zum Bestimmen der jeweils vorliegenden Partikelbelastung einsetzen.
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Als Weiterbildung kann das mobile Gerät auch den mindestens einen Sensor zum Erfassen zumindest eines Teils der kontextbezogenen Daten, den mindestens einen Zeitinformationsgeber, die mindestens eine Schnittstelle für die extern bereitgestellten kontextbezogenen Daten und/oder die mindestens eine Benutzerschnittstelle zur benutzerinitiierten Eingabe zumindest eines Teils der kontextbezogenen Daten umfassen. Damit hat die Partikelquellen-Schätzeinrichtung Zugriff auf die so erfassten und zur Verfügung stehenden kontextbezogenen Daten. Diese kontextbezogenen Daten können somit immer bei der Bestimmung der Partikelbelastung in der aktuellen Umgebung des mobilen Geräts mitberücksichtigt werden.
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Außerdem kann das mobile Gerät das mindestens eine Speichermedium für Charakterisierungsinformationen von mindestens zwei unterschiedlichen bekannten Partikelquellen umfassen und/oder Zugriff auf mindestens ein externes Speichermedium, auf welchem Charakterisierungsinformationen von mindestens zwei unterschiedlichen bekannten Partikelquellen abgespeichert sind, haben. Die Integration des Systems zum Bestimmen einer Partikelbelastung in das mobile Gerät steht somit einer Nutzung von abgespeicherten Charakterisierungsinformationen nicht entgegen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens zum Bestimmen einer Partikelbelastung wird zumindest ein Teil der kontextbezogenen Daten ausgewertet, um individuelle Charakterisierungsinformationen über die mindestens eine Partikelquelle in der aktuellen Messumgebung zu schätzen. Ein derartiger Verfahrensschritt lässt sich leicht und vergleichsweise schnell ausführen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens zum Bestimmen einer Partikelbelastung werden für ein Set von mindestens zwei unterschiedlichen bekannten Partikelquellen Charakterisierungsinformationen zur Verfügung gestellt, zumindest ein Teil der kontextbezogenen Daten ausgewertet, um Kenngrößen zu ermitteln, welche die aktuelle Messsituation beschreiben, auf Basis der ermittelten Kenngrößen mindestens eine Partikelquelle aus dem Set von mindestens zwei unterschiedlichen bekannten Partikelquellen als wahrscheinlichste Partikelquelle für die aktuelle Messsituation identifiziert, und der Ermittlung des Ausgabewerts für die Partikelbelastung die Charakterisierungsinformationen der mindestens einen wahrscheinlichsten Partikelquelle zugrunde gelegt. Auch diese Ausführungsform des Verfahrens zum Bestimmen einer Partikelbelastung in der jeweiligen Messumgebung erlaubt ein genaues und verlässliches Festlegen des Ausgabewerts für die Partikelbelastung.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Systems zum Bestimmen einer Partikelbelastung; und
- 2 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Bestimmen einer Partikelbelastung in einer Messumgebung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Systems zum Bestimmen einer Partikelbelastung.
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Das in 1 schematisch dargestellte System zum Bestimmen einer Partikelbelastung weist eine Detektoreinrichtung 10 zum Detektieren einzelner Partikel in einer Messumgebung der Detektoreinrichtung 10 auf. Die Detektoreinrichtung 10 kann somit auch als ein Partikelsensor bezeichnet werden. Insbesondere kann die Detektoreinrichtung 10 eine optische Partikelsensorvorrichtung sein. Bevorzugter Weise umfasst die Detektoreinrichtung 10 in diesem Fall eine (nicht skizzierte) Emittiereinrichtung zum Aussenden mindestens eines Mess-Laserstrahls in die Messumgebung und eine (nicht dargestellte) Detektoreinrichtung zum Detektieren eines an Partikeln in der Messumgebung gestreuten Lichts des mindestens einen Mess-Laserstrahls. Es wird jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass eine Ausbildbarkeit der Detektoreinrichtung 10 nicht auf einen bestimmten Detektortyp beschränkt ist.
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Das System zum Bestimmen einer Partikelbelastung hat auch eine Auswerteeinrichtung 12 für von der Detektoreinrichtung 10 ausgegebene Detektionssignale 14. Die Auswerteeinrichtung 12 ist dazu ausgelegt, mindestens einen Schätzwert für die Anzahl der Partikel pro Volumen in der Messumgebung zu ermitteln. Der mindestens eine Schätzwert kann insbesondere in der Einheit „Staubpartikelmasse pro Volumen“ festgelegt werden.
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Ebenso ist die Auswerteeinrichtung 12 dazu ausgelegt, einen Ausgabewert x für die Partikelbelastung in der Messumgebung zu ermitteln (und auszugeben), wobei der Ausgabewert x für die Partikelbelastung auf dem mindestens einen Schätzwert für die Anzahl der Partikel pro Volumen und auf Charakterisierungsinformationen 16, die mindestens eine Partikelquelle in der Messumgebung beschreiben, beruht. Unter den die mindestens eine Partikelquelle in der Messumgebung beschreibenden Charakterisierungsinformationen 16 können insbesondere auch Informationen bezüglich der von der mindestens einen in der Messumgebung vorliegenden Partikelquelle emittierten Partikel verstanden werden. Die Charakterisierungsinformationen 16 können beispielsweise Informationen über eine Größenverteilung der (von der mindestens einen in der Messumgebung vorliegenden Partikelquelle emittierten) Partikel, über eine Masseverteilung der Partikel, über eine Verteilung einer spezifischen Materialdichte der Partikel, über eine stoffliche Zusammensetzung der Partikel, über mindestens eine Oberflächenbeschaffenheit der Partikel und/oder über mindestens eine optische Eigenschaft der Partikel sein. Derartige Informationen eignen sich nicht nur zum Erkennen einer möglichen Eindringtiefe der jeweiligen Partikel in den menschlichen Körper, sondern auch zum Erkennen einer Toxizität/eines Gefahrenpotentials der jeweiligen Partikel. Das Mitberücksichtigen der Charakterisierungsinformationen 16 ermöglicht damit eine Optimierung der Festlegung des Ausgabewerts x für die Partikelbelastung bezüglich eines tatsächlich aufgrund der jeweiligen Partikel für eine Person in der Messumgebung vorherrschenden individuellen Gesundheitsrisikos.
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Als Auswerteeinrichtung 12 kann auf einem Prozessor mindestens ein Algorithmus zur Schätzung des mindestens einen Schätzwerts für die Anzahl der Partikel pro Volumen in der Messumgebung unter Berücksichtigung der Detektionssignale 14 der Detektoreinrichtung 10 und zur Festlegung des Ausgabewerts x für die Partikelbelastung in der Messumgebung unter Berücksichtigung des mindestens einen Schätzwerts und der Charakterisierungsinformationen 16 ausgebildet sein. Die Auswerteeinrichtung 12 ist somit kostengünstig und mit einem relativ geringen Bauraumbedarf herstellbar.
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Zusätzlich weist das System zum Bestimmen einer Partikelbelastung auch eine Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18 auf, welche Zugriff auf kontextbezogene Daten 20 hat. Die Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18 ist dazu ausgelegt, auf Basis der kontextbezogenen Daten 20 die Charakterisierungsinformationen 16 für die mindestens eine Partikelquelle in der Messumgebung, bzw. bezüglich der von der mindestens einen in der Messumgebung vorliegenden Partikelquelle emittierten Partikel zu schätzen. Durch die mittels der Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18 gegenüber dem Stand der Technik zusätzlich geschaffene Möglichkeit zum Schätzen von Charakterisierungsinformationen 16 für die mindestens eine Partikelquelle in der Messumgebung auf Basis der kontextbezogenen Daten 20 können der Auswerteeinrichtung 12, wie nachfolgend im Detail erläutert wird, mehr Charakterisierungsinformationen 16 und/oder genauere Charakterisierungsinformationen 16 für die Festlegung des Ausgabewerts x zur Verfügung gestellt werden. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber der herkömmlicherweise nur möglichen Mitberücksichtigung von fest vorgegebenen Charakterisierungsinformationen.
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Beispielsweise kann das System zum Bestimmen einer Partikelbelastung aufgrund seiner Ausstattung mit der Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18 auch in einer Messumgebung, zu welcher die mindestens eine darin vorliegende Partikelquelle nicht vorab bekannt ist, vorteilhaft eingesetzt werden, da Charakterisierungsinformation 16 für die mindestens eine Partikelquelle in der jeweiligen Messumgebung auf Basis der kontextbezogenen Daten 20 geschätzt werden können. Selbst wenn dem System zum Bestimmen einer Partikelbelastung primär keine Information zu der mindestens einen Partikelquelle in der jeweiligen Messumgebung vorliegt, können mittels der Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18 auch für eine derartige „unbekannte“ Messumgebung die Charakterisierungsinformationen 16 für die mindestens eine Partikelquelle in der jeweiligen Messumgebung auf Basis der kontextbezogenen Daten 20 schnell und verlässlich geschätzt werden. Wie nachfolgend genauer erläutert wird, kann das System zum Bestimmen der Partikelbelastung außerdem auch auf zeit- und/oder situationsbedingte Abweichungen in der jeweiligen Messumgebung mit einer entsprechenden Anpassung der der Auswerteeinrichtung 12 zur Verfügung gestellten Charakterisierungsinformationen 16 reagieren. Unter situationsbedingten Abweichungen in der jeweiligen Messumgebung, auf welche die Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18 mit einer entsprechenden Anpassung der Charakterisierungsinformationen 16 reagieren kann, können insbesondere wetter- und/oder verkehrsaufkommenbedingte Abweichungen verstanden werden. Mittels der entsprechenden Anpassung der Charakterisierungsinformationen 16 kann dann auch der Ausgabewert x für die Partikelbelastung bezüglich derartiger Abweichungen genauer festgelegt werden. Das System zum Bestimmen einer Partikelbelastung kann deshalb in einer Vielzahl von bezüglich ihrer lokalen Partikelbelastung variierenden Messumgebungen immer verlässlich eingesetzt werden.
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Wie in 1 schematisch dargestellt ist, kann die Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18 insbesondere die mindestens eine Partikelquelle in der Messumgebung auf Basis der kontextbezogenen Daten 20 schätzen und ein entsprechendes Ausgabesignal 22 bezüglich der mindestens einen geschätzten Partikelquelle in der Messumgebung an ein Speichermedium 24 ausgeben, auf welchem für eine Vielzahl von Partikelquellen deren spezifische Charakterisierungsinformationen 16 abgespeichert sind. Das Speichermedium 24 gibt dann als Reaktion auf das von der Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18 ausgegebene Ausgabesignal 22 die passenden Charakterisierungsinformationen 16 aus. Auf diese Weise stellt die Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18 die Charakterisierungsinformationen 16 der Auswerteeinrichtung 12 für die Ermittlung des Ausgabewerts x für die Partikelbelastung zur Verfügung. Es wird jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die in 1 schematisch wiedergegebene Ausstattung des Systems zum Bestimmen einer Partikelbelastung mit dem Speichermedium 24 nur beispielhaft zu interpretieren ist. Wie anhand der nachfolgenden Beschreibung deutlich wird, kann die Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18 auch dazu ausgelegt sein, auf Basis der kontextbezogenen Daten 20 Charakterisierungsinformationen 16 bezüglich mindestens einer Partikelquelle, zu welcher der Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18 vorab keine Information vorliegt, zu schätzen.
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In der Ausführungsform der 1 weist das System zum Bestimmen einer Partikelbelastung auch mindestens einen Sensor 26, welcher zumindest einen Teil der kontextbezogenen Daten 20 erfasst, auf. Die Ausbildung des Systems mit dem mindestens einen Sensor 26 hat den Vorteil, dass mittels des mindestens einen Sensors 26 kontextbezogene Daten 20 für jede Messumgebung ermittelt werden können. Außerdem können die mittels des mindestens einen Sensors 26 erfassbaren kontextbezogenen Daten 20 für die jeweilige Messumgebung immer neu gemessen werden. Das System zum Bestimmen einer Partikelbelastung kann somit mittels des mindestens einen Sensors 26 auch auf Veränderungen an der jeweiligen Messumgebung, welche sich auf seine mindestens eine Partikelquelle auswirken, mit einer neuen Schätzung der an die Auswerteeinrichtung 12 ausgegebenen Charakterisierungsinformationen 16 reagieren.
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Der mindestens eine Sensor 26 kann beispielsweise ein Inertialsensor (Bewegungssensor) sein. Mittels des Inertialsensors kann in diesem Fall ermittelt werden, ob der Inertialsensor unbewegt vorliegt oder mit einer bestimmten Geschwindigkeit, bzw. mit einer bestimmten Beschleunigung, bewegt wird. Die mittels des Inertialsensors ermittelbaren Bewegungsdaten erlauben Rückschlüsse auf eine Art der Bewegung des Inertialsensors, wie beispielsweise eine Bewegung des Inertialsensors mit Gehgeschwindigkeit, Laufgeschwindigkeit, Radfahrgeschwindigkeit, Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Zuggeschwindigkeit. Entsprechend kann anhand der erkannten Art der Bewegung des Inertialsensors auf die aktuelle Messumgebung rückgeschlossen werden. Dies erlaubt ein verlässliches Schätzen der mindestens einen in der aktuellen Messumgebung vorliegenden Partikelquelle durch die Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18.
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Ebenso kann der mindestens eine Sensor 26 auch ein Drucksensor sein. Anhand der von dem Drucksensor gemessenen Druckwerte kann auf eine Höhenlage der aktuellen Messumgebung rückgeschlossen werden. Auch eine derartige „Geolokalisation“ erlaubt ein verlässliches Schätzen der Charakterisierungsinformationen 16 für die mindestens eine Partikelquelle in der aktuellen Messumgebung mittels der Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18.
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Alternativ oder ergänzend kann der mindestens eine Sensor 26 auch ein Temperatursensor sein. Anhand von mittels des Temperatursensors ausgegebenen Temperaturwerten, bzw. deren Schwankungen, kann auf ein lokales Klima, eine aktuelle Tageszeit (wie z.B. Morgen, Mittag, Abend oder Nacht), eine aktuelle Jahreszeit (z.B. Sommerzeit oder Winterzeit, Regenzeit oder Trockenzeit) und/oder ein eventuelles Vorliegen einer Wärmequelle in der Messumgebung, beispielsweise eines Feuers, eines angeschalteten Herds und/oder eines betriebenen Verbrennungsmotors, rückgeschlossen werden. Derartige Klima-, Zeit- und/oder Umgebungsinformationen lassen sich mittels der Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18 gut zur Festlegung der an die Auswerteeinrichtung 12 auszugebenden Charakterisierungsinformationen 16 auswerten.
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Entsprechend kann der mindestens eine Sensor 26 auch ein Feuchtesensor (z.B. ein Luftfeuchtigkeitssensor) sein. Auch die von einem Feuchtesensor ausgegebenen Messwerte erlauben Rückschlüsse auf ein in der aktuellen Messumgebung vorherrschendes Klima/Wetter. Ebenso lassen sich bestimmte Umgebungen anhand der darin meistens vorliegenden Luftfeuchtigkeit erkennen. Während beispielsweise in einem Schwimmbad meistens eine relativ hohe Luftfeuchtigkeit vorliegt, ist die Luft in Büroräumen in der Regel vergleichsweise trocken.
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Sofern der mindestens eine Sensor 26 ein Gassensor ist, können auch chemische Eigenschaften der in der aktuellen Messumgebung vorliegenden Luft als kontextbezogene Daten 20 detektiert und mittels der Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18 ausgewertet werden. Mittels eines Windsensors sind auch Rückschlüsse auf das in der aktuellen Messumgebung vorherrschende Klima/Wetter möglich. Eine mittels des Windsensors bestimmte Windrichtung eines in der aktuellen Messumgebung vorherrschenden Windes kann außerdem vorteilhaft mit Informationen bezüglich einer Verteilung von Partikelquellen ausgewertet werden, um zu bestimmen, mit welcher Wahrscheinlichkeit Partikel von einer bestimmten Partikelquelle in die Messumgebung geweht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das System zum Bestimmen einer Partikelbelastung auch einen Lichtsensor als seinen mindestens einen Sensor 26 auf. Unter dem Lichtsensor können sowohl ein Helligkeitssensor als auch ein Spektrometer verstanden werden. Von dem Helligkeitssensor bestimmte Helligkeitswerte erlauben Rückschlüsse auf eine Tageszeit und/oder ein in der aktuellen Messumgebung vorherrschendes Wetter (z.B. Sonne oder Regen). Ein mittels des Spektrometers gemessenes Lichtspektrum ermöglicht eine Unterscheidung zwischen offenen Umgebungen mit einer vergleichsweise hohen Intensität an niederwelliger Strahlung tagsüber und geschlossenen Umgebungen (z.B. im Inneren eines Gehäuses oder eines Fahrzeugs), in welchen niederwellige Strahlung in der Regel auch tagsüber mittels mindestens eines Glasfensters „herausgefiltert“ ist.
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Als vorteilhafte Ausführungsform kann der mindestens eine Sensor 26 auch eine Kamera sein. Von der Kamera gelieferte Bilddaten ermöglichen oft eine bildliche Detektion mindestens einer Partikelquelle, wie beispielsweise einer brennenden Zigarette, eines angeschalteten Herds, eines (dampfenden) Kochgefäßes, eines Feuers, eines Grills, eines aktiven Verbrennungsmotors, eines Fahrzeugs und/oder eines Schornsteins. Insbesondere kann eine Menge der von der jeweiligen Partikelquelle freigesetzten Partikel mittels einer Bildauswertung der von der Kamera gelieferten Bilddaten häufig abgeschätzt werden. Die von der Kamera als kontextbezogene Daten 20 gelieferten Bilddaten erlauben somit eine verlässliche Schätzung der Charakterisierungsinformationen 16 mittels der Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18.
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Des Weiteren kann der mindestens eine Sensor 26 auch ein Mikrofon sein. Viele Partikelquellen, wie beispielsweise ein fahrendes Fahrzeug, ein betriebener Verbrennungsmotor, eine betriebene Industrieanlage, ein angeschalteter Staubsauger und/oder ein brennendes Feuer, erzeugen typische Geräusche, welche anhand einer Auswertung der von dem Mikrofon aufgenommenen Tondaten erkennbar sind. Ebenso lässt sich eine Vielzahl von verschiedenen Umgebungen anhand der darin typischerweise auftretenden Geräusche erkennen. Beispielsweise können ein Inneres eines Wohnzimmers anhand von Fernsehgeräuschen, ein Wald oder ein Park anhand von Vogelgezwitscher, ein Inneres einer Küche anhand von Geschirrklappern und/oder Kochgeräuschen, Fahrbahnen anhand von Fahrzeuggeräuschen und öffentliche Plätze anhand von einer Vielzahl von Stampfgeräuschen und/oder Stimmen als aktuelle Messumgebung verlässlich erkannt werden. Auch eine derartige Information kann die Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18 zur Schätzung der Charakterisierungsinformationen 16 für die mindestens eine Partikelquelle in der Messumgebung auswerten.
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Zusammenfassend lässt sich damit festhalten, dass der mindestens eine Sensor 26 des Systems zum Bestimmen einer Partikelbelastung oftmals eine Schätzung/Identifizierung einer Zeit, eines Wetters/Klimas, eine „Geolokalisation“ der aktuellen Messumgebung, physikalische Eigenschaften der aktuellen Messumgebung, chemische Eigenschaften der aktuellen Messumgebung, mindestens einer in der aktuellen Messumgebung ausgeführten Handlung, der mindestens einen in der aktuellen Messumgebung vorliegenden Partikelquelle und/oder einer Art der aktuellen Messumgebung (z.B. städtische Umgebung oder ländliche Umgebung, natürliche Umgebung oder industrielle Umgebung, Küste oder Landesinnere) ermöglicht. All dies ermöglicht Rückschlüsse auf die Charakterisierungsinformationen 16 für die mindestens eine Partikelquelle in der Messumgebung.
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Als Alternative oder als Ergänzung zu dem mindestens einen Sensor 26 kann das System zum Bestimmen einer Partikelbelastung auch mindestens einen Zeitinformationsgeber 28, welcher eine Uhrzeit, Wochentaginformationen und/oder Datumsinformationen als zumindest einen Teil der kontextbezogenen Daten 20 der Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18 zur Verfügung stellt, umfassen. Anstelle einer Ableitung der Uhrzeit, der Wochentaginformation (wie z.B. Werktag oder Wochenende) und/oder der Datumsinformation (z.B. Frühling, Sommer, Herbst oder Winter) aus den von dem mindestens einen Sensor 26 gemessenen Messwerten können diese Informationen auch mittels des mindestens einen Zeitinformationsgebers 28 an die Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18 direkt bereitgestellt werden. Die von dem mindestens einen Zeitinformationsgeber 28 gelieferten Zeitdaten können dann beispielsweise mit den von dem mindestens einen Sensor 26 gemessenen Messwerten ausgewertet werden.
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Vorteilhafterweise kann das System zum Bestimmen einer Partikelbelastung auch mindestens eine Schnittstelle 30 für extern bereitgestellte kontextbezogene Daten aufweisen. Die mindestens eine Schnittstelle 30 kann beispielsweise eine Schnittstelle zu einem Ortungssystem und/oder einem Navigationssystem zum Abrufen von Positionsdaten als zumindest einem Teil der extern bereitgestellten kontextbezogenen Daten sein. Beispiele für ein zum Bereitstellen zumindest eines Teils der extern bereitgestellten kontextbezogenen Daten geeignetes Ortungssystem und/oder Navigationssystem sind ein GPS-System (Global Positioning System), ein Satellitennavigationssystem, z.B. das GLONASS-System (globales Navigationssatellitensystem des Verteidigungsministeriums der Russischen Föderation), das Galileo-System oder ein BeiDou-System (chinesisches Satellitennavigationssystem, wie z.B. BeiDou-2), ein Handymastortungssystem (Cell Tower ID), ein Triangulations-Ortungssystem und/oder ein Wireless-Access-Point-System. Ebenso kann die mindestens eine Schnittstelle 30 auch eine Schnittstelle zu einem Datenanbieter (d.h. einem Anbieter von extern bereitgestellten kontextbezogenen Daten) sein. Ein derartiger Datenanbieter kann insbesondere zum Abrufen von lokalen Wetterdaten, von Informationen über lokale seismische und/oder vulkanische Tätigkeiten, von lokalen Verkehrsinformationen und/oder von weiteren lokal aktiven Partikelquellen als zumindest einem Teil der extern bereitgestellten kontextbezogenen Daten genutzt werden. Somit können eine Vielzahl von kontextbezogenen Daten 20 auch extern abgefragt und anschließend von der Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18 zur Schätzung der Charakterisierungsinformationen 16 für die mindestens eine Partikelquelle in der aktuellen Messumgebung ausgewertet werden.
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Mittels des mindestens einen Sensors 26, mittels des mindestens einen Zeitinformationsgebers 28 und/oder mittels der mindestens einen Schnittstelle 30 können somit eine Vielzahl von kontextbezogenen Daten 20 erfasst und/oder abgefragt werden, welche sich gut zur Schätzung der Charakterisierungsinformationen 16 eignen. Als Alternative oder als Ergänzung zu den Komponenten 26 bis 30 kann das System zum Bestimmen einer Partikelbelastung auch mindestens eine Benutzerschnittstelle 32 zur benutzerinitiierten Eingabe zumindest eines Teils der kontextbezogenen Daten aufweisen. Ein Benutzer des Systems zum Bestimmen einer Partikelbelastung kann somit auch selbst, beispielsweise mittels einer Auswahl aus einer Tabelle und/oder einer eingegebenen Beschreibung, zumindest einen Teil der kontextbezogenen Daten 20 an die Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18 bereitstellen.
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Wie in 1 bildlich wiedergegeben ist, ist eine Anordnung der Komponenten 26 bis 32 direkt an der Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18 nicht notwendig. Stattdessen können die Komponenten 26 bis 32 auch an mindestens einem beabstandet zu der Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18 vorliegenden Gerät angeordnet sein. In diesem Fall kann zumindest ein Teil der kontextbezogenen Daten 20 über eine drahtlose Verbindung an die Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18 bereitgestellt werden.
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Vorzugsweise ist die Detektoreinrichtung 10 des Systems zum Bestimmen einer Partikelbelastung in ein mobiles Gerät verbaut. Unter dem mobilen Gerät kann beispielsweise ein Smartphone, ein Handy, ein Tablet oder ein iPad verstanden werden. Vorteilhafterweise ist das mobile Gerät mit mindestens einem Prozessor ausgestattet, sodass die Funktionen der Auswerteeinrichtung 10 und/oder der Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18 zumindest teilweise von dem mindestens einen Prozessor des mobilen Geräts ausgeführt werden können. Auch der mindestens eine Sensor 26 zum Erfassen zumindest eines Teils der kontextbezogenen Daten 20, der mindestens eine Zeitinformationsgeber 28, die mindestens eine Schnittstelle 30 für die extern bereitgestellten kontextbezogenen Daten 20 und/oder die mindestens eine Benutzerschnittstelle 32 zur benutzerinitiierten Eingabe zumindest eines Teils der kontextbezogenen Daten 20 können an und/oder in dem mobilen Gerät verbaut sein. Dies gewährleistet, dass die Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18, bzw. der mindestens eine die Funktionen der Partikelquellen-Schätzeinrichtung 18 ausführende Prozessor, Zugriff auf die so erfassten und zur Verfügung stehenden kontextbezogenen Daten 20 hat. Außerdem weist ein mobiles Gerät häufig bereits mindestens eine der Komponenten 26 bis 32 auf. Wie oben bereits erläutert ist, kann auf eine Integration der Komponenten 26 bis 32 in das mobile Gerät jedoch häufig auch verzichtet werden.
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Das mobile Gerät kann auch das oben beschriebene Speichermedium 24 aufweisen. Ebenso kann das mobile Gerät jedoch auch Zugriff auf mindestens ein externes Speichermedium, auf welchem Charakterisierungsinformationen von mindestens zwei unterschiedlichen bekannten Partikelquellen abgespeichert sind, haben. Eine Integration des Speichermediums 24 in das mobile Gerät ist somit optional.
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2 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Bestimmen einer Partikelbelastung in einer Messumgebung.
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Bei einem Ausführen des Verfahrens zum Bestimmen einer Partikelbelastung in einer Messumgebung werden in einem Verfahrensschritt S1 einzelne Partikel in der Messumgebung detektiert. Die Detektion der Partikel in der Messumgebung kann beispielsweise optisch erfolgen. Insbesondere kann die Messumgebung mittels mindestens eines Mess-Laserstrahls durchleuchtet werden, wobei gleichzeitig ein an Partikeln in der Messumgebung gestreutes Licht des mindestens einen Mess-Laserstrahls detektiert wird. Eine Ausführbarkeit des Verfahrensschritts S1 setzt jedoch keine bestimmte Messmethode voraus.
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In einem Verfahrensschritt S2 wird dann mindestens ein Schätzwert für die Anzahl der Partikel pro Volumen in der Messumgebung ermittelt, wozu mindestens ein durch den Verfahrensschritt S1 gewonnener Messwert ausgewertet wird. Auf Basis des mindestens einen Schätzwerts für die Anzahl der Partikel pro Volumen wird anschließend als Verfahrensschritt S3 ein Ausgabewert für die Partikelbelastung in der Messumgebung ermittelt. Das Ermitteln des Ausgabewerts für die Partikelbelastung in der Messumgebung erfolgt auch auf Basis von Charakterisierungsinformationen, die mindestens eine Partikelquelle in der Messumgebung beschreiben. Beispiele für die Charakterisierungsinformationen sind oben schon aufgezählt.
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Vor dem Verfahrensschritt S3 wird noch ein Verfahrensschritt S4 ausgeführt, in welchem kontextbezogene Daten zur Verfügung gestellt werden und die Charakterisierungsinformationen auf Basis der zur Verfügung stehenden kontextbezogenen Daten geschätzt werden. Der Verfahrensschritt S4 umgeht somit die herkömmliche Beschränkung der in dem Verfahrensschritt S3 auswertbaren Charakterisierungsinformationen auf fest vorgegebene Informationen und ermöglicht stattdessen eine flexible Anpassung der auszuwertenden Charakterisierungsinformationen an die kontextbezogenen Daten.
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Beispielsweise wird zumindest ein Teil der kontextbezogenen Daten ausgewertet, um individuelle Charakterisierungsinformationen über die mindestens eine Partikelquelle in der aktuellen Messumgebung zu schätzen. In einer möglichen Ausführungsform des Verfahrensschritts S4 kann zumindest ein Teil der kontextbezogenen Daten ausgewertet werden, um Kenngrößen zu ermitteln, welche die aktuelle Messsituation (des Verfahrensschritts S1) beschreiben. Danach kann, unter Verwendung von für ein Set von mindestens zwei unterschiedlichen bekannten Partikelquellen zur Verfügung gestellten Charakterisierungsinformationen auf Basis der ermittelten Kenngrößen mindestens eine Partikelquelle aus dem Set (von mindestens zwei unterschiedlichen bekannten Partikelquellen) als wahrscheinlichste Partikelquelle für die aktuelle Messsituation identifiziert werden. Dies ermöglicht die Ermittlung des Ausgabewerts für die Partikelbelastung unter Mitberücksichtigung der Charakterisierungsinformationen der mindestens einen wahrscheinlichsten Partikelquelle.
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Auch das hier beschriebene Verfahren zum Bestimmen einer Partikelbelastung in einer Messumgebung bewirkt die oben erläuterten Vorteile. Auf eine erneute Aufzählung dieser Vorteile wird hier jedoch verzichtet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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