JP6108466B2 - 大気質を測定するための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、大気質を測定するための装置、特にモバイル型空気分析器及び空気測定器に関する。

大気質を測定することは、空中汚染物質、ガス濃度、粉塵放出、ガス放出等のような環境についての知識を得る重要な一方法である。大気質を測定すること、例えば含まれる汚染物質を特定すること及びその濃度を測定することの精度は、空気浄化、空気殺菌、放出源の特定等のような更なる処理のために非常に重要である。

特に幾つかのセキュリティの高い場所において可動な携帯型空気分析器により空気を測定するニーズも存在する。米国特許出願公開US2009/0139299A1は、ガス濃度を測定するため特殊な時間的情報を使用する方法を開示している。米国特許出願公開US2009/0139299A1においては、センサが定期的にガス濃度を測定し、追跡システムが該センサの位置を追跡し、該追跡された位置を所定の領域にマッピングする。該センサが所定の閾値を超えるガス濃度を検知すると、対応する位置が放出源の位置を特定するために使用される。米国特許出願公開US2009/0139299A1においては、時間的情報即ち追跡された位置が、放出源の位置特定のために使用されるが、測定の精度を改善するものではない。

従って、モバイル型の空気測定器の測定精度を改善するニーズが存在する。

本発明の発明者は、空気測定器の移動により、複数の連続して測定された大気質サンプルが、これらサンプル間で緩い相関を持ち得ること、即ちかなり短い期間内で測定された２つ大気質サンプルが、互いに離れた２つの地理的位置に対応し得ることを見出した。この効果は、該空気測定器が比較的高速で移動する場合に特に深刻となる。所定の期間内で測定された幾つかの大気質サンプルを平均化して当該所定の期間の又は当該所定の期間に対応する位置の大気質値の代表値とする空気センサについては、測定精度が悪影響を受ける。なぜなら、これら複数の大気質サンプルが互いに離れた２つ以上の位置から集められ得るからである。従って、算出される大気質値の代表値は、対応する位置の大気質を表すのに適切ではなくなる。

本発明の目的は、時間情報及び空間情報を利用して空気測定器の測定精度を改善することにある。

本発明の一実施例によれば、第１のセンサと、第２のセンサと、プロセッサとを有する、大気質を測定するための装置が提供される。前記第１のセンサは、第１のサンプリングレートで大気をサンプリングし複数の大気質サンプルを生成するように構成され、前記第２のセンサは、第２のサンプリングレートで前記装置の運動の位置をサンプリングし複数の位置サンプルを生成するように構成され、前記プロセッサは、前記複数の位置サンプルを解析して、それぞれが２つの対応する位置サンプルの相対空間関係を表す複数の空間関係情報を取得するように構成される。前記プロセッサは更に、前記複数の空間関係情報に基づいて、前記複数の大気質サンプルを複数の大気質サンプルのセットへとグループ化するように構成される。また、前記プロセッサは更に、各前記大気質サンプルのセットに基づいて、対応するサンプリング継続時間の大気質値を表す、前記大気質サンプルのセットについての代表値を算出するように構成される。

本実施例の基本的な着想は、空間的情報を利用して複数の測定された大気質サンプルを異なるセットにグループ化し、１つの共通セット中の大気質サンプルが空間ドメインにおいて相互関連を呈するようにすることである。斯くして、空間ドメインにおいて相関を持つ大気質サンプルが平均化され、対応する位置の大気質を表す大気質値の代表値を生成することができる。それ故、測定精度が改善され得る。

任意に、第１のサンプリングレートと第２のサンプリングレートとは同じであっても良いし、又は異なっていても良い。２つのサンプリングレートが同一である場合、大気質をサンプリングするためのサンプリング時間及びサンプリング位置は完全に重ね合わせられるか又は重複の必要なく異なるものであり得る。２つのサンプリングレートに対する要件は、大気質サンプル及び位置サンプルが時間的相関を持ち、従って、対応するサンプル時間が時間次元で完全に重ね合わせられない場合であっても、共に有意な期間内にサンプリングされた１つの大気質サンプルと１つの位置サンプルとの間にマッピングを確立することが可能であることである。

任意に、該プロセッサは更に、個々の大気質サンプルセットの大気質サンプルの数が所定の閾値よりも大きい場合に、大気質値の代表値を算出するように構成される。このことは、大気質値の代表値を生成するためにかなりの量の大気質サンプルを必要とする空気センサに対して有意義である。

任意に、該プロセッサは更に、複数の大気質サンプルを複数の大気質サンプルのセットへとグループ化するように構成される。それぞれの大気質サンプルのセット内で、任意の２つの大気質サンプルは、所定の閾値よりも小さなサンプリング時間差を持つ。それ故、１つの共通するセット中の大気質サンプルは、空間ドメインにおいてのみならず時間ドメインにおいても関連性を持つ。

任意に、該プロセッサは、該装置の速度に基づいて、該第１のセンサをスイッチオン又はスイッチオフするように決定しても良く、該速度は複数の位置サンプルに基づいて算出されても良い。

本発明の実施例によれば、大気質を測定する対応する方法が提供される。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施例を参照しながら説明され明らかとなるであろう。

本発明の上述した及びその他の目的及び特徴は、添付図面と共に考察される以下の詳細な説明から、より明らかとなるであろう。

図面を通じて、類似する部分を示すために同一の参照番号が使用される。

本発明の実施例による、大気質を測定するための装置の例を示す。 サンプリングされた大気質とサンプリングされた位置サンプルとの間の時間的相関を表すテーブルの２つの例を示す。 本発明の実施例による、大気質を測定する方法のフロー図を示す。 本発明の実施例による、複数の大気質サンプルをグループ化し、大気質値の代表値を算出する方法のフロー図を示す。 本発明の実施例による、移動経路及び対応するサンプリングされた位置サンプルの２つの例を示す。

図１は、大気質を測定することが可能な装置１００の模式的なブロック図を示す。装置１００は、空気分析器、空気測定器、空気清浄器、空気殺菌器、及びその他の大気質を測定する機能を持ついずれのタイプの製品であっても良い。装置１００は、第１のセンサ１１０、第２のセンサ１２０及びプロセッサ１３０を有する。第１のセンサ１１０は、第１のサンプリングレートで空気をサンプリングすることにより大気質を測定し、それにより複数の大気質サンプルを生成するために利用される。第２のセンサ１２０は、第２のサンプリングレートで装置１００の運動の位置をサンプリングすることにより装置１００を追跡し、それにより複数の位置サンプルを生成するために利用される。また、プロセッサ１３０は、複数の位置サンプルを分析して複数の空間関係情報を取得することができ、ここで各空間関係情報は、２つの対応する位置サンプルの相対的空間関係を表す。該複数の空間関係情報に基づいて、プロセッサ１３０は、複数の大気質サンプルを複数の大気質サンプルのセットへとグループ化しても良く、それぞれの大気質サンプルのセットに基づいて、プロセッサ１３０は、該大気質サンプルのセットについての代表値を算出しても良い。該算出された代表値は、対応するサンプリング継続時間の大気質値として表されても良い。該空間関係情報は、２次元距離、３次元距離、高度差、移動の角度の変化、逸脱の角度、又はその他のいずれのタイプの空間情報を記述する尺度であっても良い。

以上に説明された実施例においては、第２のセンサ１２０が第１のセンサ１１０の運動を追跡する必要はない。その代わりに測定されるものは、装置１００の運動である。多くの場合、装置を追跡することは、空気センサを追跡するよりもかなり容易であり、後者の場合には、第２のセンサ１２０は、第１のセンサ１１０の運動に対する高い感度を必要とする。しかしながら、以上に説明された実施例においては、装置１１０の運動は、第１のセンサ１１０の運動を表す。このことは、第１のセンサ１１０と装置１００との間の空間関係、及び第２のセンサ１２０と装置１００との間の空間関係が、実質的に一定である場合に、特に成り立つ。勿論、第２のセンサが第１のセンサの運動を直接に測定するために利用される実施例も、本発明の範囲内である。

本発明の実施例においては、第１のサンプリングと第２のサンプリングとは、厳密に同期され又は重ね合わせられる必要はない。いずれのサンプリングも、同一のサンプリングレートを持っても良く、略同じサンプリング時間に実行されても良く、又は同期された態様で実行されても良い。２つのサンプリングレートが異なっていても良い。２つのサンプリングは、異なるサンプリング時間に実行されても良いし、又は同じ時間内のサンプリングの数もが異なってさえも良い。２つのサンプリングに課される最低限の要件は、時間相関の必要性である。換言すれば、複数の位置サンプル（の一部）が、時間ドメインにおける時間相関を通して複数の大気質サンプル（の一部）にマッピングされることができれば十分である。このことは、大気質をサンプリングするためのサンプリング時間と、位置をサンプリングするためのサンプリング時間との間の差が、該装置により許容される許容量又は対応するアプリケーションにとって許容される許容量内である場合に、特に成り立つ。

図２は、測定工程の例を示す。プロセッサ１３０は２つのテーブルを保持しており、一方は、大気質を測定するサンプリング時間Ｔｉｍｅ＿ＡＩＲ_ｉと測定された複数の大気質サンプルＳａｍｐｌｅ＿ＡＩＲ_ｉとを記録するためのものであり、他方は、装置１００の位置を測定するサンプリング時間Ｔｉｍｅ＿ＰＯＳ_ｉと測定された位置サンプルＳａｍｐｌｅ＿ＰＯＳ_ｉとを記録するためのものである。

Ｔｉｍｅ＿ＡＩＲ_ｉはＴｉｍｅ＿ＰＯＳ_ｉと同一であっても良く、このことは大気質と装置１００の位置とが同期された態様で測定されることを意味する。しかしながら、これらは異なっていても良い。例えば、サンプリング時間は、時間ドメインにおいて［…、Ｔｉｍｅ＿ＡＩＲ_ｉ、Ｔｉｍｅ＿ＰＯＳ_ｉ、Ｔｉｍｅ＿ＡＩＲ_ｉ＋１、Ｔｉｍｅ＿ＰＯＳ_ｉ＋１、…］のシーケンスであっても良いし、又は［…、Ｔｉｍｅ＿ＡＩＲ_ｉ、Ｔｉｍｅ＿ＡＩＲ_ｉ＋１、Ｔｉｍｅ＿ＰＯＳ_ｉ、Ｔｉｍｅ＿ＡＩＲ_ｉ＋２、Ｔｉｍｅ＿ＡＩＲ_ｉ＋３、Ｔｉｍｅ＿ＰＯＳ_ｉ＋１、…］のシーケンスであっても良い。

位置サンプルＳａｍｐｌｅ＿ＰＯＳ_ｉは、２次元若しくは３次元幾何座標の形で表現されても良いし、又は基準点に対応する相対２次元又は３次元パラメータの形で表現されても良い。テーブル２の例においては、位置サンプルＳａｍｐｌｅ＿ＰＯＳ_ｉは（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ，ｚ_ｉ）として表現され、元のＳａｍｐｌｅ＿ＰＯＳ_０は（０，０，０）として表現されている。２つの任意の点の間の、例えば距離のような空間関係情報は、これらの３次元尺度に基づいて算出されることができる。本発明においては、第２のセンサ１２０は、物体の絶対位置又は相対位置を測定することが可能ないずれの種類のセンサであっても良い。該センサは例えばＧＰＳ（全地球測位システム）センサ、動きセンサ、二軸加速度センサ、三軸加速度センサ、ＩＲ（赤外線）センサ等であっても良い。第２のセンサ１２０は、該装置の動き又は位置を独立して測定することが可能なセンサであっても良く、追跡／位置決定システムの一部であっても良いことは、当業者は理解すべきである。例えば、第２のセンサ１２０は、複数の既知の送信器を持つ無線ネットワーク又は赤外線ネットワークの受信器であっても良い。第２のセンサ１２０は、送信器の位置を得るため送信器からの信号を受信し該送信器からの距離を算出しても良い。Ｓａｍｐｌｅ＿ＰＯＳ_ｉは、使用される第２のセンサに依存して、いずれの適用可能な尺度の形で表現されても良い。

図３は、大気質を測定する方法例のフロー図を示す。方法３００は最初に、第１のサンプリングレートで空気をサンプリングして複数の大気質サンプルを取得するステップＳ３１０を有する。該ステップは、第１のセンサ１１０により実行されても良い。次いで、ステップＳ３２０は、第２のサンプリングレートで該装置の位置をサンプリングして複数の位置サンプルを取得するために実行される。該ステップは、第２のセンサ１２０により実行されても良い。方法３００は更に、複数の位置サンプルを解析して複数の空間関係情報を得るステップＳ３３０を有し、ここで各空間関係情報は、２つの対応する位置サンプルの相対空間関係を表す。ステップＳ３４０は、該複数の空間関係情報に基づいて、複数の大気質サンプルを第２の複数の大気質サンプルのセットへとグループ化するために実行される。ステップＳ３５０においては、各大気質サンプルのセットについて、対応するサンプリング継続時間の大気質値として代表値が算出される。

幾つかの空気センサは、最初に限られた継続時間内で幾つかの大気質サンプルをサンプリングし、次いで該幾つかの大気質サンプルを平均化することにより大気質サンプルを測定して、その結果、該限られた継続時間内で又は対応する位置においてサンプリングされた測定された大気質サンプルとして、個々の代表値を得る。空気センサが移動している場合、大気質サンプルの第２の部分が測定された位置から離れた位置において、大気質サンプルの第１の部分が測定され得る。このことは、平均化工程を無意味なものとし、最終的な代表値がいずれの位置の大気質をも表わせなくなってしまう。本発明は、複数の大気質サンプルの不適切な平均化を緩和又は除去するため、複数の位置間の地理的相関を導入する。それ故、測定精度が改善される。

一実施例においては、大気質値の代表値を算出することにより複数の測定された大気質サンプルをグループ化する方法が示されている。ステップＳ４１０において、例えば複数の測定された位置サンプルから、目標位置サンプルが選択される。次いでステップＳ４２０において、該目標位置を中心とし、第１の所定の閾値を直径とする円が描画される。ステップＳ４３０において、該円内となる測定された位置サンプル又は所定の数の測定された位置サンプルが、第２の複数の位置サンプルとしてグループ化される。ステップＳ４５０において、該第２の複数の位置サンプルのうちの１つの位置サンプルと時間相関を持つ１つ以上の大気質サンプルが見出される。全ての該見出された大気質サンプルは、大気質サンプルのセットを形成する。次いでステップＳ４７０において、対応するサンプリング継続時間又は対応する地理的領域の大気質値として、代表値が算出される。これらのステップは、プロセッサ１３０により実行されても良い。

幾つかの空気センサは、平均化工程を実行するためかなりの数の測定された大気質サンプルを必要とし、そうでなければ精度が不十分となる。この目的のため、図４に示された方法は、第２の複数の位置サンプル中の位置サンプルの数を、第２の所定の閾値と比較する、任意のステップＳ４４０を有しても良い。該位置サンプルの数が該第２の所定の閾値よりも大きい場合にのみ、後続するステップＳ４５０及びＳ４７０が実行される。そうでない場合には、より多くの位置サンプルを該第２の複数の位置サンプルに含めるように、より大きな直径を用いてステップＳ４２０の円が選択されても良く、又は選択される第２の複数の位置サンプルが省略される。

該第２の複数の位置サンプルは、図５の曲線Ａにおける点ａ、ｂ、ｃ、ｄのような幾つかの連続して測定された位置サンプルを有しても良いし、又は図５の曲線Ｂにおける点ｅ、ｆ、ｇ、ｈのような間隔をおいて測定された幾つかの位置サンプルを有しても良い。後者の状況は、該装置の動きがジグザグ状であり、目標領域の大気質が低速に変化する場合に有意である。

時々、環境の大気条件が比較的急速に変化することがあり、又は幾つかのセンサが幾つかの連続した大気質サンプルを平均化することしかできない場合がある。この目的のため、図４に示された方法は更に、１つの選択された大気質サンプルのサンプリング時間と、目標位置サンプルに対応する目標大気質サンプルのサンプリング時間との間の差が、第３の所定の閾値よりも小さいことを確実にするための、任意のステップＳ４６０を有しても良い。それ故、時間次元において目標大気質サンプルから離れて測定された大気質サンプルは除外される。例えば図５において、点ｅ、ｆ及びｇは平均化工程において選択され得るが、点ｈ及びｉは除外される。なぜなら、後者はサンプリング点ｅ、ｆ及びｇの期間から離れた期間においてサンプリングされたものであり、（ｈ，ｉ）と（ｅ，ｆ，ｇ）との間の空間距離は第２の所定の閾値内であるからである。

任意に、プロセッサ１３０は、該装置の移動速度を測定し、大気をサンプリングすることが有意であるか否かを決定しても良い。該装置の速度が第４の閾値よりも大きい場合に、プロセッサ１３０は第１のセンサ１１０及び／又は第２のセンサ１２０をディスエーブルにしても良い。

本発明の別の実施例においては、図３及び４に示されたステップの一部又は全てを実行することができるコンピュータ実行可能な命令のセットが与えられる。コンピュータプログラムコードの分膜で議論されるが、モジュールはハードウェア回路、コンピュータプログラムコード、又はハードウェア回路とコンピュータプログラムコードとのいずれかの組み合わせで実装されても良いことは理解されるべきである。

以上の実施例は例示的なものであり、限定するものではないことは、更に留意されるべきである。本発明は以上の実施例により限定されるものではない。

本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、本発明において種々の変更及び変形が為され得ることは、当業者には明らかであろう。本発明の保護範囲は、請求項にける参照番号により限定されるものではなく、「有する（comprising）」なる語は請求項に言及されたもの以外の部分を除外するものではなく、要素に先行する「１つの（a又はan）」なる語は複数のこれら要素を除外するものではない。本発明の一部を形成する手段は、専用のハードウェアの形で、又はプログラムされたプロセッサの形で実装されても良く、「第１の（first）」、「第２の（second）」、「第３の（third）」等の語の使用はいずれの順序をも示すものではなく、これらの語は名称として解釈されるべきである。

Claims (12)

1. 大気質を測定するための装置であって、前記装置は、
   第１のサンプリングレートで空気をサンプリングし大気質値を求めることにより複数の大気質サンプルを生成するように構成された第１のセンサと、
   第２のサンプリングレートで前記装置の運動の位置をサンプリングし複数の位置サンプルを生成するように構成された第２のセンサと、
   前記複数の位置サンプルを解析して、複数の空間関係情報であって、前記複数の空間関係情報のそれぞれが２つの位置サンプル間の相対空間関係を表す、空間関係情報を取得するように構成されたプロセッサと、
   を有し、前記プロセッサは更に、前記複数の空間関係情報に基づいて、前記複数の大気質サンプルを複数の大気質サンプルのセットへとグループ化するように構成され、前記プロセッサは更に、各前記大気質サンプルのセットに基づいて、対応する大気質サンプルのセットの大気質値を表す、前記大気質サンプルのセットについての代表値を算出するように構成され、
   前記プロセッサは更に、目標位置サンプル及び第２の複数の位置サンプルを選択するように構成され、前記第２の複数の位置サンプルの各選択された位置サンプルが領域内の位置を表し、前記目標位置サンプルにより表される位置が前記領域の中心であり、第１の所定の閾値が前記領域の直径であり、前記プロセッサは更に、第２の複数の大気質サンプルを選択するように構成され、各選択された大気質サンプルが選択された位置サンプルに対応し、前記プロセッサは更に、前記選択された目標位置サンプルの大気質値として前記代表値を算出するように構成された装置。
2. 前記第１のサンプリングレートと第２のサンプリングレートとは互いに時間的に相関付けられた、請求項１に記載の装置。
3. 前記プロセッサは更に、前記第２の複数の位置サンプルの数が第２の所定の閾値よりも大きい場合に前記代表値を算出するように構成された、請求項１に記載の装置。
4. 各選択された大気質サンプルのサンプリング時間と目標大気質サンプルのサンプリング時間との差が、第３の所定の閾値よりも小さい、請求項１に記載の装置。
5. 前記第１の所定の閾値は、幾何学的距離、高度差及び逸脱の角度のいずれかを表す、請求項１に記載の装置。
6. 前記第２のセンサは、全地球測位システム受信器、赤外線センサ、動き検出センサ、二軸加速度センサ及び三軸加速度センサのいずれかである、請求項１に記載の装置。
7. 前記第２のセンサは、二軸加速度センサ及び三軸加速度センサのいずれかであり、各生成される位置サンプルは幾何学的データであり、各空間関係情報は２つの対応する幾何学的データにより決定される、請求項６に記載の装置。
8. 前記プロセッサは更に、前記複数の位置サンプルに基づいて前記装置の速度を算出し、前記速度を第４の閾値と比較して、前記第１のセンサをスイッチオンするかスイッチオフするかを決定するように構成された、請求項１に記載の装置。
9. 第１のセンサを用いることにより第１のサンプリングレートで空気をサンプリングし大気質値を求めることにより複数の大気質サンプルを得るステップと、
   第２のサンプリングレートで装置の位置をサンプリングして複数の位置サンプルを得るステップと、
   前記複数の位置サンプルを解析して、複数の空間関係情報であって、前記複数の空間関係情報のそれぞれが２つの位置サンプル間の相対空間関係を表す、空間関係情報を取得するステップと、
   前記複数の空間関係情報に基づいて、前記複数の大気質サンプルを、第２の複数の大気質サンプルのセットへとグループ化するステップと、
   対応する大気質サンプルのセットの大気質値として、各大気質サンプルのセットについて代表値を算出するステップと、
   を有する、大気質を測定する方法であって、
   前記複数の空間関係情報を取得するステップは更に、目標位置サンプル及び第２の複数の位置サンプルを選択するステップを有し、前記第２の複数の位置サンプルの各選択された位置サンプルが領域内の位置を表し、前記目標位置サンプルにより表される位置が前記領域の中心であり、第１の所定の閾値が前記領域の直径であり、
   前記グループ化するステップにおいて、前記第２の複数の大気質サンプルのセットの各選択された大気質サンプルが、前記第２の複数の位置サンプルの対応する位置サンプルと時間的に相関付けられる方法。
10. 前記目標位置サンプル及び第２の複数の位置サンプルを選択するステップは更に、前記第２の複数の位置サンプルの数を第２の所定の閾値と比較するステップを有する、請求項９に記載の方法。
11. １つの選択された大気質サンプルのサンプリング時間と目標大気質サンプルのサンプリング時間との差が、第３の所定の閾値よりも小さい、請求項９に記載の方法。
12. 請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の方法を実行することが可能な、コンピュータ実行可能な命令のセット。

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