一种城市颗粒物浓度估算模型的制作方法

本发明涉及环境监测技术领域，具体涉及一种城市颗粒物浓度估算模型。

背景技术：

作为一种主要的大气污染物，气溶胶对公共健康的影响已经是公认的事实，直接威胁着人类生存与可持续发展。其中，可吸入颗粒物pm10(空气动力学直径小于10μm的颗粒物)可达人体的支气管区，粒径小于5μm的颗粒物可达到肺泡区，部分更小的粒子甚至可以通过毛细血管进入人体血液循环系统，对心脏及心血管造成较大危害。据《2006年中国环境状况公报》统计，在我国监测的557个城市中，43.4％的城市大气质量没有达标，颗粒物为主要污染物。

如授权公告号为cn110160924a的中国专利，其公开了一种颗粒物浓度检测方法，包含以下步骤：将气溶胶类型进行自定义分类，得到气溶胶自定义类：沙尘型、城市型、煤烟型、不确定型，所述城市型包含城市清洁型、城市污染型，所述煤烟型包含烟尘低吸收型、烟尘高吸收型；利用可见光红外成像辐射仪，按照所述气溶胶自定义类型，构建数据集，所述数据集包含以下参数：气溶胶光学厚度、温度、风速、风向、相对湿度、地表强度、边界层高度、高程、人口密度；通过所述数据集，构建颗粒物浓度估算公式。

上述的这种颗粒物浓度检测方法估算范围大的优点；但是上述的颗粒物浓度检测方法依旧存在着一些缺点，如：估算的范围虽大，但是估算的精准度较低，无法通过多个空气质量监测站点进行地面空气进行监测获取准确的数据，无法通过卫星采集城市上空颗粒浓的数据，导致估算不准确。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种城市颗粒物浓度估算模型，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种城市颗粒物浓度估算模型，所述城市颗粒物浓度估算模型包括以下步骤：

步骤一：建立城市空气质量监测站点，在所在城市范围内建立多个间隔的空气质量监测站点，确定气溶胶自定义类型；

步骤二：采集地面数据，通过空气质量监测站点内安装的可见光红外成像辐射装置和地面颗粒浓度监测装置进行数据采集，构建数据库；

步骤三：卫星采集数据，通过卫星对所在城市进行监测，获得颗粒物的体积分布数据和体积浓度数据；

步骤四：数据整合，将所述步骤二；采集地面数据和所述步骤三：卫星采集数据进行整合；

步骤五：构建颗粒物浓度估算模型，将所述步骤四：数据整合中整合的数据根据颗粒物浓度估算模型公式建立估算模型。

优选的，所述气溶胶自定义类型分为沙尘型、城市型、煤烟型、不确定型。

优选的，所述颗粒物浓度估算模型公式为：

ln(pm2.5，st，i)＝(α+ω)+(β1，i+u1，i)×ln(aodst，i)+(β2，i+u2，i)×tmpst+

(β3，i+u3，i)×rhst+(β4，i+u4，i)×ln(pblhst)+(β5，i+u5，i)×spst+

(β6，i+u6，i)×ln(wsst)+(β7，i+u7，i)×wdst+β8，i×elevs+β9，i×pops+εst，i

其中，i为城市型气溶胶，pm2.5，st，i、aodst，i分别为第i种城市型气溶胶对应的所述颗粒物浓度估算值、气溶胶光学厚度，tmpst为所述温度，rhst为所述相对湿度，pblhst为边界层高度，spst为所述地表强度，wsst为所述风速，wdst为所述风向，elevs为所述高程，pops为所述人口密度，α为固定效应截距，ω为随机效应截距，β1，i～β9，i为第i种城市型气溶胶对应的第一～第九固定效应斜率、u1，i～u7，i为第i种城市型气溶胶对应的第一～第七随机效应斜率，εst,i为第i种城市型气溶胶对应的随机误差；

优选的，所述数据库包含以下参数：气溶胶光学厚度、温度、风速、风向、相对湿度、地表强度、边界层高度、高程、人口密度。

优选的，所述地面颗粒浓度监测装置包括浓度检测仪本体和用于安装所述浓度检测仪本体的防护箱，所述防护箱的下表面上固定安装有高度调节机构，所述高度调节机构的下端表面上固定安装有底板，所述防护箱的内腔底面上固定安装有两个对称的减震机构，所述减震机构的上方固定安装有放置板，所述放置板的上表面上固定安装有浓度检测仪本体，所述浓度检测仪本体的两侧均设有防护板，所述防护板固定安装在所述放置板的上表面上，所述防护板上固定安装有固定机构，所述固定机构与所述浓度检测仪本体相连接。

优选的，所述高度调节机构包括第一伸缩杆、第二伸缩杆和锁紧螺钉，所述第一伸缩杆固定安装在所述底板上，所述第二伸缩杆的一端套装在所述第一伸缩杆上，所述第二伸缩杆的另一端与所述防护箱固定连接，所述第一伸缩杆通过所述锁紧螺钉与所述第二伸缩杆固定连接。

优选的，所述减震机构包括第一减震杆、第二减震杆和弹簧，所述第一减震杆的上端与所述第二减震杆的底端滑动安装，所述第二减震杆的上端固定安装在所述放置板的下表面上，所述弹簧分别套装在所述第一减震杆和所述第二减震杆上。

优选的，所述固定机构包括固定螺杆和固定夹块，所述固定螺杆与所述防护板螺纹连接，所述固定夹块通过轴承与所述固定螺杆转动连接，所述固定夹块的一侧表面与所述浓度检测仪本体相连接。

优选的，所述浓度检测仪本体中设有数据采集模块以及数据传输模块，所述数据采集模块用于采集周围监测现场的多种污染源数据，所述数据传输模块用于将所述数据采集模块采集的污染源数据通过网络在线发送给统计分析平台。

优选的，所述所述防护箱的外表面上固定安装有杂质过滤器，所述杂质过滤器与所述数据采集模块相连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过建立多个空气质量监测站中安装的光红外成像辐射装置和地面颗粒浓度监测装置有效的对城市空气进行准确的监测，获取精准的数据，通过卫星采集城市上空颗粒浓的具体数据，提高估算模型的精准度，减小了数据采集的误差。

附图说明

图1为本发明的结构流程框图；

图2为本发明的地面颗粒浓度监测装置的结构示意图；

图3为本发明的地面颗粒浓度监测装置的前视结构示意图；

图4为图3中a处的放大图；

图5为图3中b处的放大图。

图中：1、浓度检测仪本体；2、防护箱；3、高度调节机构；31、第一伸缩杆；32、第二伸缩杆；33、锁紧螺钉；4、底板；5、减震机构；51、第一减震杆；52、第二减震杆；53、弹簧；6、放置板；7、防护板；8、固定机构；81、固定螺杆；82、固定夹块；9、杂质过滤器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图5，本发明提供一种城市颗粒物浓度估算模型，其中技术方案如下：

一种城市颗粒物浓度估算模型，城市颗粒物浓度估算模型包括以下步骤：

步骤一：建立城市空气质量监测站点，在所在城市范围内建立多个间隔的空气质量监测站点，确定气溶胶自定义类型；

步骤二：采集地面数据，通过空气质量监测站点内安装的可见光红外成像辐射装置和地面颗粒浓度监测装置进行数据采集，构建数据库；

步骤三：卫星采集数据，通过卫星对所在城市进行监测，获得颗粒物的体积分布数据和体积浓度数据；

步骤四：数据整合，将步骤二；采集地面数据和步骤三：卫星采集数据进行整合；

步骤五：构建颗粒物浓度估算模型，将步骤四：数据整合中整合的数据根据颗粒物浓度估算模型公式建立估算模型。

本实施例中，优选的，气溶胶自定义类型分为沙尘型、城市型、煤烟型、不确定型。

本实施例中，优选的，颗粒物浓度估算模型公式为：

ln(pm2.5，st，i)＝(α+ω)+(β1，i+u1，i)×ln(aodst，i)+(β2，i+u2，i)×tmps1+

(β3，i+u3，i)×rhst+(β4，i+u4，i)×ln(pblhst)+(β5，i+u5，i)×spst+

(β6，i+u6，i)×ln(wsst)+(β7，i+u7，i)×wdst+β8，i×elevs+β9，i×pops+εst，i

其中，i为城市型气溶胶，pm2.5，st，i、aodst，i分别为第i种城市型气溶胶对应的颗粒物浓度估算值、气溶胶光学厚度，tmpst为温度，rhst为相对湿度，pblhst为边界层高度，spst为地表强度，wsst为风速，wdst为风向，elevs为高程，pops为人口密度，α为固定效应截距，ω为随机效应截距，β1，i～β9，i为第i种城市型气溶胶对应的第一～第九固定效应斜率、u1，i～u7，i为第i种城市型气溶胶对应的第一～第七随机效应斜率，εst，i为第i种城市型气溶胶对应的随机误差；

本实施例中，优选的，数据库包含以下参数：气溶胶光学厚度、温度、风速、风向、相对湿度、地表强度、边界层高度、高程、人口密度。

本实施例中，优选的，地面颗粒浓度监测装置包括浓度检测仪本体1和用于安装浓度检测仪本体1的防护箱2，防护箱2的下表面上固定安装有高度调节机构3，高度调节机构3的下端表面上固定安装有底板4，防护箱2的内腔底面上固定安装有两个对称的减震机构5，减震机构的上方固定安装有放置板6，放置板6的上表面上固定安装有浓度检测仪本体1，浓度检测仪本体1的两侧均设有防护板7，防护板7固定安装在放置板6的上表面上，防护板7上固定安装有固定机构8，固定机构8与浓度检测仪本体1相连接，通过防护箱2有效的保护浓度检测仪本体1不受到损坏，设有的高度调节机构3便于调节浓度检测仪本体1的高度，方便对空气进行监测，设有的减震机构5减小浓度检测仪本体1的震动，设有的固定机构8有利于浓度检测仪本体1牢牢固定在防护箱2内，便于安装和拆卸。

本实施例中，优选的，高度调节机构3包括第一伸缩杆31、第二伸缩杆32和锁紧螺钉33，第一伸缩杆31固定安装在底板4上，第二伸缩杆32的一端套装在第一伸缩杆31上，第二伸缩杆32的另一端与防护箱2固定连接，第一伸缩杆31通过锁紧螺钉33与第二伸缩杆32固定连接，第二伸缩杆32通过调节在第一伸缩杆31内的伸缩长度从而调节装置的高度，第一伸缩杆31通过锁紧螺钉33与第二伸缩杆32固定连接。

本实施例中，优选的，减震机构5包括第一减震杆51、第二减震杆52和弹簧53，第一减震杆51的上端与第二减震杆52的底端滑动安装，第二减震杆52的上端固定安装在放置板6的下表面上，弹簧53分别套装在第一减震杆51和第二减震杆52上，第二减震杆52滑动安装在第一减震杆51内，限制了第二减震杆52的移动方向，通过安装的弹簧53，提高装置的减震性能。

本实施例中，优选的，固定机构8包括固定螺杆81和固定夹块82，固定螺杆81与防护板7螺纹连接，固定夹块82通过轴承与固定螺杆81转动连接，固定夹块82的一侧表面与浓度检测仪本体1相连接，通过调节固定螺杆81的长度，带动固定夹块82对浓度检测仪本体1进行固定。

本实施例中，优选的，浓度检测仪本体1中设有数据采集模块以及数据传输模块，数据采集模块用于采集周围监测现场的多种污染源数据，数据传输模块用于将数据采集模块采集的污染源数据通过网络在线发送给统计分析平台。

本实施例中，优选的，防护箱2的外表面上固定安装有杂质过滤器9，杂质过滤器9与数据采集模块相连接，通过杂质过滤器9防止空气中较大的杂质进入浓度检测仪本体1内部，防止造成浓度检测仪本体1无法损坏。

本发明的工作原理及使用流程：

通过建立多个空气质量监测站中安装的光红外成像辐射装置和地面颗粒浓度监测装置有效的对城市空气进行准确的监测，获取精准的数据，通过卫星采集城市上空颗粒浓的具体数据，提高估算模型的精准度，减小了数据采集的误差，第二伸缩杆32通过调节在第一伸缩杆31内的伸缩长度从而调节地面颗粒浓度监测装置的高度，第一伸缩杆31通过锁紧螺钉33与第二伸缩杆32固定连接，第二减震杆52滑动安装在第一减震杆51内，限制了第二减震杆52的移动方向，通过安装的弹簧53，提高颗粒浓度监测装置的减震性能，通过调节固定螺杆81的长度，带动固定夹块82对浓度检测仪本体1进行固定。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。