一种大气气态污染物检测方法、装置及电子设备与流程

1.本发明涉及污染物检测技术领域，尤其是涉及一种大气气态污染物检 测方法、装置及电子设备。


背景技术：

2.网格化系统采用微型化空气质量检测设备，针对城市居民区、农村乡 镇、工业园区、重点工业企业、道路交通、建筑工地、区域边界、污染物 传输通道等多种环境监测对象，进行大范围、高密度“网格组合布点”，结 合立体监测、移动监测，形成覆盖整个区域的在线监控网格，不仅能够实 时监控区域内主要污染物动态变化，快速捕捉污染源的异常排放行为并实 时预警，而且通过数据分析可甄别区域污染的主要来源，对其实现靶向治 理，是大气污染治理的科学有效工具。但现有的检测方法，因为存在污染 物交叉干扰、温湿度影响，导致浓度值数据不够精准，亟需一种具有补偿 功能且能有效减少干扰的污染物检测方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种大气气态污染物检测方法、装置及电子设 备，解决现有技术中存在的污染物交叉干扰、温湿度影响，导致浓度值数 据不够精准的技术问题。
4.第一方面，本发明提供的一种大气气态污染物检测方法，包括如下步 骤：
5.标定步骤：检测装置中依次通入多种污染物的标准浓度气体，通过传 感器记录每种气体在不同浓度下对应的信号响应值，计算得到标定参数矩 阵；
6.原始浓度值获取步骤：通入被测气体，读取并存储每个传感器的信号 响应值，通过标定参数矩阵计算得到原始浓度值；
7.补偿修正步骤：利用预先生成的补偿参数矩阵和修正参数矩阵，对原 始浓度值进行补偿和修正，得到最终浓度值。
8.进一步的，标定步骤，具体包括：
9.持续采样零级空气至信号稳定；
10.记录存储各传感器当前信号值，作为零点ad值；
11.持续采样特定浓度的一种标准气体至信号稳定；
12.记录存储各传感器的当前信号ad值；
13.通过标准气体浓度值、各传感器的零点ad值和各传感器当前信号ad 值计算得到当前标准气体对应传感器的灵敏度参数；
14.进一步的，标定步骤，还包括如下步骤：
15.通过标准气体浓度值、各传感器的零点ad值和各传感器当前信号ad 值计算得到当前标准气体的其他传感器的交叉响应修正参数；
16.并根据所有目标污染物的标准气体的零点ad值、灵敏度、交叉响应 参数，生成交叉响应修正参数矩阵。
17.进一步的，原始浓度值获取步骤，具体包括：
18.通入被测气体，读取并存储每个传感器信号值，读取温度、湿度和气 压数值；
19.将各个传感器信号值通过零点标定参数矩阵和灵敏度标定参数矩阵进 行矩阵运算得到各种污染物的原始浓度值。
20.进一步的，补偿修正步骤，具体包括：
21.总补偿判断步骤：判断原始的浓度值是否需要温度补偿、湿度补偿和 交叉干扰消除中的一项或多项；
22.若是，则执行温度补偿判断步骤；若否，则执行第二数据修正判断步 骤；
23.温度补偿判断步骤：判断浓度值是否需要温度补偿；
24.若是，则将浓度值及实时温度值通过温度补偿参数矩阵运算得到温度 补偿后的浓度值，并执行湿度补偿判断步骤；若否，则执行湿度补偿判断 步骤；
25.湿度补偿判断步骤：判断浓度值是否需要湿度补偿；
26.若是，则将浓度值以及实时湿度值通过湿度补偿参数矩阵运算得到环 境补偿后的浓度值，并执行消除交叉干扰判断步骤；若否，则执行消除交 叉干扰判断步骤；
27.消除交叉干扰判断步骤：判断浓度值是否需要消除交叉干扰；
28.若是，则将浓度值通过交叉响应参数矩阵计算得到总补偿后的浓度值， 并执行第一数据修正判断步骤；若否，则结束检测。
29.第一数据修正判断步骤：判断总补偿后的浓度值是否需要数据修正；
30.若是，则将总补偿浓度值通过数据修正参数矩阵计算得到修正浓度值， 结束检测；若否，则结束检测；
31.第二数据修正判断步骤：判断原始浓度值是否需要数据修正；
32.若是，则将原始的浓度值通过修正参数，计算得到修正浓度值，结束 检测；若否，则结束检测。
33.进一步的，标定步骤之前，还包括自检步骤：
34.程序初始化上电自检；
35.若不通过，则状态指示灯指示故障信息；若通过，则进行数据包接收 ready标志置位状态检测；
36.若已置位，则运行标准modbus通信处理子程序，进行运行模式选 择；若未置位，则直接进行运行模式选择；
37.若选择标定模式，则执行标定步骤；若选择数据采集模式，则执行原 始浓度值获取步骤。
38.进一步的，数据修正参数矩阵生成步骤如下：
39.获取标准站不少于7天的连续分钟数据；
40.取出目标模块与标准站数据时间对应的分钟数据；
41.分析两组数据的相关性，计算出数据相关系数；
42.判断数据相关系数是否大于0.85；
43.若数据相关系数小于等于0.85，则返回标定步骤；若数据相关系数大 于0.85，则生成数据修正参数和数据修正参数矩阵。
44.进一步的，传感器，包括电化学传感器、pid传感器、温度传感器、 湿度传感器及气压传感器。
45.第二方面，本发明还提供一种大气气态污染物检测装置，包括：
46.标定模块，用于检测装置中依次通入多种污染物的标准浓度气体，通 过传感器记录每种气体在不同浓度下对应的信号响应值，计算得到标定参 数矩阵；
47.原始浓度值获取模块，用于通入被测气体，读取并存储每个传感器的 信号响应值，通过标定参数矩阵计算得到原始浓度值；
48.补偿修正模块，用于利用预先生成的补偿参数矩阵和修正参数矩阵， 对原始浓度值进行补偿和修正，得到最终浓度值。
49.第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述 存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所 述计算机程序时实现上述方法的步骤。
50.本发明的优点在于：
51.(1)具有自动标定，温湿度补偿，交叉干扰补偿等依赖于复杂计算的 高级功能。
52.(2)模块功能完善，可提供原始数据以及采用自有算法修正后的数据， 只需使用相应的通信指令即可迅速获取，同时提供数据补偿接口，用户只 需使用相应指令将各种补偿系数下发到模块即可实现自定义的数据补偿。
53.相应地，本发明实施例提供的一种大气气态污染物检测装置及电子设 备，也同样具有上述技术效果。
附图说明
54.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下 面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普 通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。
55.图1为本发明实施例提供的大气气态污染物检测方法的流程图；
56.图2为本发明实施例提供的图1中的步骤s101的流程图；
57.图3为本发明实施例提供的图1中的步骤s102的流程图
58.图4为本发明实施例提供的图1中的步骤s103的流程图；
59.图5为本发明实施例提供的大气气态污染物检测装置的结构图；
60.图6为本发明实施例提供的电子设备。
具体实施方式
61.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附 图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 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。
62.本发明实施例中所提到的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变 形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、 方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还 包括其他没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、 产品或设备固有的其它步骤或单元。
63.实施例1：
64.如图1所示，本发明实施例提供的一种大气气态污染物检测方法，包 括如下步骤：
65.s101标定步骤：
66.检测装置中依次通入多种污染物的标准浓度气体，通过传感器记录每 种气体在不同浓度下对应的信号响应值，计算得到标定参数矩阵；
67.s102原始浓度值获取步骤：
68.通入被测气体，读取并存储每个传感器的信号响应值，通过标定参数 矩阵计算得到原始浓度值；
69.s103补偿修正步骤：
70.利用预先生成的补偿参数矩阵和修正参数矩阵，对原始浓度值进行补 偿和修正，得到最终浓度值。
71.本方法具有自动标定，温湿度补偿，交叉干扰补偿等依赖于复杂计算 的高级功能。
72.如图2所示，在一种可能的实施方式中，所述标定步骤，具体包括：
73.s201:持续采样零级空气至信号稳定；
74.s202:记录存储各传感器当前信号值，作为零点ad值；
75.s203:持续采样特定浓度的一种标准气体至信号稳定；
76.s204:记录存储各传感器的当前信号ad值；
77.s205:通过标准气体浓度值、各传感器的零点ad值和各传感器当前信 号ad值计算得到当前标准气体对应传感器的灵敏度参数；
78.s206:判断所有传感器对应的标准气体全部采样完成。
79.s207:若是，则生成零点标定参数矩阵和灵敏度标定参数矩阵，并结束 标定；若否，则返回s203步骤，直到获取所有目标污染物的标准气体的零 点ad值和灵敏度参数。
80.要使大气气态污染物检测模块具有气体浓度测量功能，必须对其进行 标定，即使用标准浓度气体使其记录下对应的信号响应值，获得仪器的零 点、灵敏度等标定参数矩阵。
81.如图2所示，在一种可能的实施方式中，标定步骤，还包括如下步骤：
82.s205:通过标准气体浓度值、各传感器的零点ad值和各传感器当前信 号ad值计算得到当前标准气体的其他传感器的交叉响应修正参数；
83.s206:判断所有传感器对应的标准气体全部采样完成。
84.s207:若是，则生成交叉响应修正参数矩阵，并结束标定；若否，则返 回s203步骤，直到获取所有目标污染物的标准气体的零点ad值、灵敏度 参数和交叉响应参数。
85.传感器对于非目标气体的响应导致的目标气体浓度结果误差，如so2传感器不仅对so2气体有响应也对no2气体有响应，其对no2气体的响应 就是交叉干扰，会使其测得的so2气体浓度出现误差，需要进行消除。
86.如图3所示，在一种可能的实施方式中，所述原始浓度值获取步骤， 具体包括：
87.s301:通入被测气体，读取并存储每个传感器信号值，读取温度、湿度 和气压数值；
88.s302:将各个传感器信号值通过零点标定参数矩阵和灵敏度标定参数矩 阵进行
矩阵运算得到各种污染物的原始浓度值。
89.如图4所示，在一种可能的实施方式中，所述补偿修正步骤，具体包 括：
90.s401：总补偿判断步骤：判断原始的浓度值是否需要温度补偿、湿度 补偿和交叉干扰消除中的一项或多项；
91.若是，则执行s402步骤；若否，则执行s406步骤；
92.s402：温度补偿判断步骤：判断浓度值是否需要温度补偿；
93.若是，则将浓度值及实时温度值通过温度补偿参数矩阵运算得到温度 补偿后的浓度值，并执行s403步骤；若否，则执行s403步骤；
94.s403：湿度补偿判断步骤：判断浓度值是否需要湿度补偿；
95.若是，则将浓度值以及实时湿度值通过湿度补偿参数矩阵运算得到环 境补偿后的浓度值，并执行s404步骤；若否，则执行s404步骤；
96.s404：消除交叉干扰判断步骤：判断浓度值是否需要消除交叉干扰；
97.若是，则将浓度值通过交叉响应参数矩阵计算得到总补偿后的浓度值， 并执行s405步骤；若否，则结束检测。
98.s405：第一数据修正判断步骤：判断总补偿后的浓度值是否需要数据 修正；
99.若是，则将总补偿浓度值通过数据修正参数矩阵计算得到修正浓度值， 结束检测；若否，则结束检测；
100.s406：第二数据修正判断步骤：判断原始浓度值是否需要数据修正；
101.若是，则将原始的浓度值通过修正参数，计算得到修正浓度值，结束 检测；若否，则结束检测。
102.ad值信号经过处理，得到“原始浓度值”、“补偿浓度值”和“修正浓 度值”。
103.a)“原始浓度值”是程序使用承载传感器信号响应信息的ad值信号作 为输入数据使用由标定生成的各传感器零点和灵敏度参数矩阵进行矩阵运 算，得到的表征传感器信息的对应目标气体浓度值；
104.b)“补偿浓度值”是程序使用原始浓度值作为输入数据，使用交叉响应 灵敏度矩阵、温湿度漂移补偿参数矩阵进行矩阵运算，消除掉传感器受温 湿度影响导致的信号响应漂移误差和传感器对于非目标气体的响应导致的 目标气体浓度结果误差。
105.c)“修正浓度值”是以原始浓度或补偿浓度作为输入数据，使用数据修 正参数进行运算，用以修正传感器经过长时间工作其电极和电解液消耗引 起的灵敏度衰减和零点漂移导致的结果误差。
106.在一种可能的实施方式中，所述标定步骤之前，还包括自检步骤：
107.程序初始化上电自检；
108.若不通过，则状态指示灯指示故障信息；若通过，则进行数据包接收 ready标志置位状态检测；
109.若已置位，则运行标准modbus通信处理子程序，进行运行模式选 择；若未置位，则直接进行运行模式选择；
110.若选择标定模式，则执行标定步骤；若选择数据采集模式，则执行原 始浓度值获取步骤。
111.在一种可能的实施方式中，所述数据修正参数矩阵生成步骤如下：
112.获取标准站不少于7天的连续分钟数据，分钟数据是指每分钟记录一 个检测数据；
113.取出目标模块与标准站数据时间对应的分钟数据；
114.分析两组数据的相关性，计算出数据相关系数；
115.判断数据相关系数是否大于0.85；
116.若数据相关系数小于等于0.85，则返回标定步骤；若数据相关系数大 于0.85，则生成数据修正参数和数据修正参数矩阵。
117.作为微型空气站核心功能模块的大气气态污染物检测模块安装于无人 值守的微型空气站系统中，其数据作为环境检测大数据来源上传至环境检 测云平台。检测系统长期运行必然积累零点和灵敏度漂移造成检测结果数 据准确性降低。为了降低模块标定的繁杂工作量，模块设计了数据修正功 能。数据修正参数生成流程即是用来生成数据修正参数，然后将参数下发 至对应的大气污染物检测模块，是实现高效运维的关键流程。
118.在一种可能的实施方式中，所述传感器，包括电化学传感器、pid传 感器、温度传感器、湿度传感器及气压传感器，电化学传感器包括so2电 化学传感器、no2电化学传感器、co电化学传感器和o3电化学传感器， 分别用来检测so2、no2、co和o3，pid传感器用于检测tvoc。
119.在一种可能的实施方式中，所述温度补偿参数矩阵包括系统零点漂移 参数矩阵和系统灵敏度漂移参数矩阵，生成步骤如下：
120.传感器处于零级空气环境中，控制实验温度从-20摄氏度起，每次升温 10摄氏度，直到50摄氏度；
121.记录存储每个温度点各个传感器的信号值；
122.使用数据处理软件分析每只传感器在各温度点的信号相对于20摄氏度 时信号的偏移系数，生成系统零点漂移参数矩阵；
123.传感器处于特定浓度标准气体环境中，控制实验温度从-20摄氏度起， 每次升温10摄氏度，直到50摄氏度；
124.记录存储每个温度点各个传感器的信号值；
125.使用数据处理软件分析每只传感器在各温度点的信号相对于20摄氏度 时信号的偏移系数，生成系统灵敏度漂移参数矩阵。
126.在一种可能的实施方式中，所述湿度补偿参数矩阵，生成步骤如下：
127.传感器处于特定浓度标准气体环境中，控制实验温度为20摄氏度不变， 控制实验环境湿度分别为20％rh、40％rh、60％rh、80％rh、95％rh；
128.记录存储每个湿度值各个传感器的信号值；
129.使用数据处理软件分析每只传感器在各湿度点的信号相对于60％rh 时的偏移系数，生成湿度补偿参数矩阵。
130.传感器及电路器件受环境温湿度变化的影响性能会出现漂移，从而影 响检测系统检测结果的准确性，为了消除温湿度变化对检测结果的影响， 必须就检测系统的响应进行温湿度补偿，在控制单一变量实验环境下程序 自动生成系统温湿度补偿参数矩阵，作为大气气态污染物检测模块主程序 的参数，实现对检测模块检测结果的温湿度补偿。
131.实施例2：
132.如图5所示，本发明实施例提供的一种大气气态污染物检测装置，包 括：
133.标定模块1，用于检测装置中依次通入多种污染物的标准浓度气体，通 过传感器记录每种气体在不同浓度下对应的信号响应值，计算得到标定参 数矩阵；
134.原始浓度值获取模块2，用于通入被测气体，读取并存储每个传感器的 信号响应值，通过标定参数矩阵计算得到原始浓度值；
135.补偿修正模块3，用于利用预先生成的补偿参数矩阵和修正参数矩阵， 对原始浓度值进行补偿和修正，得到最终浓度值。
136.实施例3：
137.本发明实施例提供的一种电子设备，如图6所示，电子设备600包括 存储器601、处理器602，所述存储器中存储有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计算机程序时实现上述实施例提供的方法 的步骤。
138.如图6所示，电子设备还包括：总线603和通信接口604，处理器602、 通信接口604和存储器601通过总线603连接；处理器602用于执行存储 器601中存储的可执行模块，例如计算机程序。
139.其中，存储器601可能包含高速随机存取存储器(randomaccessmemory，简称ram)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatilememory)， 例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口604(可以是有线或者无 线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联 网，广域网，本地网，城域网等。
140.总线603可以是isa总线、pci总线或eisa总线等。所述总线可以分 为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图6中仅用一个双向 箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
141.其中，存储器601用于存储程序，所述处理器602在接收到执行指令 后，执行所述程序，前述本发明任一实施例揭示的过程定义的装置所执行 的方法可以应用于处理器602中，或者由处理器602实现。
142.处理器602可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现 过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器602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602可以是通用处理器，包括中 央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessing， 简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称 asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，简称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 以实现或者执行本发明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 本发明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 601，处理器602读取存储器601中的信息，结合其硬件完成上述方法的步 骤。
143.对应于上述方法，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质， 所述计算机可读存储介质存储有机器可运行指令，所述计算机可运行指令 在被处理器调用和运行时，
所述计算机可运行指令促使所述处理器运行上 述方法的步骤。
144.本发明实施例所提供的装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备 上的软件或固件等。本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技 术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处， 可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解 到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程， 均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
145.在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法， 也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的， 例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方 法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流 程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所 述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能 的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标 注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方 框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依 所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及 框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的 基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
146.又例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可 以有另外的划分方式，再例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到 另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的 相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或 单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
147.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的， 作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地 方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的 部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
148.所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使 用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发 明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的 部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储 介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服 务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步 骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，简称rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，简称 ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
149.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用 以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于 此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术 人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围 内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变 化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换， 并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。都应涵盖 在本发明的保
护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护 范围为准。