一种识别不同污染物种类的精准调控方法及系统与流程

本发明涉及空气监测的，具体为一种识别不同污染物种类的精准调控方法及系统。

背景技术：

1、污染物是指进入环境后能够直接或者间接危害人类的物质。按污染物的形态可分为气体污染物、液体污染物和固体废物。按污染物的性质可分为化学污染物、物理污染物和生物污染物；化学污染物又可分为无机污染物和有机污染物；物理污染物又可分为噪声、微波辐射、放射性污染物等；生物污染物又可分为病原体、变应原污染物等。按污染物在环境中物理、化学性状的变化可分为一次污染物和二次污染物。其中空气污染物分为二氧化硫、氮氧化物、粒子状污染物，慢性呼吸道炎症、肺气肿、肺癌的发病与空气颗粒物的污染程度明显相关，空气污染物可以通过不同种类监测设备进行定点实时监测，从而进行不同种类污染物识别预防，然而现有的空气污染物监测系统只能进行静态定点测量空气污染物种类和浓度，对于不同种类空气污染物无法进行动态空间形态分布测量、动态空间位置测量、运动速度测量以及危险预警提示。

2、中国申请公开号为cn109118129a，公开了一种大气污染物精准溯源识别系统，采用包括监测模块、信息处理模块、可视化协同决策模块；监测模块包括大气物理流场监测和大气化学特征因子监测，用于为信息处理模块提供输入数据；信息处理模块包括大气物理流场计算模块、化学计算模块、源解析模型、地理信息系统，大气物理流场计算模块定性定量描述大气污染物从排放源到被检测点所经历的全过程，本系统通过集成最新的微尺度大气物理流场监测模拟、高分辨大气化学污染特征谱成分检测、交叉谱溯源算法技术，建立园区尺度污染源识别技术方法，在识别解析定位园区各不同生产企业排放来源的基础上，还解决了微小尺度空间内，产业集聚度高，生产工艺类似，排放物类似等的小尺度、同类源问题，为阶段性监测站数据高于平均水平、园区大气环境预警预测和区域污染贡献量等问题的解决提供科学可行的识别、追踪、判断依据和工作抓手，虽然该系统可以实现空气污染物来源地，然而不能对空气污染物传播过程的动态空间形态分布测量、动态空间位置测量、运动速度进行有效分析测量，同时也不能对空气污染物危害性进行动态预警提示。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、为解决上述现有的空气污染物监测系统只能进行静态定点测量空气污染物种类和浓度，对于不同种类空气污染物无法进行动态空间形态分布测量、动态空间位置测量、运动速度测量以及危险预警提示的问题，实现以上动态空间形态分布测量、动态空间位置测量、运动速度测量、危险预警提示的目的。

3、（二）技术方案

4、本发明通过以下技术方案予以实现：一种识别不同污染物种类的精准调控方法，该方法包括如下步骤：

5、1.一种识别不同污染物种类的精准调控方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

6、s1、采集空气污染物种类特征数据和空气污染物监测点空间坐标数据；

7、s2、汇集空气污染物种类特征数据和空气污染物监测点空间坐标数据，依据空气污染物监测点空间坐标数据对空气污染物空间形态分布采用空间形态建模算法进行三维空间建模处理生成空气污染物空间形态分布特征数据；

8、s3、将空气污染物空间形态分布特征数据与对应地理地图模型数据进行匹配输出显示空气污染物空间形态位置数据；

9、s4、在选定时间段配合空气污染物空间形态位置数据测量空气污染物空间形态位移量并求解空间速度，分析空气污染物空间形态空间速度变化特征匹配输出空气污染物空间运动变化模型；

10、若空气污染物空间速度变化特征参数恒定为零，则为空气污染物空间形态运动匹配匀速运动模型，若空气污染物空间速度变化特征参数恒定为常数，则为空气污染物空间形态运动匹配匀加速或匀减速运动模型，若空气污染物空间速度变化特征参数动态变化，则为空气污染物空间形态运动匹配加速度变化的变速运动模型；

11、s5、在选定时间段配合空气污染物空间形态位置数据测量空气污染物空间形态距离海平面地理地面的最小高度值以及最小高度值变化量，求解最小高度值变化量速度，分析最小高度值变化量速度变化特征匹配输出空气污染物空间最小高度值变化量运动模型；

12、若空气污染物空间形态距离海平面地理地面最小高度值变化量速度变化特征参数恒定为零，则为空气污染物空间形态沿着海平面地理地面方向的最小高度值变化量运动匹配匀速运动模型，若空气污染物空间形态距离海平面地理地面最小高度值变化量速度变化特征参数恒定为常数，则为空气污染物空间形态沿着海平面地理地面方向的最小高度值变化量运动匹配匀加速或匀减速运动模型，若空气污染物空间形态距离海平面地理地面最小高度值变化量速度变化特征参数动态变化，则为空气污染物空间形态沿着海平面地理地面方向的最小高度值变化量运动匹配加速度变化的变速运动模型；

13、s6、调用空气污染物空间形态位置数据、空气污染物空间运动变化模型、空气污染物空间最小高度值变化量运动模型以及空气污染物空间坐标点变化运动方向进行空气污染物危险预警提示。

14、优选的，所述采集空气污染物种类特征数据和空气污染物监测点空间坐标数据的操作步骤如下：

15、s11、采集空气污染物种类特征数据和空气污染物监测点空间坐标数据并建立矩阵；，；；其中表示第种对应的空气污染物种类特征数据和空气污染物监测点空间坐标数据矩阵，表示第种空气污染物对应的以地球海平面建立的空间直角坐标系的第个空气污染物监测点空间坐标数据。

16、优选的，所述汇集空气污染物种类特征数据和空气污染物监测点空间坐标数据，依据空气污染物监测点空间坐标数据对空气污染物空间形态分布采用空间形态建模算法进行三维空间建模处理生成空气污染物空间形态分布特征数据的操作步骤如下：

17、s21、调用空气污染物种类特征数据和空气污染物监测点空间坐标数据矩阵；

18、s22、采用halcon算子：xyz_to_object_model_3d；将含有三维空间坐标的数值矩阵生成一个空间三维形态模型；

19、xyz_to_object_model_3d=(imagex,imagey,imagez,modelq)，其中imagex:含有物体三维空间中的x坐标信息；imagey:含有物体三维空间中的y坐标信息；imagez:含有物体三维空间中的z坐标信息；modelq表示生成后空间三维形态模型量；

20、将s21中空气污染物种类特征数据和空气污染物监测点空间坐标数据矩阵中所有空气污染物监测点空间坐标按照坐标序号有序分别将横坐标赋值给imagex即imagex=；将纵坐标赋值给imagey即imagey=；将竖坐标赋值给imagez即imagez=。

21、s23、空气污染物监测点空间坐标赋值完成，halcon算子建模生成空气污染物空间形态分布特征数据集合。

22、优选的，所述空气污染物空间形态分布特征数据与对应地理地图模型数据进行匹配输出显示空气污染物空间形态位置数据的操作步骤如下：

23、s31、获取空气污染物空间形态分布特征数据集合；

24、s32、空气污染物空间形态分布特征数据集合与空气污染物对应地理地图模型进行匹配输出空气污染物空间形态位置数据集合。

25、优选的，所述在选定时间段配合空气污染物空间形态位置数据测量空气污染物空间形态位移量并求解空间速度的操作步骤如下：

26、s41、建立采集相同时间段矩阵，；其中表示第个时间段；，；

27、s42、结合空气污染物空间形态位置数据集合，获取相同时间段，空气污染物空间形态沿着运动方向的尾部或头部任一位置形态在时间点的空气污染物监测点空间坐标，在时间点的空气污染物监测点空间坐标，；

28、s43、采用距离公式计算空气污染物空间形态在相同时间段内空气污染物空间形态的空间位移量

29、；

30、s44、求解空气污染物空间形态在相同时间段内空气污染物空间形态的空间速度；

31、s45、采用s42、s43、s44步骤求解相同时间段矩阵所有相同时间段的空气污染物空间形态的空间速度并建立空气污染物空间形态的空间速度矩阵

32、。

33、优选的，所述分析空气污染物空间形态空间速度变化特征匹配输出空气污染物空间运动变化模型的操作步骤如下：

34、s51、分析计算空气污染物空间形态的空间速度矩阵中相邻两个相同时间段和内平均位移速度加速度系数

35、；

36、计算相同时间段和内平均位移速度加速度系数

37、；

38、计算相同时间段和内平均位移速度加速度系数

39、；

40、s52、当===0表示空气污染物空间形态沿着运动方向以匀速运动，相同时间段的位移量，单位为km/h；

41、当===常数表示空气污染物空间形态沿着运动方向以匀加速或匀减速运动，为正数是匀加速，为负数是匀减速，相同时间段的位移量，是相同时间段开始时的初始速度，为单位为km/h；

42、当≠≠表示空气污染物空间形态沿着运动方向以加速度变化的变速运动，相同时间段的位移量不具有可预测性。

43、优选的，所述在选定时间段配合空气污染物空间形态位置数据测量空气污染物空间形态距离海平面地理地面的最小高度值以及最小高度值变化量，求解最小高度值变化量速度的操作步骤如下：

44、s61、采集相同时间段矩阵，结合空气污染物空间形态位置数据集合，获取相同时间段内，空气污染物空间形态在时间点距离海平面地理地面最小高度点的空气污染物监测点空间坐标，；在时间点距离海平面地理地面最小高度点的空气污染物监测点空间坐标，；

45、s62、依据和时间点的距离海平面地理地面最低点的空气污染物监测点空间坐标和，获取空气污染物空间形态在时间点距离海平面地理地面最小高度值，在时间点距离海平面地理地面最小高度值，计算相同时间段内空气污染物空间形态距离海平面地理地面的最小高度值变化量；

46、s63、求解空气污染物空间形态距离海平面地理地面的最小高度值变化量在相同时间段内空气污染物空间形态距离海平面地理地面的最小高度值变化量速度；

47、s64、采用s61、s62、s63步骤求解相同时间段矩阵所有相同时间段的空气污染物空间形态距离海平面地理地面的最小高度值变化量速度并建立空气污染物空间形态距离海平面地理地面的最小高度值变化量速度矩阵

48、。

49、优选的，所述分析最小高度值变化量速度变化特征匹配输出空气污染物空间最小高度值变化量运动模型的操作步骤如下：

50、s71、分析计算空气污染物空间形态距离海平面地理地面的最小高度值变化量速度中相邻两个相同时间段和内平均高度变化速度加速度系数

51、；

52、计算相同时间段和内平均高度变化速度加速度系数

53、；

54、计算相同时间段和内平均高度变化速度加速度系数

55、；

56、s72、当===0表示空气污染物空间形态沿着地理地面运动方向以匀速下降或空气污染物空间形态背离地理地面运动方向以匀速上升运动，相同时间段的空气污染物空间形态距离海平面地理地面的最小高度值为，其中沿着地理地面运动方向取负数，背离地理地面运动方向取正数，是相同时间段开始时空气污染物空间形态距离海平面地理地面的最小高度值，单位为km/h；

57、当===常数表示空气污染物空间形态沿着地理地面运动方向以匀加速或匀减速运动下降，空气污染物空间形态背离地理地面运动方向以匀加速或匀减速运动上升，为正数是匀加速，为负数是匀减速，相同时间段的位移量，相同时间段开始时的初始速度，沿着地理地面运动方向取负数，背离地理地面运动方向取正数，是相同时间段开始时空气污染物空间形态距离海平面地理地面的最小高度值，单位为km/h；

58、当≠≠表示空气污染物空间形态沿着运动方向以加速度变化的变速运动，相同时间段的位移量不具有可预测性。

59、优选的，所述调用空气污染物空间形态位置数据、空气污染物空间运动变化模型、空气污染物空间最小高度值变化量运动模型以及空气污染物空间坐标点变化运动方向进行空气污染物危险预警提示播报的操作步骤如下：

60、s81、对于符合空气污染物空间运动变化模型和空气污染物空间最小高度值变化量运动模型的空气污染物空间形态，调用空气污染物空间形态位置数据集合、空气污染物空间运动变化模型、空气污染物空间最小高度值变化量运动模型；

61、s82、求解相同时间段，空气污染物空间形态的空间位移量，空气污染物空间形态距离海平面地理地面的最小高度值；

62、s83、判断空气污染物空间形态距离海平面地理地面的最小高度值与空气污染物安全高度设定高度值进行比较；

63、当﹥，表明空气污染物空间形态距离海平面地理地面的最小高度值大于空气污染物安全高度设定高度值，处于安全状态，不用空气污染物危险预警；

64、当≤，表明空气污染物空间形态距离海平面地理地面的最小高度值小于等于空气污染物安全高度设定高度值，处于危险状态，系统获取空气污染物空间形态在相同时间段后到达的地理坐标信息以及空气污染物空间形态距离海平面地理地面的最小高度值小于等于空气污染物安全高度设定高度值的信息推送给用户，进行空气污染物危险预警。

65、一种实现所述的识别不同污染物种类的精准调控方法的系统，该系统包括污染物种类和监测点坐标获取模块、污染物空间形态分布构建模块、污染物动态位置及移速测量模块、污染物危险测量预警模块；

66、所述污染物种类和监测点坐标获取模块包括污染物种类特征采集单元、污染物监测点坐标采集单元；所述污染物种类特征采集单元，用于使用污染物监测仪器采集空气污染物种类特征数据，所述污染物监测点坐标采集单元，用于使用污染物监测仪器获取空气污染物监测点空间坐标数据；

67、所述污染物空间形态分布构建模块、包括污染物种类特征和监测点

68、坐标数据汇总单元、污染物空间形态分布建模单元；所述污染物种类特征和监测点坐标数据汇总单元，用于汇集空气污染物种类特征数据和空气污染物监测点空间坐标数据；所述污染物空间形态分布建模单元，用于采用空气污染物监测点空间坐标数据对空气污染物空间形态分布进行空间建模处理生成空气污染物空间形态分布特征数据；

69、所述污染物动态位置及移速测量模块包括污染物空间形态与地理模型匹配输出单元、污染物空间位置测绘显示单元、污染物移动速度模型分析单元；所述污染物空间形态与地理模型匹配输出单元，将空气污染物空间形态分布特征数据与对应地理地图模型数据进行匹配输出；所述污染物空间位置测绘显示单元，将空气污染物空间形态分布特征数据与对应地理地图模型数据进行匹配输出的空气污染物空间形态位置数据通过显示设备进行投影显示；所述污染物移动速度模型分析单元，用于在选定时间段和空气污染物空间形态位置数据测量空气污染物空间形态位移量并求解空间速度，分析空气污染物空间形态空间速度变化特征匹配输出空气污染物空间运动变化模型；

70、所述污染物危险测量预警模块包括污染物危险高度模型分析单元、污染物危险警报提示单元；所述污染物危险高度模型分析单元，用于选定时间段和空气污染物空间形态位置数据测量空气污染物空间形态距离海平面地理地面的最小高度值以及最小高度值变化量，求解最小高度值变化量速度，分析最小高度值变化量速度变化特征匹配输出空气污染物空间最小高度值变化量运动模型；所述污染物危险警报提示单元，调用空气污染物空间形态位置数据、空气污染物空间运动变化模型、空气污染物空间最小高度值变化量运动模型以及空气污染物空间坐标点变化运动方向进行空气污染物危险预警提示播报。

71、（三）有益效果

72、本发明提供了一种识别不同污染物种类的精准调控方法及系统。具备以下有益效果：

73、一、通过污染物种类和监测点坐标获取模块实时识别采集不同种类空气污染物特征数据和空气污染物的监测点的空间坐标数据，便于对空气污染物进行空间位置定位；污染物空间形态分布构建模块建立不同种类空气污染物监测点空间坐标数据矩阵，配合空间形态建模算法生成空气污染物的空气污染物空间形态分布特征的空间三维形态模型，从而实现空气污染物的动态空间形态分布测量显示；污染物动态位置及移速测量模块，将空气污染物空间形态分布特征数据与地理地图模型进行匹配输出、投影显示，同时利用空气污染物空间形态位移量、空气污染物空间形态空间速度、空气污染物空间形态平均位移速度加速度系数进行特征分析匹配空气污染物空间运动变化模型，从而实现空气污染物空间形态的动态空间位置和运动速度预测；污染物危险测量预警模块，将空气污染物空间形态位置数据测量空气污染物空间形态距离海平面地理地面的最小高度值、最小高度值变化量、最小高度值变化量速度、平均高度变化速度加速度系数进行特征分析匹配匹配输出空气污染物空间最小高度值变化量运动模型，从而实现空气污染物空间形态的动态空间高度位置和运动速度预测并进行危险预警。

74、二、通过污染物空间形态与地理模型匹配输出单元，将空气污染物空间形态分布特征数据与对应地理地图模型数据进行匹配输出，实现空气污染物的精确定位；污染物空间位置测绘显示单元，将空气污染物空间形态分布特征数据与对应地理地图模型数据进行匹配输出的空气污染物空间形态位置数据通过显示设备进行投影直观显示；污染物移动速度模型分析单元，在选定时间段和空气污染物空间形态位置数据测量分析空气污染物空间形态位移量、空间速度以及平均位移速度加速度系数特征，从而匹配输出空气污染物空间运动变化模型，实现预测空气污染物动态空间位置。

75、三、通过污染物危险高度模型分析单元，在选定时间段匹配空气污染物空间形态位置数据测量空气污染物空间形态距离海平面地理地面的最小高度值、最小高度值变化量、最小高度值变化量速度、平均高度变化速度加速度系数，从而匹配输出空气污染物空间最小高度值变化量运动模型，实现预测空气污染物距离地理地面的危险高度值，污染物危险警报提示单元，利用空气污染物空间形态位置数据、空气污染物空间运动变化模型、空气污染物空间最小高度值变化量运动模型以及空气污染物空间运动方向数据，对具有危害性的空气污染物空间形态的空间位置、危险进行预警提示，提高了空气污染物的识别预警效果。