專利名稱：環(huán)境惡臭污染定量監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測(cè)，具體涉及環(huán)境惡臭污染定量監(jiān)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
近幾年，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，諸多化工、石化、焦化、污水處理廠、垃圾處理廠、制藥廠、釀酒廠、水泥廠等項(xiàng)目相繼建設(shè)投運(yùn)，與此同時(shí)所伴生的惡臭污染日益成為環(huán)保投訴的熱點(diǎn)話題。惡臭污染不同于其他大氣污染，主要特點(diǎn)是惡臭物質(zhì)種類多、分布廣、影響范圍大，目前已知的惡臭氣體大約有4500種，產(chǎn)生惡臭的污染源有工業(yè)污染源，生活污染源(如衛(wèi)生間，堆放垃圾物，下水道等)和體泌污染物等，這些污染源不斷產(chǎn)生醇類、醛類和脂類等不完全氧化的惡臭物質(zhì)及大量難聞的臭氣。因此，開展大氣惡臭的定量監(jiān)測(cè)，為環(huán)境管理、惡臭治理與評(píng)價(jià)提供詳盡準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)十分必要。目前，定量檢測(cè)惡臭的方法主要有兩種:一是以測(cè)定大氣中惡臭成份為中心的儀器分析法，另一種是把人的嗅覺作為監(jiān)測(cè)器來測(cè)定臭氣強(qiáng)度的感官測(cè)定法，最主要的依據(jù)是《空氣質(zhì)量惡臭的測(cè)定三點(diǎn)比較式嗅袋法》GB/T14675-93)。但是，上述兩種方法都存在一定的局限性。儀器分析法雖然可以精確檢測(cè)出大氣中相應(yīng)物質(zhì)的濃度，但無法將臭味物質(zhì)的濃度與人的感官強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)起來。而感官測(cè)定法需要依據(jù)專業(yè)培訓(xùn)的嗅辨員的感官判斷來確定惡臭濃度，此種方法存在一定的主觀性，而且在數(shù)據(jù)傳承性、監(jiān)測(cè)及時(shí)性、數(shù)據(jù)重復(fù)性及操作成本上都存在嚴(yán)重問題，導(dǎo)致無法實(shí)質(zhì)性的對(duì)大氣污染進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是解決如何快捷、準(zhǔn)確地定量監(jiān)測(cè)環(huán)境中惡臭污染的問題。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種環(huán)境惡臭污染定量監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟:利用多種氣體檢測(cè)傳感器組成的傳感器陣列依次對(duì)多種標(biāo)準(zhǔn)樣品氣體進(jìn)行檢測(cè)，針對(duì)每一種標(biāo)準(zhǔn)樣品氣體獲得一組標(biāo)準(zhǔn)傳感器信號(hào)值和對(duì)應(yīng)的惡臭強(qiáng)度值；根據(jù)多組標(biāo)準(zhǔn)傳感器信號(hào)值和對(duì)應(yīng)的惡臭強(qiáng)度值，通過偏最小二乘法建立所述傳感器陣列的檢測(cè)值與惡臭強(qiáng)度值之間的線性相關(guān)性曲線；通過所述傳感器陣列實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前大氣環(huán)境，獲得所述傳感器陣列的一組實(shí)際檢測(cè)信號(hào)值，并根據(jù)所述線性相關(guān)性曲線將所述實(shí)際檢測(cè)信號(hào)值換算為污染當(dāng)前大氣環(huán)境的實(shí)際惡臭強(qiáng)度值。在上述方法中，建立所述線性相關(guān)性曲線時(shí)，每組輸入數(shù)據(jù)為各所述標(biāo)準(zhǔn)傳感器信號(hào)值在一段時(shí)間內(nèi)的積分。在上述方法中，所述一段時(shí)間至少為10分鐘。
在上述方法中，根據(jù)多組標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)值傳感器和對(duì)應(yīng)的惡臭類型，通過線性判別法建立所述傳感器陣列的檢測(cè)值與惡臭類型的一維離散圖譜，形成惡臭類型模板；根據(jù)所述實(shí)際檢測(cè)信號(hào)值和所述惡臭類型模板，識(shí)別出污染當(dāng)前大氣環(huán)境的惡臭類型。本發(fā)明，通過偏最小二乘法值建立傳感器陣列的檢測(cè)值與惡臭強(qiáng)度值之間的線性相關(guān)性曲線，從而可以對(duì)應(yīng)的獲得污染當(dāng)前大氣環(huán)境的實(shí)際惡臭強(qiáng)度值，檢測(cè)速度快，并且排除了人為主觀性的影響。


圖1為本發(fā)明提供的大氣環(huán)境惡臭污染定量監(jiān)測(cè)方法流程圖；圖2為本發(fā)明中偏最小二乘法建立傳感器陣列的檢測(cè)值與惡臭強(qiáng)度值之間的線性相關(guān)性曲線的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作出詳細(xì)的說明。本發(fā)明提供的大氣環(huán)境惡臭污染定量監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟:步驟1、將多種氣體檢測(cè)傳感器組成傳感器陣列，分別利用該傳感器陣列和三點(diǎn)比較式嗅袋法依次對(duì)多種標(biāo)準(zhǔn)樣品氣體進(jìn)行檢測(cè)，針對(duì)每一種標(biāo)準(zhǔn)樣品氣體獲得一組標(biāo)準(zhǔn)傳感器信號(hào)值和對(duì)應(yīng)的惡臭強(qiáng)度值。本實(shí)施例中，傳感器陣列包括I個(gè)PID光電傳感器和8個(gè)電化學(xué)傳感器。PID光電傳感器用于檢測(cè)極低濃度(O-1OOOppm)的揮發(fā)性有機(jī)化合物(V0C，Volatile Organic Compounds)和其它有毒氣體,例如:芳香類:含有苯環(huán)的系列化合物，比如:苯，甲苯，萘等；酮類和醛類:含有C=O鍵的化合物。比如:丙酮，等；氨和胺類:含N的碳?xì)浠衔铩１热缍谆返?；鹵代烴類:硫代烴類:不飽和烴類:烯烴等；醇類；不含碳的無機(jī)氣體:氨、砷、硒等，溴和碘類等。8個(gè)電化學(xué)傳感器分別用于檢測(cè):氨氣(順3)、硫化氫(H2S)、三甲胺((CH3)3N)、苯乙烯(C8H8)、甲硫醇(CH3SH)、甲硫醚((CH3) 2S)、二甲二硫醚((CH3) S2)、二硫化碳(CS2)。步驟I的具體作法是:首先，利用傳感器陣列對(duì)一種標(biāo)準(zhǔn)樣品氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并保存上述傳感器陣列獲得的一組相應(yīng)響應(yīng)信號(hào)(標(biāo)準(zhǔn)傳感器信號(hào)值)。然后，將上述標(biāo)準(zhǔn)樣品氣體通過三點(diǎn)比較式嗅袋法人工嗅出其惡臭強(qiáng)度(OU)值，獲得該標(biāo)準(zhǔn)樣品氣體對(duì)應(yīng)的惡臭強(qiáng)度(OU)值。更換不同的標(biāo)準(zhǔn)樣品氣體，采用上述同樣的方法分別獲得針對(duì)每一種標(biāo)準(zhǔn)樣品氣體的一組標(biāo)準(zhǔn)傳感器信號(hào)值和對(duì)應(yīng)的惡臭強(qiáng)度值。步驟2、根據(jù)多組標(biāo)準(zhǔn)傳感器信號(hào)值和對(duì)應(yīng)的惡臭強(qiáng)度值，通過偏最小二乘法PLS(Partial least squares method)建立上述傳感器陣列的檢測(cè)值與惡臭強(qiáng)度值之間的線性相關(guān)性曲線；PLS算法是一種多因變量對(duì)多自變量的回歸建模方法，可以較好的解決許多以往用普通多元回歸無法解決的問題，偏最小二乘回歸的原理是建立一個(gè)線性模型:Y=XB+E，其中X是具有m個(gè)變量、η個(gè)樣本點(diǎn)的響應(yīng)矩陣，Y是具有ρ個(gè)變量、η個(gè)樣本點(diǎn)的預(yù)測(cè)矩陣，B是回歸系數(shù)矩陣，E為噪音校正矩陣，與Y具有相同的維數(shù)，采用回歸算法找出兩個(gè)矩陣X和Y之間的線性關(guān)系。傳統(tǒng)的PLS算法，其輸入數(shù)據(jù)為各傳感器在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的信號(hào)值，本發(fā)明中，對(duì)PLS算法進(jìn)行了改進(jìn)，每組輸入數(shù)據(jù)為各標(biāo)準(zhǔn)傳感器信號(hào)值在一段時(shí)間內(nèi)的積分，該時(shí)間段不少于10分鐘，在這個(gè)基礎(chǔ)上做出的偏最小二乘回歸分析、曲線擬合，結(jié)果更準(zhǔn)確、可靠。本發(fā)明中，(多變量)PLS算法的模型為:X = ΤΡτ+ΕY = UQT+F
其中:X為nXm型預(yù)測(cè)矩陣，m為傳感器陣列中傳感器的數(shù)量，η為采樣數(shù)量；YSnXp型響應(yīng)矩陣，ρ為惡臭強(qiáng)度值，η為采樣數(shù)量；T和U分別為X和Y的投影，SpXl型矩陣，ρ為矩陣的行變量，I為矩陣的列變量，Pt表示P的轉(zhuǎn)置矩陣，Qt表示Q的轉(zhuǎn)置矩陣；P和Q分別為mX I與ρ X I型正交荷載矩陣；E和F為誤差項(xiàng)矩陣，其分量為擬合模型與實(shí)際觀測(cè)值在各點(diǎn)的殘差(或離差)，殘差的加權(quán)平方和達(dá)到最小，此時(shí)所求曲線稱作在加權(quán)最小二乘意義下對(duì)數(shù)據(jù)的擬合曲線，E和F假定為正規(guī)矩陣；本發(fā)明中，對(duì)傳統(tǒng)PLS算法模型Y=XB+E中的X和Y進(jìn)行了分解，其目的是為了最大化T和U的協(xié)方差，構(gòu)造X和Y之間的線性回歸方程為Y = XB+B。。實(shí)現(xiàn)PLS算法的過程如下:步驟SI 1、輸入?yún)?shù):W(°)、W(1)、......W(H)和 γ ；W(°)、Wa).......W(H)分別對(duì)應(yīng)一組傳感器陣列中的一個(gè)傳感器檢測(cè)值的向量(即
多組檢測(cè)值)，1 = 9；y為三點(diǎn)比較式嗅袋法人工嗅出的對(duì)應(yīng)惡臭強(qiáng)度(OU)值的向量(即多組(OU)值)。步驟S12、進(jìn)行初始化:Χ(0)—X;w(0) ^ xTy/l |x" y| I ；T(0) — XW(o)I I表示矩陣行列式。步驟S13、進(jìn)入一個(gè)循環(huán)體，循環(huán)變量為k，范圍從O到1，利用循環(huán)體求出回歸系數(shù)B和Btl，循環(huán)體工作過程如下:tk — T(k)TT(k);T(k) — T(k)/tk;Pk — T(k)TT(k);
qk — yTT(k)。其中，t是為了演算方便定義的一個(gè)中間變量。計(jì)算qk的值,如果qk = O,就將k賦給1，并中斷循環(huán)，轉(zhuǎn)步驟S15 ;如果qk幸O,則判斷k和I的關(guān)系，如果k小于1，則轉(zhuǎn)步驟S14 ;否則轉(zhuǎn)步驟S15 ；步驟S14，令，X(k+1) — X(k)-tkT(k)P(k)T ；ff(k+1) - X(k+1)Ty；T(k+1) — X(k+1)W(k+1)循環(huán)體結(jié)束。步驟S15、定義W為包含這些列的矩陣W(°)、ff(1).......W(H)，類似的定義P，q ；B —W (PUBci^qc1 -P(O)B;B和B。為算法(函數(shù))的返回結(jié)果。建立了標(biāo)準(zhǔn)傳感器檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)弱與惡臭強(qiáng)度(OU)值高低的對(duì)應(yīng)線性關(guān)系后，只要有傳感器響應(yīng)的信號(hào)值，就會(huì)計(jì)算出相對(duì)應(yīng)的惡臭強(qiáng)度(OU)值。步驟3、通過傳感器陣列實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前大氣環(huán)境，獲得傳感器陣列的一組實(shí)際檢測(cè)信號(hào)值，并根據(jù)線性相關(guān)性曲線將實(shí)際檢測(cè)信號(hào)值換算為污染當(dāng)前大氣環(huán)境的實(shí)際惡臭強(qiáng)度值。另外，本發(fā)明中，根據(jù)多組標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)值傳感器和對(duì)應(yīng)的惡臭類型，通過線性判別法建立傳感器陣列的檢測(cè)值與惡臭類型的一維離散圖譜，形成惡臭類型模板。根據(jù)實(shí)際檢測(cè)信號(hào)值和惡臭類型模板獲得污染當(dāng)前環(huán)境的惡臭類型。本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人應(yīng)該得知在本發(fā)明的啟示下作出的結(jié)構(gòu)變化，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.大氣環(huán)境惡臭污染定量監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟: 利用多種氣體檢測(cè)傳感器組成的傳感器陣列依次對(duì)多種標(biāo)準(zhǔn)樣品氣體進(jìn)行檢測(cè)，針對(duì)每一種標(biāo)準(zhǔn)樣品氣體獲得一組標(biāo)準(zhǔn)傳感器信號(hào)值和對(duì)應(yīng)的惡臭強(qiáng)度值； 根據(jù)多組標(biāo)準(zhǔn)傳感器信號(hào)值和對(duì)應(yīng)的惡臭強(qiáng)度值，通過偏最小二乘法建立所述傳感器陣列的檢測(cè)值與惡臭強(qiáng)度值之間的線性相關(guān)性曲線； 通過所述傳感器陣列實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前大氣環(huán)境，獲得所述傳感器陣列的一組實(shí)際檢測(cè)信號(hào)值，并根據(jù)所述線性相關(guān)性曲線將所述實(shí)際檢測(cè)信號(hào)值換算為污染當(dāng)前大氣環(huán)境的實(shí)際惡臭強(qiáng)度值。
2.如權(quán)利要求1所述的大氣環(huán)境惡臭污染定量監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，建立所述線性相關(guān)性曲線時(shí)，每組輸入數(shù)據(jù)為各所述標(biāo)準(zhǔn)傳感器信號(hào)值在一段時(shí)間內(nèi)的積分。
3.如權(quán)利要求2所述的大氣環(huán)境惡臭污染定量監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述一段時(shí)間至少為10分鐘。
4.如權(quán)利要求1所述的環(huán)境惡臭污染定量監(jiān)測(cè)方法，其特征在于， 根據(jù)多組標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)值傳感器和對(duì)應(yīng)的惡臭類型，通過線性判別法建立所述傳感器陣列的檢測(cè)值與惡臭類型的一維離散圖譜，形成惡臭類型模板； 根據(jù)所述實(shí)際檢測(cè)信號(hào)值和所述惡臭類型模板，識(shí)別出污染當(dāng)前大氣環(huán)境的惡臭類型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大氣環(huán)境惡臭污染定量監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟，利用傳感器陣列依次對(duì)多種標(biāo)準(zhǔn)樣品氣體進(jìn)行檢測(cè)，針對(duì)每一種標(biāo)準(zhǔn)樣品氣體獲得一組標(biāo)準(zhǔn)傳感器信號(hào)值和對(duì)應(yīng)的惡臭強(qiáng)度值；根據(jù)多組標(biāo)準(zhǔn)傳感器信號(hào)值和對(duì)應(yīng)的惡臭強(qiáng)度值，通過偏最小二乘法值建立傳感器陣列的檢測(cè)值與惡臭強(qiáng)度值之間的線性相關(guān)性曲線；通過傳感器陣列實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前大氣環(huán)境，獲得傳感器陣列的一組實(shí)際檢測(cè)信號(hào)值，并根據(jù)線性相關(guān)性曲線將實(shí)際檢測(cè)信號(hào)值換算為污染當(dāng)前大氣環(huán)境的實(shí)際惡臭強(qiáng)度值。本發(fā)明，通過建立傳感器陣列的檢測(cè)值與惡臭強(qiáng)度值之間的線性相關(guān)性曲線，得到獲得污染當(dāng)前大氣環(huán)境的實(shí)際惡臭強(qiáng)度值，檢測(cè)速度快，并且排除了人為主觀性的影響。
文檔編號(hào)G01N21/00GK103196830SQ20131009852
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月26日
發(fā)明者郭勇輝, 樊喜來, 霍金芳, 耿利華 申請(qǐng)人:北京拓?fù)渲泅慰萍加邢薰?br>