本發(fā)明涉及空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種智能空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)裝置及其控制方法。

背景技術(shù)：

空氣質(zhì)量問題日益突出，人們對(duì)于自身生存的環(huán)境質(zhì)量也愈發(fā)重視，其中對(duì)于空氣質(zhì)量的關(guān)注便是其中最為突出的之一。生活中人們要戶外活動(dòng)，又要注重健康的作息時(shí)間，但對(duì)自己身邊小范圍內(nèi)的空氣質(zhì)量卻一無所知，尤其是實(shí)時(shí)的空氣質(zhì)量。目前小范圍區(qū)域內(nèi)空氣質(zhì)量沒有實(shí)時(shí)性預(yù)報(bào)裝置，告知人們是否適宜戶外活動(dòng)，這對(duì)人們的健康生活和作息造成了一定程度上的不便。

現(xiàn)有的空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)都是針對(duì)城市的大片區(qū)域(區(qū)級(jí)別)，卻沒有針對(duì)城市空間小范圍區(qū)域的實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)裝置與方法。

現(xiàn)有的傳統(tǒng)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)方法不能很好適應(yīng)目前國家實(shí)施的空氣質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)，魯棒性較差，對(duì)于噪聲數(shù)據(jù)的適應(yīng)能力很差。

此外，現(xiàn)有的城市空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)裝置大多歸于氣象和環(huán)保部門管理，不能及時(shí)有效地將局部小區(qū)域空氣質(zhì)量狀況信息發(fā)布到客戶端，而且必須要有客戶終端硬件和軟件支持，對(duì)于公眾來說很不方便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種智能空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)裝置及其控制方法，該裝置可以安放在城市中的公共空間內(nèi)，能根據(jù)周邊環(huán)境實(shí)時(shí)地、準(zhǔn)確地、一目了然地顯示空氣質(zhì)量信息，可以針對(duì)城市空間小范圍區(qū)域的空氣質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)，并且公眾無需靠客戶終端硬件和軟件支持，即可方便快捷地獲知該區(qū)域空氣質(zhì)量信息，非常方便。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種智能空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)裝置，其包括：感知單元、主控制單元、空氣質(zhì)量指示單元以及電源單元，其中，

所述感知單元包括：傳感器感知電路，所述傳感器感知電路上設(shè)置有傳感器，用于感知空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)；

所述主控制單元與所述感知單元相連，用于接收所述感知單元感知的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，并根據(jù)其中存儲(chǔ)的空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)模型及所述空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)將空氣質(zhì)量分為不同的空氣質(zhì)量等級(jí)；

所述空氣質(zhì)量指示單元與所述主控制單元相連，用于指示空氣質(zhì)量等級(jí)，以不同的顏色表示不同的空氣質(zhì)量等級(jí)；

所述電源單元分別與所述主控制單元以及所述空氣質(zhì)量指示單元相連，用于為所述主控制單元以及所述空氣質(zhì)量指示單元供電。

較佳地，還包括：顯示器，所述顯示器與所述主控制單元相連，用于實(shí)時(shí)顯示空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)。

較佳地，紅外傳感器，所述紅外傳感器與所述主控制單元相連，用于感知是否有人靠近，當(dāng)有人靠近時(shí)，通過所述主控制單元控制所述顯示器打開，當(dāng)無人靠近時(shí)，通過所述主控制單元控制所述顯示器關(guān)閉，既能方便人們直觀地查看，又能節(jié)約能量。

較佳地，還包括：通信單元，所述通信單元與所述主控制單元相連，用于將所述空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)上傳到本地和/或?qū)λ隹諝赓|(zhì)量評(píng)價(jià)模型進(jìn)行更新；進(jìn)一步地，

所述通信單元包括無線射頻天線及其控制電路。評(píng)價(jià)裝置周圍的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)是變化的，如果空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)跟空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)模型相差太多時(shí)評(píng)價(jià)就不準(zhǔn)確，因此，定時(shí)根據(jù)最新的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)建立新的空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，并將其更新到評(píng)價(jià)裝置中，評(píng)價(jià)更準(zhǔn)確可靠。

較佳地，所述傳感器感知電路包括：常駐傳感器區(qū)域以及可擴(kuò)展傳感器區(qū)域，常駐傳感器區(qū)域設(shè)置常用的傳感器，可擴(kuò)展傳感器區(qū)域可以根據(jù)需要設(shè)置特殊的傳感器。

較佳地，還包括：裝置外殼，所述感知單元以及所述空氣質(zhì)量指示單元突出設(shè)置在所述裝置外殼的頂部；

所述主控制單元以及所述電源單元設(shè)置在所述裝置外殼的內(nèi)部；進(jìn)一步地，

所述裝置外殼上設(shè)置有第一通風(fēng)孔，當(dāng)所述裝置外殼內(nèi)的溫度低于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，所述第一通風(fēng)孔關(guān)閉，當(dāng)所述裝置外殼內(nèi)的溫度高于所述預(yù)設(shè)溫度時(shí)，所述主控制單元控制所述第一通風(fēng)孔打開，以散熱，防止裝置外殼內(nèi)溫度過高造成系統(tǒng)故障。

較佳地，所述感知單元還包括：感知單元外殼，所述傳感器感知電路以及所述傳感器設(shè)置在所述感知單元外殼中；

所述感知單元外殼上設(shè)置有第二通風(fēng)孔。

較佳地，所述第二通風(fēng)孔設(shè)置在所述感知單元外殼的側(cè)面和/或底部，這種結(jié)構(gòu)布局可以防止雨雪天氣雨水的侵入可能對(duì)傳感器電路造成損傷的問題。

本發(fā)明還提供一種智能控制質(zhì)量實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)裝置的控制方法，其包括以下步驟：

S11：感知單元感知空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，并將所述空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺刂茊卧?/p>

S12：所述主控制單元根據(jù)其中存儲(chǔ)的空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)模型對(duì)所述空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，得到空氣質(zhì)量等級(jí)；

S13：所述主控制單元根據(jù)所述空氣質(zhì)量等級(jí)，控制所述空氣質(zhì)量等級(jí)指示單元以不同顏色指示不同的所述空氣質(zhì)量等級(jí)。

較佳地，所述步驟S12和步驟S13之間或所述步驟S13之后還包括：

S14：所述主控制單元控制顯示器將所述空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)顯示在所述顯示器上；

進(jìn)一步地，所述步驟S14具體包括：當(dāng)紅外傳感器感測(cè)到所述顯示器前方有人時(shí)，所述主控制單元控制所述顯示器打開，且顯示所述空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)；當(dāng)所述紅外傳感器未感測(cè)到顯示器前方有人時(shí)，所述主控制單元控制所述顯示器關(guān)閉。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明提供的智能空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)裝置及其控制方法可以便捷地安防在城市中的公共空間內(nèi)，能根據(jù)周邊環(huán)境實(shí)時(shí)地、準(zhǔn)確地、一目了然地顯示小范圍內(nèi)的空氣質(zhì)量信息，可以滿足人們對(duì)當(dāng)前所在小范圍區(qū)域內(nèi)空氣質(zhì)量知情和健康作息的需要；

(2)現(xiàn)有的城市空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)裝置大多歸于氣象和環(huán)保部分管理，不能及時(shí)有效地將局部小區(qū)域的空氣質(zhì)量狀況發(fā)布到客戶端，而且必須有客戶端硬件和軟件支持，對(duì)于公眾來說極不方便，本發(fā)明的評(píng)價(jià)裝置無需客戶端硬件和軟件支持，極大地方便了用戶的使用，且實(shí)時(shí)顯示無等候，針對(duì)當(dāng)前的實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，更為重要的是比較直觀，人們可以一目了然地根據(jù)空氣質(zhì)量等級(jí)指示單元顯示的結(jié)果，知曉當(dāng)前空氣質(zhì)量狀況；

(3)評(píng)價(jià)客觀、準(zhǔn)確率高，對(duì)噪聲數(shù)據(jù)不敏感，評(píng)價(jià)方法魯棒性強(qiáng)。

當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步說明：

圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1的智能空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)裝置的示意圖；

圖2為發(fā)明的實(shí)施例1的智能空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的實(shí)施例2的智能空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)裝置的示意圖；

圖4為本發(fā)明的實(shí)施例3的智能空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)裝置的示意圖；

圖5為圖4的側(cè)視圖；

圖6為圖4的俯視圖；

圖7為圖4的剖視圖；

圖8為本發(fā)明的實(shí)施例的感知觸角的剖視圖。

標(biāo)號(hào)說明：1-感知單元，2-主控制單元，3-空氣質(zhì)量指示單元，4-電源單元，5-裝置外殼，6-顯示器，7-紅外傳感器，8-通信單元；

11-感知單元外殼，12-傳感器感知電路；

111-第二通風(fēng)孔。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

實(shí)施例1：

結(jié)合圖1，本實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的智能空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)裝置進(jìn)行詳細(xì)描述，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，其包括：感知單元1、主控制單元2、空氣質(zhì)量指示單元3以及電源單元4，其中，感知單元1包括：傳感器感知電路12，傳感器感知電路12上設(shè)置有傳感器，用于感知空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)；主控制單元2與感知單元1相連，用于接收感知單元1感知的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，并根據(jù)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)將空氣質(zhì)量分為不同的空氣質(zhì)量等級(jí)；空氣質(zhì)量指示單元3與主控制單元相連，用于指示空氣質(zhì)量等級(jí)，以不同的顏色表示不同的空氣質(zhì)量等級(jí)，如表1所示；電源單元4分別與感知單元、主控制單元以及空氣質(zhì)量指示單元相連，用于為感知單元、主控制單元以及空氣質(zhì)量指示單元供電。

表1

本實(shí)施例中，還包括：裝置外殼5，如圖2所示，感知單元1以及控制質(zhì)量指示單元3突出設(shè)置在裝置外殼5的頂部，主控制單元2以及電源單元4設(shè)置在裝置外殼5的內(nèi)部，本實(shí)施例中，感知單元1包括兩個(gè)，兩個(gè)感知單元1平均分布在兩側(cè)，這一檢測(cè)范圍更廣，評(píng)價(jià)更準(zhǔn)確。為了是傳感器不受外界的影響，感知單元1還包括感知單元外殼11，感知單元外殼11上設(shè)置有第二通風(fēng)孔111，且為了防止下雨天雨水進(jìn)入感知單元外殼11中，對(duì)傳感器感知電路以及傳感器造成影響，將第二通風(fēng)孔111設(shè)置在感知單元外殼11的側(cè)面和底部。

不同實(shí)施例中，感知單元1頁可以設(shè)置一個(gè)，或者設(shè)置兩個(gè)以上。

較佳實(shí)施例中，裝置外殼5上設(shè)置有第一通風(fēng)孔，且第一通風(fēng)孔與主控制單元相連，第一通風(fēng)孔的開啟和閉合由主控制單元根據(jù)裝置外殼內(nèi)的溫度控制，如裝置外殼內(nèi)的溫度高于50℃時(shí)，主控制單元控制第一通風(fēng)孔打開以散熱，當(dāng)?shù)陀?0℃時(shí)，主控制單元控制第一通風(fēng)孔關(guān)閉。

較佳實(shí)施例中，傳感器感知單路上包括常駐傳感器區(qū)域以及可擴(kuò)展傳感器區(qū)域，常駐傳感器區(qū)域用于設(shè)置常規(guī)的傳感器，如：內(nèi)置顆粒物(PM2.5)傳感器、可吸入顆粒物(PM10)傳感器、二氧化硫(SO₂)傳感器、二氧化氮(NO₂)傳感器、臭氧(O₃)傳感器以及一氧化碳(CO)傳感器等，可擴(kuò)展區(qū)域用于根據(jù)不同場(chǎng)合的特殊需要設(shè)置特殊的傳感器，如二氧化碳(CO₂)傳感器等。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上增加了顯示器6以及紅外傳感器7，顯示器6以及紅外傳感器7分別與主控制單元2相連，顯示器6突出設(shè)置在裝置外殼1的前端，紅外傳感器7設(shè)置在顯示器6的周圍，用于感應(yīng)顯示器6的前面是否有人，當(dāng)有人時(shí)，通過主控制單元2控制顯示器6打開，顯示空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，當(dāng)無人時(shí)，通過主控制單元2控制顯示器6關(guān)閉，以節(jié)省能源。

不同實(shí)施例中，也可只設(shè)置顯示器6，顯示器6一直處于打開狀態(tài)，實(shí)時(shí)顯示空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例是在實(shí)施例2的基礎(chǔ)上增加了通信單元8，通信單元8與主控制單元2相連，用于與外界進(jìn)行通信(如可以將空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌邮昭b置或移動(dòng)終端進(jìn)行保存和處理)，方便了數(shù)據(jù)的管理。通信單元8可以包括：無線射頻天線及其控制電路。

通信單元也可在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上進(jìn)行增加，此處不再贅述。

實(shí)施例4：

本實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的智能空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)裝置的控制方法進(jìn)行詳細(xì)描述，其是采用實(shí)施例1的評(píng)價(jià)裝置實(shí)現(xiàn)的控制方法，其包括以下步驟：

S11：感知單元感知空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，并將空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺刂茊卧?/p>

S12：主控制單元根據(jù)其中存儲(chǔ)的空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)模型對(duì)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，得到空氣質(zhì)量等級(jí)；

S13：主控制單元根據(jù)空氣質(zhì)量等級(jí)，控制空氣質(zhì)量等級(jí)指示單元以不同顏色指示不同的空氣質(zhì)量等級(jí)。

其中，步驟S12中對(duì)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理可以基于隨機(jī)森林模型，，具體做法為：輸入一定數(shù)量的訓(xùn)練樣本，這些訓(xùn)練樣本主要由城市環(huán)境空氣質(zhì)量的評(píng)價(jià)因子的濃度值和城市環(huán)境空氣質(zhì)量等級(jí)構(gòu)成，然后訓(xùn)練隨機(jī)森林，使它不斷學(xué)習(xí)到?jīng)Q策樹中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的分裂屬性和分裂方法，建立城市環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)因子與城市環(huán)境空氣質(zhì)量等級(jí)之間內(nèi)在的映射關(guān)系，經(jīng)過隨機(jī)特征的個(gè)數(shù)、決策樹的個(gè)數(shù)、隨機(jī)種子以及樹的深度的設(shè)定，使得袋外數(shù)據(jù)誤差估計(jì)最小，生成空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，給定測(cè)試樣本，應(yīng)用訓(xùn)練好的隨機(jī)森林評(píng)價(jià)模型決策出城市環(huán)境空氣質(zhì)量的等級(jí)，給以準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)結(jié)果?；陔S機(jī)森林的空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)方法對(duì)訓(xùn)練樣本不進(jìn)行預(yù)處理，這樣不僅減少計(jì)算量、節(jié)約時(shí)間，而且同時(shí)提高計(jì)算速度。根據(jù)裝置采集的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)訓(xùn)練新的隨機(jī)森林模型的步驟如下：

M101：從歷史空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)中有放回抽樣，抽樣方式為booststrap采樣，這樣采樣m次形成一個(gè)樣本訓(xùn)練集Di，作為訓(xùn)練隨機(jī)森林模型中的一棵基決策樹Ti的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；六種空氣污染物的濃度指標(biāo)作為屬性集A{a1，a2，a3，a4，a5，a6}；對(duì)應(yīng)于空氣質(zhì)量指數(shù)等級(jí)，分類類別共有六種；

M102：由樣本訓(xùn)練集Di生成根結(jié)點(diǎn)Node；

M103：如果訓(xùn)練集Di中全屬于同一空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)等級(jí)類別，則將Node標(biāo)記為該類葉子節(jié)點(diǎn)；

M104：如果屬性集為空或訓(xùn)練集Di在A屬性集上取值相同，則將Node標(biāo)記為葉子節(jié)點(diǎn)，其類別標(biāo)記為Di中樣本量最大的類別；

M105：從屬性集合A中選擇隨機(jī)選擇一個(gè)包含3個(gè)屬性的子集，并從該子集中選擇一個(gè)最優(yōu)屬性用于節(jié)點(diǎn)分裂，分裂屬性以基尼指數(shù)(Gini Index)為標(biāo)準(zhǔn)，選取基尼指數(shù)最小的最優(yōu)劃分屬性，即最優(yōu)屬性a*滿足

其中p_k為第k類樣本在訓(xùn)練集Di中所占據(jù)的比例，|D_iⁿ|表示離散屬性a對(duì)樣本集Di進(jìn)行分類時(shí)，其3種取值中第i中取值的樣本數(shù)量，|D_i|為樣本集Di的總體數(shù)量。

M106：對(duì)于a*中每一個(gè)取值為Node生成一個(gè)分支結(jié)點(diǎn)，如果該樣本子集為空則將該分支結(jié)點(diǎn)標(biāo)記為葉子結(jié)點(diǎn)，類別標(biāo)記為Di中樣本數(shù)量最多的類別；否則以該樣本子集為分支節(jié)點(diǎn)重復(fù)M102至M106的步驟直至完成所有分支伸展，形成以Node為根結(jié)點(diǎn)的一棵決策樹。

M107：重復(fù)M101至M106步驟Mtree次形成Mtree棵基決策樹；

M108：將基決策樹以絕對(duì)多數(shù)投票方式結(jié)合起來，形成隨機(jī)森林模型。

M109：以總體樣本中抽樣剩余數(shù)據(jù)(Out of Bag)作為對(duì)形成的隨機(jī)森林模型的檢驗(yàn)，如果包外估計(jì)(Out-of-bag estimate)的20次分類準(zhǔn)確率均值大于等于98％則采用該模型作為今天實(shí)時(shí)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)的模型，否則舍棄，重新訓(xùn)練模型，即重復(fù)M101至M109的步驟直至滿足停止條件。

當(dāng)日新型空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)模型的訓(xùn)練基于以上步驟，一般情況下為了節(jié)省評(píng)價(jià)裝置的能量，可以選擇在上級(jí)終端訓(xùn)練好模型之后，及時(shí)更新到評(píng)價(jià)裝置；由于每個(gè)評(píng)價(jià)裝置所處環(huán)境不同，故而其采集到的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)特點(diǎn)也有所差別，因此，每個(gè)評(píng)價(jià)裝置的評(píng)價(jià)模型也不同，都是根據(jù)各個(gè)裝置自身收集的歷史空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)訓(xùn)練而成的隨機(jī)森林模型。

主控制單元評(píng)價(jià)空氣質(zhì)量的(方法)具體步驟如下：

M201：從感知單元讀入實(shí)時(shí)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)；

M202：將實(shí)時(shí)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)交由每棵基決策樹分類，并記錄每棵基決策樹的分類結(jié)果；

M203：以絕對(duì)多數(shù)投票原則生成評(píng)價(jià)結(jié)果，即以票數(shù)最多的分類結(jié)果作為輸出。

M204：輸出評(píng)價(jià)等級(jí)結(jié)果。

此處公開的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本說明書選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，并不是對(duì)本發(fā)明的限定。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在說明書范圍內(nèi)所做的修改和變化，均應(yīng)落在本發(fā)明所保護(hù)的范圍內(nèi)。