[發明專利]一種基于城市區域網格自適應的PM2.5濃度推測方法

有效

• 申請號: 201610146147.0
• 申請日: 2016-03-15
• 公開（公告）號: CN105740643B
• 公開（公告）日: 2018-08-07
• 發明（設計）人: 戴國駿;郭鴻杰;張樺;吳以凡;仇建
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06F17/18
• 分類號: G06F17/18;G06N3/02
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 王佳健

本發明涉及一種基于城市區域網格自適應的PM_2.5濃度推測方法。本發明首先將城市區域網格化，利用出租車采集原始PM_2.5濃度數據，再制定標準，將網格分辨率標準化，利用提取到的網格特征離線訓練網格分辨率細化等級和網格特征間的對應關系，實時推測城市濃度時，首先利用提取到的實時網格特征和訓練模型，計算出網格所要調整的分辨率，重新劃分網格，最后利用線性回歸模型推測出每個網格的PM_2.5濃度數據，得到城市區域PM_2.5濃度數據分布圖。本發明方法系統可擴展性強，精確度高，計算量小，為居民出行活動提供參考，并幫助管理部門尋找污染源，改善城市環境質量。

技術領域

本發明涉及傳感器網絡技術、計算機應用技術和數據挖掘技術，是一種基于城市區域網格自適應的PM_2.5濃度推測方法。

背景技術

PM_2.5被認為是對公眾健康和環境造成最大影響的污染物，特別是像北京這樣的發展中國家大城市更是深受PM_2.5的危害。由于復雜的城市結構和多樣的城市功能區，傳統的監測站監測PM_2.5的方法根本無法告訴城市居民實時準確的PM_2.5濃度。

近年來，許多學者試圖提供更加細粒度的城市污染物濃度分布，他們將PM_2.5采集裝置安裝在公交車或者出租車頂，讓交通工具實時自主的采集城市PM_2.5數據，結合機器學習，數據挖掘等技術推測出交通工具未覆蓋區域的PM_2.5濃度，最后給出城市區域細粒度，固定分辨率的PM_2.5濃度分布圖。這種方法能提供精確的城市PM_2.5濃度分布，但是其將城市區域劃分成 100m*100m或者200m*200m的過小的固定分辨率網格增加了算法計算量，降低了系統擴展性，不利于推廣到大范圍PM_2.5濃度監測。

總的來說，城市區域網格自適應調整下推測城市PM_2.5濃度十分重要，過大的網格導致無法接受的推測誤差，而過小的網格導致過多的計算量。

發明內容

本發明針對現有城市網格劃分不足和傳統監測PM_2.5濃度的缺點，結合傳感器網絡，數據挖掘等技術，提出了一種基于城市區域網格自適應的 PM_2.5濃度推測方法。

本發明主要由以下幾個步驟構成：1、城市區域網格化，并采集城市 PM_2.5原始數據2、網格分辨率標準化3、網格特征提取4、離線訓練5、重新劃分網格6、在線推測。

本發明方法的具體步驟是：

步驟(1)、城市區域網格化，并采集城市PM_2.5原始數據。具體是將城市區域劃分成500m*500m大小的初始分辨率網格，車頂安裝PM_2.5采集設備的出租車隨機行駛于城市道路，采集城市區域PM_2.5濃度數據。

步驟(2)、網格分辨率標準化。本發明方法定義了4種不同分辨率的網格，分別為1000m*1000m，500m*500m，250m*250m，125m*125m，并定義了4種相應的網格分辨率細化等級，分別為-1，0，1，2。根據PM_2.5國家標準和PM_2.5濃度變化對人體健康的影響，本發明方法制定了網格分辨率細化等級計算方法如下式所示：

MDV＝(|x_ij-x_i-1j|+|x_ij-x_i+1j|+|x_ij-x_ij-1|+|x_ij-x_ij-1|)/4