[發明專利]一種基于圖像特征的PM2.5污染指數的識別方法

有效

• 申請號: 201710301867.4
• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN107044947B
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 白鶴翔;李艷紅;李德玉
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06;G06K9/00;G06N3/08
• 代理公司: 14105 山西五維專利事務所(有限公司)
• 代理人: 程園園<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明屬于圖像處理及氣象學交叉領域，具體涉及一種基于圖像特征的PM2.5污染指數的識別方法，主要解決了現有PM2.5的測定方法存在操作復雜和測定結果不精確的技術問題，本發明將標注了PM2.5實測值的歷史圖像統一縮放為X_S×Y_S像素大小并轉換為灰度圖；對每個灰度圖計算其圖像特征；將圖像特征作為輸入使用合適的回歸方法得到PM2.5的預測模型；將目標圖像全部縮放為X_S×Y_S像素大小并轉換為灰度圖；針對縮放后的目標圖像計算其各種特征；將目標圖像的圖像特征作為已訓練好預測模型的輸入計算得到目標圖像PM2.5值。本發明通過對一幅圖像的特征進行分析來估計出圖像所描繪場景的PM2.5值，從而可以應用到日常的出行、健康、天氣預測等人類活動，并可用于大規模PM2.5污染指數的快速測量。

技術領域

本發明屬于圖像處理及氣象學交叉領域，具體涉及一種基于圖像特征的PM2.5污染指數的識別方法。

背景技術

空氣中漂浮著的顆粒物大小不同，PM2.5是其中較細小的那部分。測定PM2.5的濃度一般分為兩步：(1)把PM2.5與較大的顆粒物分離，幾乎所有的測定方法都需要這一步；(2)測定分離出來的PM2.5的重量。目前，各國環保部門廣泛采用的PM2.5測定方法有三種：重量法、β射線吸收法和微量振蕩天平法。

PM2.5手動監測方法又稱標準稱重法(濾膜稱重法)屬于手工監測方法，主要用于研究，或對自動分析方法的校準。這種方法較簡便，只需要一個PM2.5切割頭、一臺泵和膜架及其濾膜，采集24小時樣品后，取下濾膜稱重即可，必要時可以平行采集3個樣品，經恒溫恒濕后再稱重。

濾膜稱重法的優點是經濟成本低，容易實施。缺點：(1)氣流長時間不斷通過采樣濾膜，濾膜上采集到的物質隨著氣流和溫度的變化也會造成揮發性和半揮發性物質的損失；(2)一些極細小的顆粒穿過濾膜，造成結果偏低；(3)氣態物質可能被濾膜吸附，造成結果偏高。

自動監測方法的測站點無人值守，數據通過網絡直接獲得，包括β射線吸收法和微量振蕩天平法。β射線吸收法的基本原理是利用堆積在石英濾膜上的顆粒物對C14釋放的β射線衰減量的變化檢測大氣顆粒物質量的變化。環境空氣由采樣泵經切割器吸入采樣管，經過濾膜后排出。顆粒物沉淀在條狀石英濾膜上，當β射線通過沉積著顆粒物的濾膜時，β射線強度發生衰減，通過對衰減量的測定計算出顆粒物的濃度。微量振蕩天平(TEOM)法又稱微量石英振蕩天平法，該方法是在質量傳感器內使用一個石英空心錐形管，在空心錐形管振蕩端上安放可更換的濾膜，振蕩頻率取決于石英錐形管特性和它的質量。當采樣氣流通過濾膜，其中的顆粒物沉積在濾膜上，濾膜質量變化導致振蕩頻率變化，通過測量振蕩頻率的變化計算出沉積在濾膜上顆粒物的質量，再根據采樣流量、采樣現場環境溫度和氣壓計算出該時段的顆粒物標態質量濃度。

振蕩天平法的優點是定量關系明確。但其存在下面兩個缺點：(1)樣品加熱后揮發性和半揮發性物質的損失，導致測定結果偏低；(2)需要加裝膜動態測量系統(FilterDynamic Measurement System，)對偏低的結果進行校準。

β射線法是基于兩個假設：儀器的石英采樣濾膜條帶均一；采集下來的PM2.5粒子物理特性均一，對β射線強度衰減率相同。但是現實條件下，以上兩個假設通常很難成立，因此測定數據一般被認為也存在偏差。這種方法的缺點是在相對干凈和干燥的地區故障率低，而在潮濕高溫區域故障率很高。

發明內容

本發明的目的是解決現有PM2.5的測定方法存在操作復雜和測定結果不精確的技術問題，提供一種基于圖像特征的PM2.5污染指數的識別方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種基于圖像特征的PM2.5污染指數的識別方法，包括以下步驟：