專利名稱：用于測量空氣質(zhì)量的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量空氣質(zhì)量的裝置，特別是移動空氣分析器和空氣測量器。
背景技術(shù)：
測量空氣質(zhì)量是獲得諸如空氣污染物、氣體濃度、煙塵排放、氣體排放等關(guān)于環(huán)境的知識的一種重要方式。測量空氣質(zhì)量(例如識別所包括的污染物并且測量它們的濃度)的準確性對于諸如空氣凈化、 空氣消毒、定位排放源的位置等進一步的處理而言非常重要。還需要借助便特別是在高度戒備的場所中移動的便攜式空氣分析器來測量空氣。美國專利申請US20090139299A1公開了一種使用特殊的時間信息來測量氣體濃度的方法。在US20090139299A1中，傳感器周期性地測量氣體濃度，并且追蹤系統(tǒng)追蹤傳感器的位置并且將追蹤的位置映射到定義的區(qū)域。當傳感器感測到高于預(yù)定閾值的氣體濃度時，使用對應(yīng)的位置來定位排放源。在US20090139299A1中，時間信息，即追蹤的位置，用于定位排放源，而沒有提高測量準確性。因此需要提高移動空氣測量器的測量準確性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)由于空氣測量器的移動，多個連續(xù)測量的空氣質(zhì)量樣本之間可以具有松散的關(guān)聯(lián)，這意味著在相當短的周期之內(nèi)測量的兩個空氣質(zhì)量樣本可能對應(yīng)于兩個彼此遠離的地理位置。尤其當空氣測量器以相對高的速度移動時該影響變得更加嚴重。對于用于平均在預(yù)定周期之內(nèi)測量的大量空氣質(zhì)量樣本以作為該預(yù)定周期或者與該預(yù)定周期相對應(yīng)的位置的代表性空氣質(zhì)量值的傳感器而言，測量準確性受到負面影響，因為多個空氣質(zhì)量樣本可能是從兩個或更多個彼此遠離的位置收集的。因此，計算的代表性空氣質(zhì)量值不適于表示對應(yīng)位置的空氣質(zhì)量。本發(fā)明的一個目的在于利用時間信息和空間信息來提高空氣測量器的測量準確性。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，提供了一種用于測量空氣質(zhì)量的裝置，其包括第一傳感器、第二傳感器和處理器。第一傳感器被配置為以第一采樣速率采樣空氣以生成多個空氣質(zhì)量樣本；第二傳感器被配置為以第二采樣速率采樣裝置的移動以生成多個位置樣本；并且處理器被配置為分析多個位置樣本以獲得多個空間關(guān)系信息，每個空間關(guān)系信息表示兩個對應(yīng)的位置樣本的相對空間關(guān)系。該處理器還被配置為基于該多個空間關(guān)系信息將該多個空氣質(zhì)量樣本分組到多個空氣質(zhì)量樣本集合中。并且該處理器還被配置為基于每個空氣質(zhì)量樣本集合，計算用于該空氣質(zhì)量樣本集合的代表性值，該代表性值表示對應(yīng)的采樣期間的空氣質(zhì)量值。該實施方式的基本思想在于使用空間信息來將多個測量的空氣質(zhì)量樣本分組到不同的集合中，在一個共同集合中的空氣質(zhì)量在空間域上顯示出相互相關(guān)性。因此可以平均在空間域具有相關(guān)性的空氣質(zhì)量樣本以生成代表性空氣質(zhì)量值來表示對應(yīng)的位置的空氣質(zhì)量。因此，可以提高測量準確性。可選擇地，第一采樣速率和第二采樣速率可以相同或不同。當兩個采樣速率相同時，用于采樣空氣質(zhì)量和采樣位置的采樣時刻可以完成重疊或者不同而無需重疊。對于兩個采樣速率的要求是空氣質(zhì)量樣本和位置樣本具有時間相關(guān)性，因此有可能建立在有意義的周期內(nèi)采樣的一個空氣質(zhì)量樣本與一個位置樣本之間的映射，即使對應(yīng)的采樣時刻在時域不是完全重疊。可選擇地，該處理器還被配置為當單個的空氣質(zhì)量樣本集合的空氣質(zhì)量樣本的數(shù)量大于預(yù)定閾值時計算該代表性空氣質(zhì)量值。這對于需要相當大量的空氣質(zhì)量樣本來生成代表性空氣質(zhì)量值的那些空氣傳感器而言是有意義的?？蛇x擇地，該處理器還被配置為將該多個空氣質(zhì)量樣本分組到多個空氣質(zhì)量樣本集合中。在每個空氣質(zhì)量樣本集合中，任意兩個空氣質(zhì)量樣本具有小于預(yù)定閾值的采樣時刻差。因此，在一個共同集合中的空氣質(zhì)量樣本不僅在空間域而且在時域中具有相關(guān)性。
可選擇地，該處理器還被配置為基于該裝置的速度來確定該第一傳感器的打開或關(guān)閉，其中裝置的速度可以基于該多個位置樣本來計算。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，提供用于測量空氣質(zhì)量的對應(yīng)方法。本發(fā)明的這些以及其他方面將從參考下文所述的實施方式變得清楚并且得以闡明。


本發(fā)明的這些以及其他目的和特征將從結(jié)合附圖來考慮的下文的詳細描述變得清楚，其中圖I根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式示出了用于測量空氣質(zhì)量的示例性裝置；圖2示出了用于表示采樣的空氣質(zhì)量樣本和采樣的位置樣本之間的時間相關(guān)性的兩個不例性表格；圖3根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式示出了用于測量空氣質(zhì)量的方法的流程圖；圖4根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式示出了用于把多個空氣質(zhì)量樣本分組并且計算代表性空氣質(zhì)量值的方法的流程圖；以及圖5根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式示出了兩個示例性的移動路徑和對應(yīng)的采樣的位置樣本。 貫穿附圖，相同的附圖標記用來表示類似地部分。
具體實施例方式圖I示出了能夠測量空氣質(zhì)量的裝置100的示意性方框圖。裝置100可以是空氣分析器、空氣測量器、空氣凈化器，空氣消毒器以及任何其他類型的具有用于測量空氣質(zhì)量的功能的產(chǎn)品。裝置100包括第一傳感器110、第二傳感器120和處理器130。第一傳感器110用于通過以第一采樣速率采樣空氣來測量空氣質(zhì)量，從而生成多個空氣質(zhì)量樣本。第二傳感器120用于通過以第二采樣速率采樣裝置100的移動的位置來追蹤裝置100，從而生成多個位置樣本。并且處理器130可以分析多個位置樣本以獲得多個空間關(guān)系信息，每個空間關(guān)系信息表示兩個對應(yīng)的位置樣本的相對空間關(guān)系?；谠摱鄠€空間關(guān)系信息，處理器130可以將多個空氣質(zhì)量樣本分組到多個空氣質(zhì)量樣本集合中；并且基于每個空氣質(zhì)量樣本集合，處理器130可以計算用于該空氣質(zhì)量樣本的代表性值。所計算的代表性值可以被表示為對應(yīng)的采樣期間的空氣質(zhì)量值。空間關(guān)系信息可以是二維距離、三維距離、高度差、移動角度的變化、轉(zhuǎn)向角度的變化、或者任何其他類型的用于描述空間信息的度量。在上述實施方式中，不需要第二傳感器120追蹤第一傳感器110的移動；改為測量裝置100的移動。在許多情況中，追蹤裝置比追蹤傳感器容易得多，在后一種情況中，第二傳感器120需要對于第一傳感器110的移動的更高的靈敏度。但是，在上述實施方式中，裝置100的移動表不第一傳感器110的移動。當?shù)谝粋鞲衅?10與裝置100之間的空間關(guān)系以及第二傳感器120與裝置100之間的空間關(guān)系基本上固定時這特別有效。當然，第二傳感器用于直接測量第一傳感器的移動的實施方式也在本發(fā)明的范圍中。在本發(fā)明的實施方式中，第一采樣和第二采樣無需嚴格地同步或重疊。兩個采樣可以具有相同的采樣速率并且可以在基本上相同的采樣時刻執(zhí)行或者以同步的方式執(zhí)行。兩個采樣速率不同也是可能的。可以在不同的采樣時刻執(zhí)行兩個采樣，或者甚至相同的周期之內(nèi)的采樣的數(shù)量可以不同。施加到兩個采樣上的最小需求是對于時間相關(guān)性的要求。·換句話說，如果在時域通過它們的時間相關(guān)性能夠?qū)⒍鄠€位置樣本(的一部分)映射到多個空氣質(zhì)量樣本(的一部分)，則它是足夠的。當分別用于采樣空氣質(zhì)量和采樣位置的采樣時刻之間的差在由裝置允許的耐受量或者對于對應(yīng)的應(yīng)用允許的耐受量之內(nèi)時，這特別有效。圖2示出了示例性的測量過程。處理器130維持兩個表格，一個用于記錄用于測量空氣質(zhì)量的采樣時刻Tim^AIRi和測量的多個空氣質(zhì)量樣本Sample_AIRj，以及另一個用于記錄用于測量裝置100的位置的采樣時刻Tim^POSi和測量的多個位置樣本Sample_P0Sj。Time-AIRi可以與Time-POSi相同，這意味著以同步的方式測量空氣質(zhì)量和裝置100的位置。但是，它們也可以不同。例如，采樣時刻可以是時間維的序列[...Time_AIRx，Time_P0Si, Time_AIRi+1, Time_P0Si+1...]，或者序列[...Time_AIRi, Time_AIRi+1, Time_P0Si,Time_AIRi+2, Time_AIRi+3, Time_P0Si+i. · ·]?？梢詫⑽恢脴颖維ample-POSi表示成絕對2D或3D地理坐標的形式或者與參考點相對應(yīng)的相對2D或3D參數(shù)的形式。在示例性表格2中，將位置Sample-POSi表示為(xi;Yi，Zi)，同時將原始Sample-POStl表不為(0,0,0)。兩個任意位置之間的空間關(guān)系信息(例如距離)可以基于它們的三維度量來計算。在本發(fā)明中，第二傳感器120可以是任意種類的適合于測量對象的絕對位置或相對位置的傳感器。例如其可以是GPS傳感器、移動傳感器、兩軸加速器傳感器、三軸加速器傳感器、IR傳感器等。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解第二傳感器120可以是能夠獨立測量裝置的移動或位置的傳感器；其還可以是追蹤/定位系統(tǒng)的一部分。例如，第二傳感器120可以是具有多個已知位置發(fā)射器的無線網(wǎng)絡(luò)或紅外網(wǎng)絡(luò)的接收器。第二傳感器120可以接收來自發(fā)射器的信號并且計算距發(fā)射器的距離以獲得它自己的位置。取決于使用的第二傳感器，可以用任何合適的度量的形式來表示Sampl^POSitj圖3示出了用于測量空氣質(zhì)量的示例性方法的流程圖。方法300首先包括用于以第一采樣速率采樣空氣以獲得多個空氣質(zhì)量樣本的步驟S310。這可以由第一傳感器110執(zhí)行。其次，執(zhí)行步驟S320來以第二采樣速率采樣該裝置的位置以獲得多個位置樣本。這可以由第二傳感器120執(zhí)行。方法300還包括用于分析多個位置樣本以獲得多個空間關(guān)系信息的步驟S330，每個空間關(guān)系信息表示兩個對應(yīng)的位置樣本的相對空間關(guān)系?；诙鄠€空間關(guān)系信息執(zhí)行步驟S340，以將多個空氣質(zhì)量樣本分組到第二多個空氣質(zhì)量樣本集合中。在步驟S350中，對于每個空氣質(zhì)量樣本集合，計算代表性值以作為對應(yīng)的采樣期間的空氣
質(zhì)量值。一些空氣傳感器通過首先在有限期間采樣大量空氣質(zhì)量樣本，并且隨后平均該大量空氣質(zhì)量樣本，以導(dǎo)致單個的代表性值作為在所述有限期間之內(nèi)或?qū)?yīng)位置上采樣的測量的空氣質(zhì)量樣本，來測量空氣質(zhì)量。當空氣傳感器移動時，有可能在遠離測量空氣質(zhì)量樣本的第二部分的位置的位置測量空氣質(zhì)量樣本的第一部分。這將使得平均處理無意義，并且最終的代表性值不能表示任何位置的空氣質(zhì)量。本發(fā)明引入多個位置之間的地理相關(guān)性以減輕或者甚至消除多個空氣質(zhì)量樣本的不正確的平均。因此提高測量準確性。在一個示例性實施方式中，示出了一種通過計算代表性空氣質(zhì)量值來分組多個測量的空氣質(zhì)量樣本的方法。在步驟S410中，選擇目標位置樣本，例如多個測量的位置樣本中進行。然后在步驟S420中，以目標位置為圓心并且以第一預(yù)定閾值為直徑畫出一個圓?！ぴ诓襟ES430中，將落入該圓圈中的測量的位置樣本或者預(yù)定數(shù)量的測量的位置樣本分組為第二多個位置樣本。在步驟S450中，找到與第二多個位置樣本的一個位置樣本具有時間相關(guān)性的一個或多個空氣質(zhì)量樣本。所有的所找到的空氣質(zhì)量樣本形成空氣質(zhì)量樣本集合。并且在步驟S470中計算代表性值作為對應(yīng)的采樣期間或?qū)?yīng)的地理區(qū)域的空氣質(zhì)量值?？梢杂商幚砥?30執(zhí)行這些步驟。一些空氣傳感器需要相當大量的測量的空氣質(zhì)量樣本來執(zhí)行平均處理；否則精確度不夠。為此目的，圖4中所示的方法可以包括可選的步驟S440，用于將第二多個位置樣本中的位置樣本的數(shù)量與第二預(yù)定閾值進行比較。只有當位置樣本的數(shù)量大于第二預(yù)定閾值時，才執(zhí)行接下來的步驟S450和S470。否則，可以使用更大的直徑來重新選擇步驟S420的圓圈以便將更多位置樣本包括在第二多個位置樣本中，或者省略選擇的第二多個位置樣本。第二多個位置樣本可以包括大量連續(xù)測量的位置樣本，例如圖5的曲線A中的點
a、b、c、d，或者大量間隔測量的位置樣本，例如圖5的曲線B中的點e、f、g、h、i。當裝置的移動是之字形并且目標區(qū)域的空氣質(zhì)量改變緩慢時后一種情況是有意義的。環(huán)境的空氣狀況有時候相對快速地變化，或者一些傳感器僅可以平均大量連續(xù)的空氣質(zhì)量樣本。為此目的，圖4中所示的方法還可以包括可選的步驟S460，用于確保一個選擇的空氣質(zhì)量樣本的采樣時刻和與目標位置樣本相對應(yīng)的目標空氣質(zhì)量樣本的采樣時刻之間的差小于第三預(yù)定閾值。因此，排除了所測量的在時間維度中遠離目標空氣質(zhì)量樣本的空氣質(zhì)量樣本。例如在圖5中，在平均處理中可以選擇點e、f和g同時排除點h和i，因為它們是在遠離采樣點e、f和g的周期的周期中采樣的，雖然(h，i)和(e，g，g)之間的空間距離在第二預(yù)定閾值之內(nèi)?？蛇x擇地，處理器130可以測量裝置的移動速度以確定采樣空氣是否有意義。如果裝置的速度大于第四預(yù)定閾值，則處理器130可以停用第一傳感器110和/或第二傳感器 120。在本發(fā)明的另一個實施方式中，給出了可以執(zhí)行圖3和4中所示的步驟的一部分或全部的計算機可執(zhí)行指令的集合。雖然在計算機程序代碼的環(huán)境中討論，但是應(yīng)該理解可以將模塊實現(xiàn)成硬件電路、計算機程序代碼或硬件電路與計算機程序代的任意組合。還應(yīng)該注意到，前述實施方式是示例性的而不是限制性的。本發(fā)明不受前述實施方式的限制。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下顯然可以在本發(fā)明中做出各種修改和變形。本發(fā)明的保護范圍不受權(quán)利要求中的附圖標記的限制；詞語 “包括”不排除除了權(quán)利要求中所提及的部分之外的部分；元素之間的詞語“一”、“一個”并不排除多個那些元素；可以將用于形成本發(fā)明的一部分的裝置實現(xiàn)為專用硬件的形式或者編程處理器的形式；詞語第一、第二和第三等的使用不指示任何次序，要將這些詞語解釋為名稱。
權(quán)利要求
1.一種用于測量空氣質(zhì)量的裝置，包括 a)第一傳感器，其被配置為以第一米樣速率米樣空氣以生成多個空氣質(zhì)量樣本； b)第二傳感器，其被配置為以第二采樣速率采樣所述裝置的移動位置以生成多個位置樣本；以及 c)處理器，其被配置為分析所述多個位置樣本以獲得多個空間關(guān)系信息，每個空間關(guān)系信息表不兩個對應(yīng)的位置樣本的相對空間關(guān)系； 其中，所述處理器還被配置為基于所述多個空間關(guān)系信息將所述多個空氣質(zhì)量樣本分組到多個空氣質(zhì)量樣本集合中，并且所述處理器還被配置為基于每個空氣質(zhì)量樣本集合計算用于所述空氣質(zhì)量樣本集合的代表性值，所述代表性值表示對應(yīng)的采樣期間的空氣質(zhì)量值。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述第一采樣速率和所述第二采樣速率在時間上相關(guān)。
3.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述處理器還被配置為選擇目標位置樣本和第二多個位置樣本，所述第二多個位置樣本中的每個選擇的位置樣本表示如下區(qū)域中的位置，所述區(qū)域以由所述目標位置樣本所表示的位置為圓心并且以第一預(yù)定閾值為直徑，并且所述處理器還被配置為選擇第二多個空氣質(zhì)量樣本，每個選擇的空氣質(zhì)量樣本對應(yīng)于一個所選擇的位置樣本，并且所述處理器還被配置為計算代表性值作為所選擇的目標位置樣本的空氣質(zhì)量值。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述處理器還被配置為當所述第二多個位置樣本的數(shù)量大于第二預(yù)定閾值時計算所述代表性值。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，每個所選擇的空氣質(zhì)量樣本的采樣時刻與所述目標空氣質(zhì)量樣本的采樣時刻之間的差小于第三預(yù)定閾值。
6.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述第一預(yù)定閾值表示幾何距離、高度差和轉(zhuǎn)向角度中的任意一個。
7.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述第二傳感器是GPS接收器、IR傳感器、移動檢測傳感器、雙軸加速器傳感器和三軸加速器傳感器中的任意一個。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述第二傳感器是兩軸加速器傳感器和三軸加速器傳感器中的任意一個，每個生成的位置樣本是幾何數(shù)據(jù)，并且每個空間關(guān)系信息由兩個對應(yīng)的幾何數(shù)據(jù)來確定。
9.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述處理器還被配置為基于所述多個位置樣本來計算所述裝置的速度，并且將所述速度與第四預(yù)定閾值進行比較以便確定所述第一傳感器的打開或關(guān)閉。
10.一種用于測量空氣質(zhì)量的方法，包括步驟 a)通過使用第一傳感器來以第一米樣速率米樣空氣以生成多個空氣質(zhì)量樣本； b)以第二采樣速率采樣裝置的位置以生成多個位置樣本； c)分析所述多個位置樣本以獲得多個空間關(guān)系信息,每個空間關(guān)系信息表示兩個對應(yīng)的位置樣本的相對空間關(guān)系； d)基于所述多個空間關(guān)系信息將所述多個空氣質(zhì)量樣本分組到第二多個空氣質(zhì)量樣本集合中；以及e)針對每個空氣質(zhì)量樣本集合，計算代表性值以作為對應(yīng)的采樣期間的空氣質(zhì)量值。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中步驟c)還包括步驟 I)選擇目標位置樣本和第二多個位置樣本，所述第二多個位置樣本中的每個所選擇的位置樣本表示這樣如下區(qū)域中的位置，在所述區(qū)域中，由所述目標位置樣本所表示的位置為圓心，并且第一預(yù)定閾值為直徑；以及 在步驟d)中，所述第二多個空氣質(zhì)量樣本的每個所選擇的空氣質(zhì)量樣本與所述第二多個位置樣本的對應(yīng)的位置樣本在時間上相關(guān)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，步驟I)還包括步驟 i)將所述第二多個位置樣本的數(shù)量與第二預(yù)定閾值進行比較。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，一個所選擇的空氣質(zhì)量樣本的采樣時刻與所述目標空氣質(zhì)量樣本的采樣時刻之間的差小于第三預(yù)定閾值。
14.能夠執(zhí)行如權(quán)利要求10到13中的任意一項所述的方法的計算機可執(zhí)行的指令的隹A 口 O
全文摘要
為了提高空氣分析器的測量準確性，提出了一種用于引入位置信息以分組和平均基于位置的空氣質(zhì)量樣本的集合的方法。該方法包括以下步驟使用第一傳感器以第一采樣速率采樣空氣以獲得多個空氣質(zhì)量樣本；以第二采樣速率采樣裝置的位置以獲得多個位置樣本；分析該多個位置樣本以獲得多個空間關(guān)系信息；將該多個空氣質(zhì)量樣本分組到第二多個空氣質(zhì)量樣本集合中；并且對于每個空氣質(zhì)量樣本集合，計算代表性值作為對應(yīng)的采樣期間的空氣質(zhì)量值。通過使用該方法，可以從特定位置或區(qū)域的空氣質(zhì)量的計算中排除與位置無關(guān)的空氣質(zhì)量樣本。
文檔編號G01N1/22GK102906554SQ201180021396
公開日2013年1月30日 申請日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者馮雷, 佘俊 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司