基于多传感器数据融合确定室内有害气体污染程度的方法

摘要

本发明公开了一种基于多传感器数据融合确定室内有害气体污染程度的方法，包括步骤：一、p种室内有害气体浓度信号的实时检测与调理；二、信号实时采集及同步上传；三、第r种有害气体污染程度的确定，其确定过程如下：计算第r种有害气体的n个浓度测量值在置信水平为0.95下的置信区间Y_ri，得出Y_ri的基本概率分配m(Y_ri)，计算Y_ri的基本可信任值区间[Bel(B_k)，P1(B_k)]的下限值Bel(B_k)和上限值Pl(B_k)，确定出第r种有害气体的污染程度；四、确定出p种有害气体各自的污染程度；五、室内有害气体综合污染程度的确定；六、处理结果的输出、显示及报警。本发明设计合理，实现方便，使用操作便捷，性能稳定，工作可靠，处理方法和结果更符合实际情况，数据处理能力强、速度快，使用效果好，便于推广使用。

主权项

一种基于多传感器数据融合确定室内有害气体污染程度的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、p种室内有害气体浓度信号的实时检测与调理：通过p个有害气体传感器(1)并行地对被检测室内的p种有害气体的浓度分别进行n次实时检测，并将实时所检测的有害气体浓度信号分别经p路信号调理电路(2)进行放大和滤波处理后传输给控制器模块(3)；其中，p和n均为自然数；步骤二、信号实时采集及同步上传：控制器模块(3)采集经p路信号调理电路(2)进行放大和滤波处理后的p种有害气体浓度信号并相应进行A/D转换后，通过通信电路(4)同步传送至处理计算机(5)；同时，处理计算机(5)对p个有害气体传感器(1)各进行n次实时检测所采集到的p×n个浓度测量值进行记录；其中，每个有害气体传感器(1)进行n次实时检测所采集到的浓度测量值为n个；步骤三、第r种有害气体污染程度的确定：处理计算机(5)对由控制器模块(3)传送而来的第r种有害气体的n个浓度测量值y_r1、y_r2、…y_rn进行分析处理，实现对第r种有害气体污染程度的确定，其中，r的取值为1～p之间的整数；其分析处理过程如下：301、处理计算机(5)根据公式Y_ri＝[y_ri‑σ，y_ri+σ]，计算第r种有害气体的n个浓度测量值在置信水平为0.95下的置信区间Y_ri；其中，σ表示测量标准差，i的取值为1～n之间的整数；302、处理计算机(5)将n个浓度测量值考虑为统一证据体，根据D‑S理论，得出n个浓度测量值在置信水平为0.95下的置信区间Y_ri的基本概率分配$m\left(Y_{\mathrm{ri}}\right)=\frac{0.95}{n};$303、处理计算机(5)根据公式$\mathrm{Bel}\left(B_k\right)=\underset{Y_{\mathrm{ri}}\subseteq B_k}{\Sigma }m\left(Y_{\mathrm{ri}}\right)---(1-1)$$\mathrm{Pl}\left(B_k\right)=1-\mathrm{Bel}\left(\overline{B_k}\right)=\underset{Y_{\mathrm{ri}}\cap B_k\ne \phi }{\Sigma }m\left(Y_{\mathrm{ri}}\right)---(1-2)$对n个浓度测量值在置信水平为0.95下的置信区间Y_ri进行表达和模型化，计算得出n个浓度测量值在置信水平为0.95下的置信区间Y_ri的基本可信任值区间[Bel(B_k),P1(B_k)]的下限值Bel(B_k)和上限值Pl(B_k)；其中，m(φ)＝0，B_k表示室内第r种有害气体污染程度的区间；Θ＝{无污染，轻度污染，中度污染，重污染}，Θ表示D‑S理论中的辨识框架；φ表示空集；304、处理计算机(5)根据信任概率函数公式m(B_k)＝[Bel(B_k)+Pl(B_k)]/2‑Q  (1‑3)将步骤303中得到的n个浓度测量值在置信水平为0.95下的置信区间Y_ri的基本可信任值区间[Bel(B_k),P1(B_k)]的下限值Bel(B_k)和上限值Pl(B_k)转化为一个基本可信任值m(B_k)，确定出第r种有害气体的污染程度；其中，Q表示对Bel(B_k)和Pl(B_k)的计算值进行修正的修正因子；m(B_k)表示第r种有害气体污染程度的基本可信任值；步骤四、重复p次步骤三，确定出p种有害气体各自污染程度的基本可信任值m(A_k)、m(B_k)、m(C_k)、…，进而确定出p种有害气体各自的污染程度；其中，A_k、B_k、C_k分别表示室内p种有害气体中某一种有害气体污染程度的区间；步骤五、室内有害气体综合污染程度的确定：处理计算机(5)根据D‑S合成公式$m\left(G\right)=\left\{\begin{array}{c}\frac{1}{1-M}\underset{A_k\cap B_k\cap C_k\cap ...=G}{\Sigma }[m\left(A_k\right)·m\left(B_k\right)·m\left(C_k\right)·...],G\ne \phi \\ 0,G=\phi \end{array}\right.---(1-4)$对p种有害气体各自污染程度的基本可信任值m(A_k)、m(B_k)、m(C_k)、…进行数据融合，得出室内有害气体综合污染程度的基本可信任值m(G)，进而确定出室内有害气体的综合污染程度；其中，表示归一化因子，M表示数据融合过程中各证据间的冲突程度；$M=\underset{A_k\cap B_k\cap C_k\cap ...=\phi }{\Sigma }[m\left(A_k\right)·m\left(B_k\right)·m\left(C_k\right)·...]---(1-5)$步骤六、处理结果的输出、显示及报警：所述处理计算机(5)将室内p种有害气体各自的污染程度及室内有害气体综合污染程度确定好后，通过通信电路(4)将室内p种有害气体各自的污染程度及室内有害气体综合污染程度数据传输给控制器模块(3)；控制器模块(3)接收处理计算机(5)所输出的数据并通过与其相接的LED液晶显示屏(6)对室内p种有害气体各自的污染程度及室内有害气体综合污染程度进行显示；同时，控制器模块(3)将其接收到的数据与预先存储在其中的报警阈值进行比对，如果室内p种有害气体各自的污染程度及室内有害气体综合污染程度中有超过报警阈值的，控制器模块(3)就控制与其相接的声光报警电路(7)发出相应的声光报警信号；所述p的取值为2，两个有害气体传感器(1)分别为对被检测室内的氨气进行检测的氨气传感器(1‑1)和对被检测室内的甲醛进行检测的甲醛传感器(1‑2)，两路信号调理电路(2)分别为对应与氨气传感器(1‑1)和甲醛传感器(1‑2)相接并对氨气传感器(1‑1)和甲醛传感器(1‑2)所检测的信号进行放大和滤波处理的信号调理电路一(2‑1)和信号调理电路二(2‑2)；步骤302中所述Q的取值为0.015，步骤一、步骤二和步骤三中所述n的取值为10。