申请/专利权人：华北理工大学

申请日：2024-01-29

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN117648537B

主分类号：G06F18/10

分类号：G06F18/10;G01N15/075;G01K13/00;G01S17/95

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2024.03.22#实质审查的生效;2024.03.05#公开

摘要：本发明涉及光学测量技术领域，具体涉及基于超光谱技术的大气污染实时监测方法及系统。该方法使用超光谱仪器获取气溶胶含量数据，用温度计获取大气层温度数据；对超光谱仪器采集到的气溶胶含量进行分析，确定气溶胶含量异常波动值；结合气溶胶含量异常波动值、气溶胶含量与大气层温度的相关联性，确定气溶胶含量的噪声真实程度，调节初始的预设稀疏度参数，得到更新后的自适应稀疏度参数；基于自适应稀疏度参数，利用稀疏表示方法对气溶胶含量进行实时去噪。本发明根据气溶胶含量的实际情况对稀疏度参数进行自适应调整，充分利用数据的潜在结构和特征，提高算法的性能和适应性。

主权项：1.一种基于超光谱技术的大气污染实时监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：获取每个时刻大气层中的气溶胶含量以及大气层温度；根据每个时刻与相近邻时刻的气溶胶含量的波动情况，确定每个时刻的气溶胶含量的气溶胶含量异常波动值；根据相邻两个时刻的气溶胶含量和大气层温度的变化情况、每个时刻的气溶胶含量与相邻的气溶胶含量差异，确定气溶胶含量与大气层温度的相关联性；结合所述气溶胶含量异常波动值和所述相关联性，确定气溶胶含量的噪声真实程度；利用所述噪声真实程度，调节初始的预设稀疏度参数，得到更新后的自适应稀疏度参数；基于所述自适应稀疏度参数，利用稀疏表示方法对气溶胶含量进行实时去噪；其中，所述根据相邻两个时刻的气溶胶含量和大气层温度的变化情况、每个时刻的气溶胶含量与相邻的气溶胶含量差异，确定气溶胶含量与大气层温度的相关联性，包括：根据相邻两个时刻的气溶胶含量的变化率和大气层温度的变化量的关联程度，作为第一关联性；根据相邻两个时刻的第一关联性、每个时刻的气溶胶含量与相邻的气溶胶含量差异，确定气溶胶含量与大气层温度的第二关联性；结合所述第一关联性和所述第二关联性，确定气溶胶含量与大气层温度的相关联性；其中，所述根据相邻两个时刻的气溶胶含量的变化率和大气层温度的变化量的关联程度，作为第一关联性，包括：以气溶胶含量作为纵轴，以时间作为横轴，构建气溶胶含量的折线图，记为含量折线图；以大气层温度作为纵轴，以时间作为横轴，构建大气层温度的折线图，记为温度折线图；获取每个时刻与前一时刻的气溶胶含量在含量折线图中对应的线段的斜率的绝对值，作为含量相对斜率；获取每个时刻与前一时刻的大气层温度在温度折线图中对应的线段的斜率的绝对值，作为温度相对斜率；将含量相关斜率与温度相关斜率的差值绝对值，作为第一关联性；其中，所述第二关联性的计算公式为： ;其中，为第n个时刻的第二关联性；为第n个时刻对应的相近邻时刻的数量；为第n个时刻对应的第m个相近邻时刻的含量相对斜率;为第n个时刻对应的第m个相近邻时刻的温度相对斜率；为以自然常数为底数的指数函数；为第n个时刻对应的相近邻时刻内M个气溶胶含量差值组成的数据段中，第m个相近邻时刻的气溶胶含量差值对应的百分位数；为第n个时刻对应的相近邻时刻内M个大气层温度差值组成的数据段中，第m个相近邻时刻的气溶胶含量差值对应的百分位数；其中，所述结合所述第一关联性和所述第二关联性，确定气溶胶含量与大气层温度的相关联性，包括：将所述第一关联性和所述第二关联性的差值，作为总关联性；将所述总关联性的负相关归一化系数作为气溶胶含量与大气层温度的相关联性；其中，所述噪声真实程度的计算公式为： ；其中，为第n个时刻的气溶胶含量的噪声真实程度；为线性归一化函数；为第n个时刻的气溶胶含量异常波动值；为第n个时刻的相关联性；为与由第n个时刻对应的相近邻时刻构成的时间段相邻的参考时间段的数量；为第n个时刻的相邻近时刻内气溶胶含量异常波动值的平均值；为第n个时刻的相邻近时刻内相关联性的平均值；为第n个时刻对应的时间段所对应的第u个参考时间段内气溶胶含量异常波动值的平均值；为第n个时刻对应的时间段所对应的第u个参考时间段内相关联性的平均值；为以自然常数e为底数的指数函数；其中，所述气溶胶含量异常波动值的计算公式为： ;其中，为第n个时刻的气溶胶含量的气溶胶含量异常波动值；为第n个时刻对应的相近邻时刻的数量；为第n个时刻的气溶胶含量；为第n个时刻对应的第m个相近邻时刻的气溶胶含量；为第n个时刻对应的相近邻时刻内M个气溶胶含量差值组成的数据段中，第n个时刻的气溶胶含量差值对应的百分位数；其中，所述利用所述噪声真实程度，调节初始的预设稀疏度参数，得到更新后的自适应稀疏度参数，包括：将所述噪声真实程度作为权重，对初始的预设稀疏度参数进行加权，得到更新后的自适应稀疏度参数。

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