【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空气污染检测，具体地说，涉及基于pmf模型的挥发性有机物来源解析系统。
技术介绍
1、pmf(正定矩阵因子分解)是一种有效的数据分析方法，最初由paatero和tapper在1993年提出。主要应用领域包括大气污染、地下水污染、地表水污染及土壤污染源解析。在大气污染领域，它主要用于颗粒物和挥发性有机物(vocs)的源解析。
2、利用pmf模型原理分析vocs来源的核心思想是利用权重计算出vocs中各化学组分的误差，然后通过最小二乘法来确定主要污染源及其贡献率。而其他的源解析技术，通常会存在以下问题：需要测量源成分谱、分解矩阵中的元素分担率存在负值、难以利用数据标准偏差进行优化、无法处理遗漏数据和不精确数据等。
3、由于vocs包括多种不同的化合物，并且其化学成分和化学性质都不稳定，在复杂的环境条件下，vocs具有容易扩散和转化的特性，因此在对vocs的数据进行收集时，其具体的来源难以识别，进而造成得到的解析结果与实际值产生较大偏差。
4、为了应对上述问题，现亟需基于pmf模型的挥发性有机物来源解析系统来改善现有技术中的不足。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供基于pmf模型的挥发性有机物来源解析系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，提供了基于pmf模型的挥发性有机物来源解析系统，包括准备模块、评估模块、分析模块、解释与应用模块和管理模块，所述准备模块至少包括预处理单元，所述评估模块至少包括计
3、其中，所述准备模块用于收集并清洗来自不同来源的vocs浓度数据以及相关参数，所述评估模块用于计算和优化调整每个vocs浓度数据点的不确定度，所述分析模块根据pmf模型，对vocs数据进行源解析，所述解释与应用模块对pmf模型的运行结果进行分析并提出针对性防控建议，所述管理模块用于管控访问界面；
4、所述预处理单元用于洗去所收集数据中的异常值，得到预筛选质谱图，所述计算分析单元通过环境监测与溯源分析技术，对清洗后的vocs浓度数据进行分类，所述输出单元用于pmf模型中运行得到vocs样本输出，所述输出单元用于将得到vocs样本与计算分析单元的分类结果进行比对；
5、所述训练系统创建分子指纹预测模型，所述预测系统利用训练好的分子指纹预测模型，对新的输入电子轰击质谱图进行预测分析，获取预测分子指纹，所述检索系统用于在目标质谱库中检索与输入质谱图相似的候选分子指纹，所述比较系统将预测分子指纹与候选分子指纹进行比较处理，生成分子指纹候选列表；
6、若输出单元中得到的vocs样本不在分子指纹候选候选列表中，则将vocs样本返回到预处理单元内重新清洗，所述预处理单元能够验证vocs样本清洗前后相似度变化，是否超过预设的精度范围，若vocs样本清洗前后相似度变化未超过预设的精度范围，则将该vocs样本更新到分子指纹候选列表中，若vocs样本清洗前后相似度变化超过了预设的精度范围，则将重新清洗后的vocs样本代入到分子预测模型内重新运行；
7、所述预处理单元还能够根据所收集的数据，判断当前所处的季节，设定不同的精度变化范围，所述预处理单元根据所收集的数据，为验证vocs样本二次清洗前后相似度变化，是否超过预设的精度范围而设定不同标准。
8、作为本技术方案的进一步改进，所述准备模块还包括收集单元；
9、所述收集单元负责收集来自不同来源的vocs浓度数据以及其他相关参数，包括气象数据和地理位置；
10、所述预处理单元为验证vocs样本二次清洗前后相似度变化，是否超过预设的精度范围而设定不同标准的方法，具体包括如下步骤：
11、s1.1、季节判断：根据采集到的气象数据，特别是温度数据，结合季节划分标准，分析判断当前所处的季节；
12、s1.2、设定精度标准：根据判断出的季节，预处理单元设定相对应的精度变化区间。
13、作为本技术方案的进一步改进，所述评估模块还包括优化单元；
14、所述优化单元利用统计方法，对不确定度进行优化调整，所述计算分析单元对经过预处理单元清洗后的vocs浓度数据点进行分类，所采用的环境监测与溯源分析技术是化学指纹技术，其技术模型公式如下：
15、
16、其中：i取值为正整数；
17、f(x)——预测函数；
18、x——输入向量，选用质谱图特征；
19、yi——样本标签；
20、ai——支持值；
21、k(x,xi)——核函数，采用高斯径向基函数；
22、b——偏差项；
23、该公式描述了如何根据训练样本和核函数对新的输入进行预测，在vocs分类分析中，可以将质谱图特征作为输入向量，通过训练好的分子指纹模型进行预测分类。
24、作为本技术方案的进一步改进，所述分析模块还包括设置单元和运行单元；
25、所述设置单元用于设置pmf模型的参数，包括潜在因子数量和迭代次数，所述运行单元根据设置的参数和预处理单元预处理后的数据，运行pmf模型，进行vocs的源解析。
26、作为本技术方案的进一步改进，所述分析模块所采用的pmf模型的公式如下：
27、
28、其中：i、j、k的取值均为正整数；
29、q——目标函数；
30、wij——权重矩阵w的元素，用于表示数据点的可信度；
31、xij——观测数据矩阵x的元素，表示第i个样品中第j个污染物的浓度；
32、gik——污染源贡献矩阵g的元素，表示第i个样品中第k个污染源的贡献率；
33、fkj——源成分谱矩阵f的元素，表示第k个污染源中第j个污染物的浓度；
34、eij——误差矩阵e的元素，用于表示观测数据的不确定性；
35、通过求解目标函数q的最小值，可以得到最优的污染源贡献矩阵g和源成分谱矩阵f，从而实现对vocs来源的解析。
36、作为本技术方案的进一步改进，所述解释与应用模块包括解释单元和应用单元；
37、所述解释单元用于对pmf模型输出的结果进行解释和分析，所述应用单元根据结果解释，提出针对性的vocs污染防控措施。
38、作为本技术方案的进一步改进，所述管理模块包括权限设定单元和可视化单元；
39、所述权限设定单元对系统用户进行管理，包括用户权限设置和数据访问控制，所述可视化单元用于提供数据可视化工具，帮助用户更直观地理解和分析vocs的来源和分布特征。
40、与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
41、该基于pmf模型的挥发性有机物来源解析系统中，通过比较系统将预测分子指纹与候选分子指纹进行比较处理，生成分子指纹候选列表；若输出本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于PMF模型的挥发性有机物来源解析系统，其特征在于：包括准备模块(10)、评估模块(20)、分析模块(30)、解释与应用模块(40)和管理模块(50)，所述准备模块(10)至少包括预处理单元(12)，所述评估模块(20)至少包括计算分析单元(21)，所述分析模块(30)至少包括输出单元(33)，所述计算分析单元(21)包括训练系统(61)、预测系统(62)、检索系统(63)和比较系统(64)；
2.根据权利要求1所述的基于PMF模型的挥发性有机物来源解析系统，其特征在于：所述准备模块(10)还包括收集单元(11)；
3.根据权利要求1所述的基于PMF模型的挥发性有机物来源解析系统，其特征在于：所述评估模块(20)还包括优化单元(22)；
4.根据权利要求1所述的基于PMF模型的挥发性有机物来源解析系统，其特征在于：所述分析模块(30)还包括设置单元(31)和运行单元(32)；
5.根据权利要求1所述的基于PMF模型的挥发性有机物来源解析系统，其特征在于：所述分析模块(30)所采用的PMF模型的公式如下：
6.根据权
7.根据权利要求1所述的基于PMF模型的挥发性有机物来源解析系统，其特征在于：所述管理模块(50)包括权限设定单元(51)和可视化单元(52)；
...【技术特征摘要】
1.基于pmf模型的挥发性有机物来源解析系统，其特征在于：包括准备模块(10)、评估模块(20)、分析模块(30)、解释与应用模块(40)和管理模块(50)，所述准备模块(10)至少包括预处理单元(12)，所述评估模块(20)至少包括计算分析单元(21)，所述分析模块(30)至少包括输出单元(33)，所述计算分析单元(21)包括训练系统(61)、预测系统(62)、检索系统(63)和比较系统(64)；
2.根据权利要求1所述的基于pmf模型的挥发性有机物来源解析系统，其特征在于：所述准备模块(10)还包括收集单元(11)；
3.根据权利要求1所述的基于pmf模型的挥发性有机物来源解析系统，其特征在于：所述评估模块(...
【专利技术属性】
技术研发人员：张媛，刘清伟，古长具，王峰举，郑雨薇，
申请(专利权)人：河南省焦作生态环境监测中心，
类型：发明
国别省市：
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