本發明涉及一種家用空氣污染分級預警裝置及方法，屬于環境科學技術領域。
背景技術：
現階段，我國公眾對空氣污染級別的認知是通過某種裝置加載某種軟件獲取，這些軟件對空氣污染級別分級基于空氣質量指數(aqi，airqualityindex)，但是，我國現行空氣質量指數aqi經常與公眾的直觀感受及實際空氣質量狀況不相符。其部分原因在于aqi指數的絕對性，aqi指數將常規監測的幾種空氣污染物的濃度簡化成為單一的概念性數值形式，是一種絕對數值的表示。
技術實現要素：
為了解決空氣污染與公眾直觀感受不一致的問題，作為aqi指數的補充，本發明提供一種家用空氣污染分級預警裝置及方法，主要從空氣質量相對優劣的角度出發，通過算法使劃分的質量級別與人群健康受環境污染影響的相對程度相聯系，考慮了不同等級的環境質量引起的環境效應，并將預警結果顯示給公眾。該家用空氣污染分級預警裝置是一種成本小、時間短、客觀有效的預警裝置。
一方面，本發明提供一種家用空氣污染分級預警裝置，包括用于供電的電源模塊以及空氣采樣模塊、gps信息傳輸模塊、分級預警模塊、存儲模塊、顯示輸出模塊，其中：
空氣采樣模塊，用于對用戶所在區域空氣中的污染物pm2.5、pm10、so2、no2、o3、co進行實時采集；
gps信息傳輸模塊，用于通過gps獲得用戶所在位置，并根據該位置從氣象局公共服務平臺獲取用戶所在區域空氣質量指數的官方值；
分級預警模塊，用于根據空氣采樣模塊實時采集的污染物計算用戶所在區域空氣質量指數的計算值，并結合gps信息傳輸模塊獲取的用戶所在區域空氣質量指數的官方值，對當日的空氣質量進行分級；
顯示輸出模塊，用于對分級預警模塊的結果進行顯示，并對空氣污染情況進行報警；
存儲模塊，用于存儲空氣采樣模塊實時采集的污染物數據以及gps信息傳輸模塊獲取的用戶所在空氣質量指數的官方值。
2.作為本發明的進一步優化方案，所述分級預警模塊根據空氣采樣模塊實時采集的污染物計算用戶所在區域空氣質量指數的計算值，并結合gps信息傳輸模塊獲取的用戶所在區域空氣質量指數的官方值，對當日的空氣質量進行分級，具體為：
首先，計算用戶所在區域的當日空氣質量值aqid＝(aqic+aqig)/2，其中，aqic表示根據空氣采樣模塊實時采集的污染物按照空氣質量指數的國標方法得到的當日用戶所在區域空氣質量指數的計算值，aqig表示gps信息傳輸模塊獲取的當日用戶所在區域空氣質量指數的官方值；
其次，計算用戶所在區域的當日空氣質量相對值ad＝max(0,aqid-aqid-1)，其中，aqid表示用戶所在區域的當日空氣質量值，aqid-1表示用戶所在區域的前一日空氣質量值，aqid-1＝(aqic-1+aqig-1)/2，其中，aqic-1表示根據空氣采樣模塊實時采集的污染物按照空氣質量指數的國標方法得到的前一日用戶所在區域空氣質量指數的計算值，aqig-1表示gps信息傳輸模塊獲取的前一日用戶所在區域空氣質量指數的官方值；
其次，計算用戶所在區域的當日空氣質量絕對值，bd＝|aqid-aqid-1|；
再次，計算用戶所在區域的當日空氣質量相對分級值
最后，根據當日空氣質量的相對分級值對當日的空氣質量進行分級：
其中，g(yd)表示空氣質量等級。
作為本發明的進一步優化方案，在分級劃分的閾值中引入調節數ε，以根據各地空氣質量的氣候標準差的起伏變化調節分級閾值，具體為：
另一方面，本發明還提供一種基于上述家用空氣污染分級預警裝置進行預警的方法，具體步驟如下：
步驟1，根據用戶所在位置，從氣象局公共服務平臺獲取用戶所在區域空氣質量指數的官方值；
步驟2，根據實時采集用戶所在區域的污染物信息以及用戶所在區域空氣質量指數的官方值，計算用戶所在區域的當日空氣質量值：
aqid＝(aqic+aqig)/2
其中，aqic表示按照空氣質量指數的國標方法，根據實時采集的污染物信息得到的當日用戶所在區域空氣質量指數的計算值，aqig表示當日用戶所在區域空氣質量指數的官方值；
步驟3，根據用戶所在區域的當日空氣質量值和前一日空氣質量值，計算用戶所在區域的當日空氣質量相對值：
ad＝max(0,aqid-aqid-1)
其中，aqid表示用戶所在區域的當日空氣質量值，aqid-1表示用戶所在區域的前一日空氣質量值，aqid-1＝(aqic-1+aqig-1)/2，其中，aqic-1表示按照空氣質量指數的國標方法，根據實時采集的污染物信息得到的前一日用戶所在區域空氣質量指數的計算值，aqig-1表示前一日用戶所在區域空氣質量指數的官方值；
步驟4，根據用戶所在區域的當日空氣質量值和前一日空氣質量值，計算用戶所在區域的當日空氣質量絕對值：
bd＝|aqid-aqid-1|
步驟5，計算當日空氣質量的相對分級值：
其中，ad-1表示前一日空氣質量相對值，ad-1＝max(0,aqid-1-aqid-2)，bd-1表示前一日空氣質量絕對值，bd-1＝|aqid-1-aqid-2|，aqid-2表示用戶所在區域的前一日空氣質量值，aqid-2＝(aqic-2+aqig-2)/2，其中，aqic-2表示按照空氣質量指數的國標方法、根據實時采集的污染物信息得到的前兩日用戶所在區域空氣質量指數的計算值，aqig-2表示前兩日用戶所在區域空氣質量指數的官方值；
步驟6，根據步驟5中計算得到的當日空氣質量的相對分級值對當日的空氣質量進行分級：
其中，g(yd)表示空氣質量等級；
步驟7，將步驟6得到的空氣質量等級發送至用戶端，以對用戶進行預警。
作為本發明的進一步優化方案，步驟7中通過音響裝置將空氣質量等級對用戶進行播放。
作為本發明的進一步優化方案，步驟7中通過顯示屏顯示空氣質量等級，以便用戶查看。
作為本發明的進一步優化方案，在根據當日空氣質量的相對分級值對當日的空氣質量進行分級時，引入調節數ε，以根據各地空氣質量的氣候標準差的起伏變化調節分級閾值，具體為：
本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：本發明的這種家用空氣質量檢測裝置本裝置結構簡單，成本低廉，使用于家庭使用；通過分級預警算法可以進行快速分析和評價，可用于一般性空氣質量評價，對空氣質量的實現實時預警。。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明的技術方案做進一步的詳細說明：
本發明一種家用空氣質量分級預警裝置，包括空氣采樣模塊、gps信息傳輸模塊、分級預警模塊、存儲模塊、顯示輸出模塊和用于供電的電源模塊。
其中，空氣采樣模塊，用于對用戶所在區域空氣中的污染物pm2.5、pm10、so2、no2、o3、co進行實時采集；gps信息傳輸模塊，用于通過gps獲得用戶所在位置，并根據該位置從氣象局公共服務平臺獲取用戶所在區域空氣質量指數的官方值；存儲模塊，用于對gps信息傳輸模塊獲取的用戶所在空氣質量指數的官方值進行存儲，且同時保存用戶所在區域經緯度信息、空氣采樣模塊實時采集的污染物數據；分級預警模塊，用于根據空氣采樣模塊實時采集的污染物計算用戶所在區域空氣質量指數的計算值，并結合gps信息傳輸模塊獲取的用戶所在區域空氣質量指數的官方值，對當日的空氣質量進行分級；顯示輸出模塊，用于對分級預警模塊的結果進行顯示，并對空氣污染情況進行報警，可以通過顯示屏或喇叭輸出圖像或聲音。
本發明的分級預警模塊中，通過一種分級預警算法，對空氣質量進行分級。該分級預警算法按照空氣污染相對的濃度變化將空氣質量指數范圍進行客觀分段，劃分出五個等級，使劃分的質量級別與人群健康受環境污染影響的相對程度相聯系。該分級預警算法有別于目前國內使用的基于aqi的分級方法，基于aqi的分級方法未能表現出當日空氣質量與前一日的比較差異，如當日空氣質量值為160，前一日空氣質量值為140，采用絕對值法，僅能判斷兩日均屬于重污染日，但無法對污染加強或減弱進行判斷。
本發明為解決這一問題，提出一種分級預警算法，其步驟如下：
首先，計算用戶所在區域的當日空氣質量值aqid＝(aqic+aqig)/2，其中，aqic表示根據空氣采樣模塊實時采集的污染物按照空氣質量指數的國標方法得到的當日用戶所在區域空氣質量指數的計算值，aqig表示gps信息傳輸模塊獲取的當日用戶所在區域空氣質量指數的官方值；
其次，計算用戶所在區域的當日空氣質量相對值ad＝max(0,aqid-aqid-1)，其中，aqid表示用戶所在區域的當日空氣質量值，aqid-1表示用戶所在區域的前一日空氣質量值，aqid-1＝(aqic-1+aqig-1)/2，其中，aqic-1表示根據空氣采樣模塊實時采集的污染物按照空氣質量指數的國標方法得到的前一日用戶所在區域空氣質量指數的計算值，aqig-1表示gps信息傳輸模塊獲取的前一日用戶所在區域空氣質量指數的官方值；
其次，計算用戶所在區域的當日空氣質量絕對值，bd＝|aqid-aqid-1|；
再次，計算用戶所在區域的當日空氣質量相對分級值
最后，根據當日空氣質量的相對分級值對當日的空氣質量進行分級：
其中，g(yd)表示空氣質量等級。
本發明的分級預警算法表示當日空氣質量的相對分級值yd的取值范圍[0,100)分成了從"優"、"極弱"、"弱污染"、"中污染"到"強污染"五個區域。
由于我國國土面積在經緯度跨度較大，為了提高本發明分級預警算法的應用效果，并無硬性規定劃分閾值，在分級閾值中引入調節數ε，以調節分級條件。其中，ε值的選取可參考各地空氣質量的氣候標準差，如果氣候標準差起伏不大，則可以設置ε＝0，即使用默認的分級條件；如果氣候標準差較大，說明該地空氣質量的大部分數值差異較大，可用ε在分級條件上進行一定范圍的調節，即：
分級條件以45+ε作為分界線，當分極條件不小于下限45+ε，表明今日空氣污染強于昨日；否則，說明當日空氣污染與昨日空氣污染相比較，空氣質量偏好；當分級條件為0時，說明今日空氣質量優于昨日。
以上所述，僅為本發明中的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術范圍內，可理解想到的變換或替換，都應涵蓋在本發明的包含范圍之內，因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。