一种空气质量可视化显示方法、装置和设备与流程

1.本发明一般涉及大气环境技术领域，并且更具体地，涉及一种空气质量可视化显示方法、装置和设备。


背景技术：

2.随着时代的发展，我国的各行各业飞速发展，但是于此同时也带来了很多环境问题，特别是空气质量的问题尤为严重，对我国人民的健康产生了严重的影响，因此对于空气质量监测显得尤为重要。
3.传统的空气质量监测过程是针对于空气整体质量水平进行的评估，并基于评估结果进行预警，然而在这种预警机制下，当某一分项污染物超标时，可能无法体现在空气整体质量的评估结果中，导致预警不及时，预警结果不准确，并且无法对空气质量情况进行直观展示，不能满足人们对空气质量监测的要求。


技术实现要素：

4.根据本发明的实施例，提供了一种空气质量可视化显示方案。本方案能够对空气质量进行可视化显示，并且对空气质量情况进行直观展示。
5.在本发明的第一方面，提供了一种空气质量可视化显示方法。该方法包括：
6.构建目标监测区域对应的三维空间坐标系，在所述三维空间坐标系中建立三维网格模型；
7.获取所述目标监测区域的空气质量数据，以所述三维网格模型中的每个立方体网格的中心点处的空气质量数据作为所述立方体网格的空气质量监测数据；
8.将所述三维网格模型中的每个立方体网格的中心点处的空气质量监测数据转化为对应的颜色属性值，依据所述颜色属性值与空气质量监测数据的对应关系，对所述三维网格模型的立方体网格进行颜色填色，得到目标监测区域的空气质量监测渲染图；
9.根据所述三维网格模型中的立方体网格的空气质量监测数据与预设的预警阈值之间的关系，对所述立方体网格对应区域进行空气质量污染预警提示。
10.进一步地，所述构建目标监测区域对应的三维空间坐标系，在所述三维空间坐标系中建立三维网格模型，包括：
11.以平行于经度线方向的轴为x轴，以平行于纬度线方向的轴为y轴，以垂直经纬线方向为z轴建立三维空间坐标系，使所述目标监测区域在所述三维空间坐标系内；
12.根据经纬度信息以及预设步长信息在所述三维空间坐标系中构建三维网格模型；所述三维网格模型包括紧密排列的若干大小相等的立方体网格，且所述立方体网格的边长与所述步长相等。
13.进一步地，所述将所述三维网格模型中的每个立方体网格的中心点处的空气质量数据转化为对应的颜色属性值，包括：
14.通过向下取整函数将各个立方体网格的空气质量监测数据分别处理成介于0-255
之间的对应整数，作为颜色属性值。
15.进一步地，所述颜色属性值包括颜色rgb值。
16.进一步地，所述依据所述颜色属性值与空气质量监测数据的对应关系，对所述三维网格模型的立方体网格进行颜色填色，得到目标监测区域的空气质量监测渲染图，包括：
17.利用预设置的映射库，将所述三维网格模型的立方体网格的空气质量监测数据对应到不同的等级的颜色；
18.根据对应的颜色对所述三维网格模型的立方体网格进行填色，得到目标监测区域的空气质量监测渲染图。
19.进一步地，所述映射库的预设置过程包括：
20.根据空气质量数据设置空气质量等级；
21.为每个空气质量等级生成对应的分级色条，通过分级渐变色条表示空气质量等级内不同的空气质量数据。
22.进一步地，所述根据所述三维网格模型中的立方体网格的空气质量监测数据与预设的预警阈值之间的关系，对所述立方体网格对应区域进行空气质量污染预警提示，包括：
23.计算出所述三维网格模型中的立方体网格的空气质量监测数据中每项污染物的浓度分指数，从中选择污染物浓度分指数的最大值，以确定对应污染物的浓度指数；
24.若所述污染物的浓度指数超过所述污染物浓度的预警阈值，则对所述立方体网格对应区域进行空气质量污染预警提示。
25.在本发明的第二方面，提供了一种空气质量可视化显示装置。该装置包括：
26.模型建立模块，用于构建目标监测区域对应的三维空间坐标系，在所述三维空间坐标系中建立三维网格模型；
27.数据赋值模块，用于获取所述目标监测区域的空气质量数据，以所述三维网格模型中的每个立方体网格的中心点处的空气质量数据作为所述立方体网格的空气质量监测数据；
28.颜色匹配模块，用于将所述三维网格模型中的每个立方体网格的中心点处的空气质量监测数据转化为对应的颜色属性值，依据所述颜色属性值与空气质量监测数据的对应关系，对所述三维网格模型的立方体网格进行颜色填色，得到目标监测区域的空气质量监测渲染图；
29.预警提示模块，用于根据所述三维网格模型中的立方体网格的空气质量监测数据与预设的预警阈值之间的关系，对所述立方体网格对应区域进行空气质量污染预警提示。
30.在本发明的第三方面，提供了一种电子设备。该电子设备至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明第一方面的方法。
31.在本发明的第四方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，所述计算机指令用于使所述计算机执行本发明第一方面的方法。
32.应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本发明的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
33.结合附图并参考以下详细说明，本发明各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：
34.图1示出了根据本发明的实施例的空气质量可视化显示方法的流程图；
35.图2示出了根据本发明的实施例的空气质量可视化显示装置的方框图；
36.图3示出了能够实施本发明的实施例的示例性电子设备的方框图；
37.其中，300为电子设备、301为cpu、302为rom、303为ram、304为总线、305为i/o接口、306为输入单元、307为输出单元、308为存储单元、309为通信单元。
具体实施方式
38.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
40.本发明中，能够对空气质量进行精准监测，并且能够将监测结果进行直观展示。
41.图1示出了本发明实施例的空气质量可视化显示方法的流程图。
42.该方法包括：
43.s101、构建目标监测区域对应的三维空间坐标系，在所述三维空间坐标系中建立三维网格模型。
44.作为本发明的一种实施例，以平行于经度线方向的轴为x轴，以平行于纬度线方向的轴为y轴，以垂直经纬线方向为z轴建立三维空间坐标系，使所述目标监测区域在所述三维空间坐标系内。
45.根据经纬度信息以及预设步长信息在所述三维空间坐标系中构建三维网格模型。
46.所述三维网格模型包括紧密排列的若干大小相等的立方体网格，且所述立方体网格的边长与所述步长相等。
47.在一些实施例中，用0.2
°×
0.2
°
的分格标准将三维网格模型(经度0
°‑
360
°
，纬度负90
°‑
正90
°
)划分成了多个小格区域，然后以每个小格区域的中心坐标来代表该网格的位置。每个网格的pscf值是所选研究区域内经过该网格(ij)的污染轨迹数(x
ij
)与该网格上经过的所有轨迹数(y
ij
)的比值，即：
[0048][0049]
pscf的值越大表明该网格的贡献越大。高pscf值所对应的区域就是影响研究点位的潜在源区。w
ij
是权重函数。由于pscf是一种条件概率，当经过某一网格的所有轨迹数(y
ij
)较小时，pscf的值会有很大的不确定性。为了减少这种不确定性，引入了权重函数w
ij
，即当某一网格中的y
ij
小于研究区内每个网格平均轨迹端点数的3倍时，就要使用w
ij
来减小
pscf的不确定性。例如，将研究区域分为1400个0.2
°
*0.2
°
的小网格，区域内所有轨迹点数是18000个，则每个网格的平均轨迹端点数大约为13个，即当y
ij
约小于40的时候，就要使用权重函数：
[0050][0051]
s102、获取所述目标监测区域的空气质量数据，以所述三维网格模型中的每个立方体网格的中心点处的空气质量数据作为所述立方体网格的空气质量监测数据。
[0052]
作为本发明的一种实施例，可以基于地面观测站的环境监测传感器将污染物的实况数据进行采集。其中，污染物包括pm2.5、pm10、so2、no、co、o3等。
[0053]
由于所述三维网格模型是根据经纬度和高度进行划分网格的，故在所述三维网格模型中的每一个立方体网格都对应有特定的经纬度信息和高度信息，即每一个立方体网格能够表示在对应的经纬度和高度组成的立方体区域内的污染物浓度值。以每个立方体网格的中心点处的污染物浓度值作为当前立方体网格的空气质量监测数据，即建立起污染物浓度值与立方体网格的关联关系。
[0054]
s103、将所述三维网格模型中的每个立方体网格的中心点处的空气质量监测数据转化为对应的颜色属性值，依据所述颜色属性值与空气质量监测数据的对应关系，对所述三维网格模型的立方体网格进行颜色填色，得到目标监测区域的空气质量监测渲染图。
[0055]
通过绘制空气质量渲染图可以更好的展示目标监测区域的空气质量，实现监测功能，并且用户可以获得更好的体验。
[0056]
作为本发明的一种实施例，通过向下取整函数将各个立方体网格的空气质量监测数据分别处理成介于0-255之间的对应整数，作为颜色属性值。
[0057]
因为空气质量监测数据一般存储为8位(bit)的二进制数，将所有立方体网格的空气质量监测数据处理成0-255之间的整数，具体包括：
[0058][0059]
其中，v为转化后的整数值；v为立方体网格的空气质量监测数据；v
min
和v
max
为预先指定的空气质量监测数据的最小值和最大值。以pm2.5为例，可以指定v
min
＝0，v
max
＝500，floor为向下取整函数。所述转化后的整数值即对应为颜色属性值中的rgb值。
[0060]
可以依据污染物浓度值和颜色rgb值的对应关系，提取所有立方体网格对应的颜色rgb值。
[0061]
利用预设置的映射库，将所述三维网格模型的立方体网格的空气质量监测数据对应到不同的等级的颜色。若立方体网格的空气质量监测数据落在某一等级的rgb值中，则为该立方体网格填相应分级色条的颜色。
[0062]
根据对应的颜色对所述三维网格模型的立方体网格进行填色，得到目标监测区域的空气质量监测渲染图。
[0063]
所述映射库的预设置过程包括：
[0064]
根据空气质量数据设置空气质量等级；具体可以将rgb值每5个数值分成1个等级，即在映射库中设置了51个颜色等级。每个颜色等级为5个数值的rgb值。
[0065]
为每个空气质量等级生成对应的分级色条，通过分级渐变色条表示空气质量等级内不同的空气质量数据。
[0066]
本发明实施例实现了准确获取空气质量数据，并划分空气质量等级，关联到颜色色条，支持按不同等级的颜色绘制渲染图。
[0067]
作为本发明的一种实施例，还可以获取立方体网格的空气质量预测数据对应的颜色索引。根据该颜色索引获取对应的颜色，具体包括：
[0068][0069]
其中，cindex表示颜色索引；v表示立方体网格的空气质量监测数据；n
min
表示污染物浓度的最小值；n
max
表示污染物浓度的最大值；clength表示空气质量监测渲染图的颜色个数。颜色索引和各个网格的空气质量数据的颜色的对应关系是预先设置好的，例如为10个各自设置1-10的编号，依次往里面放了10个颜色，每次根据计算出来的编号去对应颜色，例如编号为6，那就获取第6个颜色。通过公式的方式获得立方体网格的空气质量监测数据对应的颜色索引，使得颜色划分更加细致科学，并且通过这种方式获取的索引更容易，不需要人为的去划分等级，更加具有普适性。
[0070]
s104、根据所述三维网格模型中的立方体网格的空气质量监测数据与预设的预警阈值之间的关系，对所述立方体网格对应区域进行空气质量污染预警提示。
[0071]
作为本发明的一种实施例，当所述三维网格模型中的立方体网格的空气质量监测数据中包括三个指标值，分别为一氧化碳、pm2.5和二氧化硫，且通过上述s103步骤得到一氧化碳为16、pm2.5为150、二氧化硫为80。而一氧化碳阈值为20，pm2.5阈值为60，二氧化硫阈值为20，此时，确定检测得到的一氧化碳小于一氧化碳阈值，pm2.5含量大于pm2.5阈值，二氧化硫含量大于二氧化硫阈值，则对pm2.5和二氧化硫进行预警提示。
[0072]
其中，污染物浓度的预警阈值可以是预先设置的，且该污染物浓度的预警阈值可以根据达到空气质量目标设置，或者根据相关国际标准、国家标准或行业标准等设置。
[0073]
在一些实施例中，计算出所述三维网格模型中的立方体网格的空气质量监测数据中每项污染物的污染物浓度分指数，从中选择所述污染物浓度分指数的最大值，以确定对应污染物的浓度指数；若所述污染物的浓度指数超过所述污染物浓度的预警阈值，则对所述立方体网格对应区域进行空气质量污染预警提示。
[0074]
在本实施例中，首先，将污染物的浓度值与对应的污染物浓度的预警阈值进行对比，对应计算出每项污染物的污染物浓度分指数，具体包括：
[0075][0076]
其中，iaqi
p
为污染物项目p的污染物浓度分指数；c
p
为污染物项目p的浓度值；bp
hi
为污染物浓度分指数对应污染物项目浓度限值表中与c
p
相近的污染物浓度限值的高位值；bp
l0
为污染物浓度分指数对应污染物项目浓度限值表中与c
p
相近的污染物浓度限值的低位
值；iaqi
hi
为空气质量分指数对应污染物项目浓度限值表中与bp
hi
对应的污染物浓度分指数；iaqi
l0
为污染物浓度分指数对应污染物项目浓度限值表中与bp
l0
对应的污染物浓度分指数。
[0077]
根据获得的每项污染物的污染物浓度分指数，从中选择污染物浓度分指数的最大值，以确定污染物浓度指数，具体包括：
[0078]
污染物浓度指数aqi计算公式如下：
[0079]
aqi＝max{iaqi1、iaqi2、iaqi3、
……
、iaqin}
[0080]
其中，iaqi为污染物浓度分指数；n为污染物项目数。
[0081]
根据本发明的实施例，能够对空气质量进行精准监测，并且能够将监测结果进行直观展示。
[0082]
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
[0083]
以上是关于方法实施例的介绍，以下通过装置实施例，对本发明所述方案进行进一步说明。
[0084]
如图2所示，装置200包括：
[0085]
模型建立模块210，用于构建目标监测区域对应的三维空间坐标系，在所述三维空间坐标系中建立三维网格模型；
[0086]
数据赋值模块220，用于获取所述目标监测区域的空气质量数据，以所述三维网格模型中的每个立方体网格的中心点处的空气质量数据作为所述立方体网格的空气质量监测数据；
[0087]
颜色匹配模块230，用于将所述三维网格模型中的每个立方体网格的中心点处的空气质量监测数据转化为对应的颜色属性值，依据所述颜色属性值与空气质量监测数据的对应关系，对所述三维网格模型的立方体网格进行颜色填色，得到目标监测区域的空气质量监测渲染图；
[0088]
预警提示模块240，用于根据所述三维网格模型中的立方体网格的空气质量监测数据与预设的预警阈值之间的关系，对所述立方体网格对应区域进行空气质量污染预警提示。
[0089]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，所述描述的模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0090]
本发明的技术方案中，所涉及的用户个人信息的获取，存储和应用等，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。
[0091]
根据本发明的实施例，本发明还提供了一种电子设备和一种可读存储介质。
[0092]
图3示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备300的示意性框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装
置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
[0093]
设备300包括计算单元301，其可以根据存储在只读存储器(rom)302中的计算机程序或者从存储单元308加载到随机访问存储器(ram)303中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在ram 303中，还可存储设备300操作所需的各种程序和数据。计算单元301、rom 302以及ram 303通过总线304彼此相连。输入/输出(i/o)接口305也连接至总线304。
[0094]
设备300中的多个部件连接至i/o接口305，包括：输入单元306，例如键盘、鼠标等；输出单元307，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元308，例如磁盘、光盘等；以及通信单元309，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元309允许设备300通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
[0095]
计算单元301可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元301的一些示例包括但不限于中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、各种专用的人工智能(ai)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(dsp)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元301执行上文所描述的各个方法和处理，例如方法s101～s104。例如，在一些实施例中，方法s101～s104可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元308。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom 302和/或通信单元309而被载入和/或安装到设备300上。当计算机程序加载到ram 303并由计算单元301执行时，可以执行上文描述的方法s101～s104的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元301可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行方法s101～s104。
[0096]
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、芯片上系统的系统(soc)、负载可编程逻辑设备(cpld)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
[0097]
用于实施本发明的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
[0098]
在本发明的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom
或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
[0099]
为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，crt(阴极射线管)或者lcd(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
[0100]
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(lan)、广域网(wan)和互联网。
[0101]
计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。
[0102]
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
[0103]
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。