Các phép đo được thu thập bằng cảm biến tán xạ ánh sáng liên tục, AV, được so sánh với các phép đo được thực hiện bằng dữ liệu BAM tham chiếu, do đại sứ quán Hoa Kỳ và chính phủ Trung Quốc tính toán, từ ngày 1 tháng 6 đến ngày 30 tháng 6 năm 2015. Mục đích của cuộc điều tra này là phân tích độ chính xác và chính xác của cảm biến AV trong việc đo nồng độ khối lượng của các hạt trong không khí có đường kính khí động học nhỏ hơn 2,5 micromet (µm). Các phép đo PM2.5 do cảm biến AV và cảm biến BAM thực hiện cho thấy có mối tương quan tốt với hiệu suất tương quan hàng ngày và hàng giờ lần lượt là 0,96 và 0,83. Như vậy, AV và BAM là chính xác để triển khai trong quá trình giám sát liên tục PM 2.5 theo thời gian thực.

Tất cả các thiết bị đều được vận hành ở quận Triều Dương, Bắc Kinh. Dữ liệu từ BAM được đo tại đại sứ quán Hoa Kỳ, tọa lạc tại số 55 đường Anjialou. Khoảng cách giữa AV đến cảm biến của đại sứ quán Mỹ là khoảng 0,5km. Máy dò AV được đặt ở ban công cao 20m, hướng ra khu dân cư, để đảm bảo dữ liệu mà cảm biến thu thập không bị ảnh hưởng bởi ô nhiễm giao thông ô tô.

Việc giám sát được thực hiện từ ngày 1 tháng 6 (18:00) đến ngày 30 tháng 6 năm 2015 (15:00), trong tổng thời gian đo là 30 ngày. Nồng độ PM2.5 được theo dõi trong tháng 6 do nồng độ PM2.5 biến động lớn và độ ẩm đa dạng.

Phương pháp định lượng để so sánh dữ liệu đã được sử dụng để có được cảm nhận trực quan về độ chính xác của dữ liệu bằng cách sử dụng biểu đồ chuỗi thời gian, như được hiển thị trong Hình 1 và 2. Nồng độ PM2.5 trung bình được tính toán từ dữ liệu được ghi lại mỗi giờ. Nồng độ PM2.5 được ghi nhận giữa cả hai thiết bị hơi khác nhau. Điều này là do các phương pháp phát hiện khác nhau giữa cả hai thiết bị, vì AV sử dụng tán xạ ánh sáng và BAM sử dụng tán xạ tia beta. Ngoài ra, thời gian phản hồi của AV và BAM là khác nhau, trong đó AV được thiết lập để ghi lại nồng độ mỗi giây, trong khi BAM ghi dữ liệu hàng giờ.

Tổng cộng có 694 điểm dữ liệu đã được thu thập. Trong khi nồng độ khối lượng PM2.5 trung bình được phân bổ trong khoảng từ 0 đến 250µg/m3, xu hướng tập trung tương tự đối với AV và BAM được thể hiện.

Hình 1: Chuỗi thời gian về PM2.5 trung bình hàng giờ sử dụng AV và BAM (Đại sứ quán Hoa Kỳ)
​

Hình 2: Chuỗi thời gian của PM2.5 trung bình mỗi giờ sử dụng AV và BAM (chính phủ Trung Quốc, trung tâm triển lãm nông nghiệp)

Hai phân tích thống kê đã được sử dụng để so sánh nồng độ từ AV và BAM. Một là so sánh sự khác biệt hàng giờ giữa hai thiết bị về cả nồng độ tuyệt đối và tỷ lệ phần trăm và hai là so sánh AV với BAM bằng cách sử dụng phân tích hồi quy tuyến tính.

Sự khác biệt tương đối có thể được tính bằng cách chia chênh lệch tuyệt đối và giá trị nồng độ từ đại sứ quán Hoa Kỳ. Bằng cách so sánh số đo trung bình hàng ngày từ đại sứ quán Hoa Kỳ và cảm biến AV, người ta thấy chênh lệch phần trăm là 13,9%, điều này cho thấy mối tương quan tuyệt vời khi ước tính sai số trung bình của thiết bị tán xạ ánh sáng khoảng 30% đến 40% theo (Molenar, nd). Sự khác biệt tương đối là do sự biến đổi tự nhiên của các thông số khí dung PM2.5 và hiệu suất tán xạ của cảm biến AV. Sự khác biệt về không gian là một đóng góp bổ sung vào sự khác biệt giữa các phép đo. (Tham khảo các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo PM2.5)

Trong khi sự khác biệt tương đối hàng giờ giữa AV và BAM được tìm thấy là 16,1%. Bạn có thể đạt được độ chính xác cao hơn nếu bạn bỏ qua các giá trị ngoại lệ, đặc biệt là ở mức nồng độ rất thấp (<8 µg/m3). Mức độ tập trung càng thấp thì độ không chắc chắn càng cao.

Mục đích của phân tích hồi quy tuyến tính là khám phá mối quan hệ giữa các phép đo AV và BAM tương ứng trên một phạm vi nồng độ. Quy trình hồi quy xác định đường thẳng “tốt nhất” có sẵn để mô tả mối quan hệ và hệ số hồi quy giải thích mối tương quan của dữ liệu. Hình X thể hiện sự so sánh của biểu đồ hồi quy.

Hệ số tương quan trung bình bình phương (r2) của các phép đo trung bình hàng ngày giữa AV và BAM được tìm thấy là 0,959. Độ dốc là 0,9067 và mức đánh chặn trung bình là 4,6644. Sự phù hợp giữa các phép đo hàng ngày là rất tốt vì độ dốc gần bằng 1 và r2 vượt quá 0,9.

Tuy nhiên, dựa trên số đo hàng giờ, độ dốc xấp xỉ 0,822 và r2 là 0,83, theo hình 4. Mặc dù dữ liệu hàng giờ sai lệch nhiều hơn so với tỷ lệ một trên một so với số đo hàng ngày, r2 là 0,83 cho thấy mối tương quan chặt chẽ giữa nồng độ AV và BAM.

Trong khi mối tương quan giữa dữ liệu từ chính phủ Trung Quốc và AV cho thấy r2 cao, với giá trị 0,93, thì dữ liệu lại sai lệch nhiều hơn so với đường tỷ lệ một trên một nhiều hơn với độ dốc thấp hơn (0,83 ) và mức đánh chặn cao hơn (9,54).

Hình 3. Đường hồi quy tuyến tính của dữ liệu BAM trung bình hàng ngày của đại sứ quán Hoa Kỳ so với dữ liệu AV

Hinh 4. Đường hồi quy tuyến tính của dữ liệu BAM của đại sứ quán Hoa Kỳ trung bình theo giờ so với dữ liệu AV

Hình 5. Đường hồi quy tuyến tính của dữ liệu trung bình hàng ngày của chính phủ Trung Quốc so với dữ liệu AV

Bảng 1. So sánh tán xạ ánh sáng hạt và tán xạ tia beta

Nghiên cứu và số liệu này minh họa rằng thiết bị phát hiện tán xạ ánh sáng đã được hiệu chỉnh, cảm biến Air Visual, rất hữu ích như một công cụ thay thế để theo dõi nồng độ PM2.5. Mặc dù chi phí của cảm biến Air Visual tương đối thấp nhưng kết quả từ nghiên cứu hiện tại cho thấy các phép đo Air Visual có độ chính xác hợp lý, với (R2=0,959) so với BAM, mặc dù cảm biến Air Visual vẫn có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như thay đổi đặc tính của hạt.

Thẩm quyền giải quyết:

John V. Molenar. Phân tích lý thuyết về phép đo khối lượng PM2.5 của. Đo thận. Chuyên gia tài nguyên không khí, Inc.