將使用連續光散射感測器 AV 收集的測量值與使用美國大使館和中國政府在 2015 年 6 月 1 日至 30 日期間計算的參考 BAM 數據進行的測量值進行比較。 本研究的目的是分析 AV 感測器測量空氣動力學直徑小於 2.5 微米 (μm) 的空氣顆粒質量濃度的準確性和精度。 AV 感測器和 BAM 感測器進行的 PM2.5 測量結果具有良好的相關性，每日和每小時的相關效率分別為 0.96 和 0.83。 因此，AV 和 BAM 適合部署在 PM 2.5 的即時連續監控中。

所有儀器均在北京市朝陽區運作。 BAM的數據是在美國大使館測量的，大使館位於安家樓路55號。 AV與美國大使館感測器之間的距離約為0.5公里。 AV探測器位於20m高的陽台上，面向住宅區，以確保感測器收集的數據不受汽車交通污染的影響。

監測時間為2015年6月1日（18:00）至2015年6月30日（15:00），總監測期為30天。 由於 PM2.5 濃度變化較大且濕度水平變化，因此在 6 月監測了 PM2.5 濃度。

使用比較資料的定量方法，透過時間序列圖直觀地了解資料的精確度，如圖 1 和 2 所示。 PM2.5 平均濃度是根據每一小時記錄的數據計算得出的。 兩台儀器記錄的 PM2.5 濃度略有不同。 這是由於兩種儀器之間的檢測方法不同，AV 使用光散射，BAM 使用 β 射線散射。 另外，AV和BAM的反應時間不同，AV設定為每秒記錄一次濃度，而BAM設定為每小時記錄一次資料。

總共捕獲了 694 個數據點。 雖然平均 PM2.5 質量濃度分佈在 0 至 250 µg/m3 之間，但 AV 和 BAM 顯示出類似的濃度趨勢。

圖1：使用AV和BAM（美國大使館）得到的PM2.5小時平均值的時間序列
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圖2：使用AV和BAM的小時平均PM2.5時間序列（中國政府，農業展覽中心）

使用兩個統計分析來比較 AV 和 BAM 的濃度。 一是比較兩種儀器之間的每小時差異（絕對濃度和百分比），二是使用線性迴歸分析比較 AV 與 BAM。

相對差異可以透過絕對差異除以美國大使館的濃度值來計算。 透過比較美國大使館和 AV 感測器的平均每日測量結果，發現百分比差異為 13.9%，這表明在估計光散射裝置的平均誤差時具有良好的相關性根據( Molenar, nd)，約30% 至40%。 相對差異是由於 PM2.5 氣溶膠參數的自然變化和 AV 感測器的散射效率造成的。 空間差異是測量之間差異的額外貢獻。 （參考影響PM2.5測量的因素）

而 AV 和 BAM 之間的每小時相對差異為 16.1%。 如果忽略異常值，尤其是在非常低的濃度等級 (<8 µg/m3) 時，可以得到更高的精確度。 濃度水平越低，不確定性越高。

線性迴歸分析的目的是探索一定濃度範圍內 AV 和 BAM 的相應測量值之間的關係。 迴歸過程確定用於描述關係的「最佳」可用直線，迴歸係數解釋資料的相關性。 圖 X 顯示了迴歸圖的比較。

AV 和 BAM 之間的平均每日測量值的平均相關係數平方 (r2) 為 0.959。 斜率為 0.9067 ，平均截距為 4.6644。 每日測量值之間的一致性非常好，因為斜率接近 1 並且 r2 超過 0.9。

然而，根據每小時的測量，根據圖 4，斜率約為 0.822 ，r2 約為 0.83。 儘管與每日測量相比，每小時數據與一對一比率的偏差更大，但 0.83 的 r2 表明 AV 和 BAM 濃度之間存在很強的相關性。

雖然中國政府數據與 AV 之間的相關性顯示出較高的 r2，值為 0.93，但數據偏離一對一比率線的程度更大，斜率更低（0.83 ）和更高的截距（9.54）。

圖 3. 美國大使館每日平均 BAM 數據與 AV 數據的線性迴歸線

圖 4. 美國大使館每小時平均 BAM 數據與 AV 數據的線性迴歸線

圖 5. 中國政府平均每日數據與 AV 數據的線性迴歸線

表格1。 粒子光散射與β射線散射的比較

這項研究和數據表明，經過校準的光散射檢測裝置（空氣視覺感測器）可作為監測 PM2.5 濃度水平的替代儀器。 儘管空氣視覺感測器的成本相對較低，但本研究的結果表明，與 BAM 相比，空氣視覺測量相當精確（R2=0.959），儘管空氣視覺感測器仍可能受到以下因素的影響：顆粒特性的變化。

參考：

約翰·V·莫萊納。 PM2.5 質量測量的理論分析 by. 比濁法。 空氣資源專家公司