ข้ามไปที่เนื้อหาหลัก

การเปรียบเทียบการวัดค่า PM2.5 โดยใช้เซ็นเซอร์ Air Visual (AV) และ Beta Attenuation Monitor (BAM)

Minhee Song avatar
เขียนโดย Minhee Song
อัปเดตเมื่อปีที่แล้ว

เชิงนามธรรม:

การวัดที่รวบรวมโดยใช้เซ็นเซอร์กระจายแสงแบบต่อเนื่อง AV ถูกนำมาเปรียบเทียบกับการวัดที่ทำโดยใช้ข้อมูล BAM อ้างอิง ซึ่งคำนวณโดยสถานทูตสหรัฐฯ และรัฐบาลจีน ระหว่างวันที่ 1 มิถุนายนถึง 30 มิถุนายน 2015 จุดมุ่งหมายของการตรวจสอบนี้คือเพื่อวิเคราะห์ความแม่นยำและความแม่นยำของเซ็นเซอร์ AV ในการวัดความเข้มข้นของมวลของอนุภาคในอากาศที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางตามหลักอากาศพลศาสตร์น้อยกว่า 2.5 ไมโครเมตร (µm) การวัดค่า PM2.5 ที่ทำโดยเซ็นเซอร์ AV และเซ็นเซอร์ BAM พบว่ามีความสัมพันธ์กันอย่างดี โดยมีประสิทธิภาพความสัมพันธ์รายวันและรายชั่วโมงอยู่ที่ 0.96 และ 0.83 ตามลำดับ ด้วยเหตุนี้ AV และ BAM จึงเหมาะสมสำหรับการปรับใช้ในการตรวจสอบ PM 2.5 อย่างต่อเนื่องแบบเรียลไทม์

วิธีการสุ่มตัวอย่าง:

เครื่องมือทั้งหมดใช้งานในเขตเฉาหยาง ปักกิ่ง ข้อมูลจาก BAM วัดที่สถานทูตสหรัฐอเมริกา ซึ่งตั้งอยู่ที่ 55 ถนน Anjialou ระยะห่างระหว่าง AV ถึงเซ็นเซอร์สถานทูตสหรัฐอเมริกาคือประมาณ 0.5 กม. เครื่องตรวจจับ AV ตั้งอยู่ที่ระเบียงสูง 20 เมตร หันหน้าไปทางย่านที่อยู่อาศัย เพื่อให้แน่ใจว่าข้อมูลที่เซ็นเซอร์รวบรวมจะไม่ได้รับผลกระทบจากมลภาวะจากการจราจรของรถยนต์

การติดตามผลดำเนินการตั้งแต่วันที่ 1 มิถุนายน (18:00 น.) ถึงวันที่ 30 มิถุนายน 2558 (15:00 น.) โดยมีระยะเวลาการวัดรวม 30 วัน มีการติดตามความเข้มข้นของ PM2.5 ในช่วงเดือนมิถุนายน เนื่องจากความเข้มข้นของ PM2.5 มีความแปรผันสูงและระดับความชื้นที่หลากหลาย

ผลลัพธ์และการอภิปราย:

แผนภาพอนุกรมเวลาของความเข้มข้นของ PM2.5

วิธีการเชิงปริมาณเพื่อเปรียบเทียบข้อมูลถูกนำมาใช้เพื่อให้เข้าใจถึงความแม่นยำของข้อมูลโดยใช้แผนภาพอนุกรมเวลา ดังแสดงในรูปที่ 1 และ 2 ความเข้มข้นของ PM2.5 เฉลี่ยคำนวณจากข้อมูลที่บันทึกทุกๆ หนึ่งชั่วโมง ความเข้มข้นของ PM2.5 ที่บันทึกระหว่างเครื่องมือทั้งสองมีความแตกต่างกันเล็กน้อย นี่เป็นเพราะวิธีการตรวจจับที่แตกต่างกันระหว่างเครื่องมือทั้งสอง เนื่องจาก AV ใช้การกระเจิงของแสง และ BAM ใช้การกระเจิงของรังสีเบตา นอกจากนี้ เวลาตอบสนองของ AV และ BAM จะแตกต่างกัน โดย AV ถูกตั้งค่าให้บันทึกความเข้มข้นทุกๆ หนึ่งวินาที ในขณะที่ BAM จะบันทึกข้อมูลรายชั่วโมง

รวบรวมจุดข้อมูลทั้งหมด 694 จุด แม้ว่าความเข้มข้นของมวล PM2.5 เฉลี่ยจะกระจายอยู่ระหว่าง 0 ถึง 250µg/m3 แต่ ก็แสดงแนวโน้มความเข้มข้นที่คล้ายกันสำหรับ AV และ BAM

รูปที่ 1: อนุกรมเวลาของ PM2.5 เฉลี่ยรายชั่วโมงโดยใช้ AV และ BAM (สถานทูตสหรัฐฯ)

รูปที่ 2: อนุกรมเวลาของ PM2.5 เฉลี่ยรายชั่วโมงโดยใช้ AV และ BAM (รัฐบาลจีน ศูนย์นิทรรศการการเกษตร)

ความสัมพันธ์

ใช้การวิเคราะห์ทางสถิติสองรายการเพื่อเปรียบเทียบความเข้มข้นจาก AV และ BAM วิธีหนึ่งคือการเปรียบเทียบความแตกต่างรายชั่วโมงระหว่างเครื่องมือทั้งสองทั้งในรูปแบบความเข้มข้นสัมบูรณ์และเปอร์เซ็นต์ และสองคือการเปรียบเทียบ AV กับ BAM โดยใช้การวิเคราะห์การถดถอยเชิงเส้น

ความแตกต่างสัมพัทธ์

ความแตกต่างสัมพัทธ์สามารถคำนวณได้โดยการหารผลต่างสัมบูรณ์และค่าความเข้มข้นจากสถานทูตสหรัฐฯ จากการเปรียบเทียบการวัดค่าเฉลี่ยรายวันจากสถานทูตสหรัฐฯ และเซ็นเซอร์ AV พบว่าเปอร์เซ็นต์ความแตกต่างอยู่ที่ 13.9%ซึ่งบ่งชี้ถึงความสัมพันธ์ที่ดีเยี่ยมเนื่องจากมีการประมาณค่าข้อผิดพลาดโดยเฉลี่ยของอุปกรณ์กระจายแสง จะอยู่ที่ประมาณ 30% ถึง 40% ตาม (Molenar, nd) ความแตกต่างสัมพัทธ์เกิดจากความแปรปรวนตามธรรมชาติของพารามิเตอร์ละออง PM2.5 และประสิทธิภาพการกระจายตัวของเซ็นเซอร์ AV ความแตกต่างเชิงพื้นที่เป็นส่วนเสริมของความแตกต่างระหว่างการวัด (อ้างอิงปัจจัยที่ส่งผลต่อการวัดค่า PM2.5)

ในขณะที่ความแตกต่างสัมพัทธ์รายชั่วโมงระหว่าง AV และ BAM พบว่า 16.1% คุณสามารถขับเคลื่อนความแม่นยำที่สูงขึ้นได้หากคุณละเลยค่าผิดปกติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระดับความเข้มข้นที่ต่ำมาก (<8 µg/m3) ยิ่งระดับความเข้มข้นต่ำลง ความไม่แน่นอนก็จะสูงขึ้นตามไปด้วย

การถดถอยเชิงเส้น

วัตถุประสงค์ของการวิเคราะห์การถดถอยเชิงเส้นคือการสำรวจความสัมพันธ์ระหว่างการวัด AV และ BAM ที่สอดคล้องกันในช่วงความเข้มข้นต่างๆ ขั้นตอนการถดถอยจะกำหนดเส้นตรงที่ "ดีที่สุด" ที่มีอยู่สำหรับการอธิบายความสัมพันธ์ และค่าสัมประสิทธิ์การถดถอยจะอธิบายความสัมพันธ์ของข้อมูล รูปที่ X แสดงการเปรียบเทียบแผนภาพการถดถอย

ค่าสัมประสิทธิ์เฉลี่ยของสหสัมพันธ์กำลังสอง (r2) ของการวัดเฉลี่ยรายวันระหว่าง AV และ BAM พบว่าอยู่ที่ 0.959 ความชันคือ 0.9067 และการสกัดกั้นเฉลี่ยคือ 4.6644 ข้อตกลงระหว่างการวัดรายวันนั้นดีมากเนื่องจากความชันใกล้กับ 1 และ r2 เกิน 0.9

อย่างไรก็ตาม ตามการวัดรายชั่วโมง ความชันจะอยู่ที่ประมาณ 0.822 และ r2 คือ 0.83ตามรูปที่ 4 แม้ว่าข้อมูลรายชั่วโมงจะเบี่ยงเบนไปจากอัตราส่วนแบบหนึ่งต่อหนึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับการวัดรายวัน แต่ r2 ที่ 0.83 บ่งชี้ถึงความสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งระหว่างความเข้มข้นของ AV และ BAM

ในขณะที่ความสัมพันธ์ระหว่างข้อมูลจากรัฐบาลจีนและ AV แสดงค่า r2 สูง โดยมีค่า 0.93ข้อมูลเบี่ยงเบนมากกว่าจากเส้นอัตราส่วนแบบหนึ่งต่อหนึ่งมากกว่าด้วยความชันที่ต่ำกว่า (0.83 ) และจุดตัดที่สูงกว่า (9.54)

รูปที่ 3. เส้นการถดถอยเชิงเส้นของข้อมูล BAM สถานทูตสหรัฐฯ โดยเฉลี่ยรายวันเทียบกับข้อมูล AV

รูปที่ 4. เส้นการถดถอยเชิงเส้นของข้อมูล BAM สถานทูตสหรัฐฯ โดยเฉลี่ยรายชั่วโมง เทียบกับข้อมูล AV

รูปที่ 5. เส้นการถดถอยเชิงเส้นของข้อมูลรัฐบาลจีนโดยเฉลี่ยรายวันเทียบกับข้อมูล AV

วิธีการวัด

กำลังสองสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ (r2)

ความลาดชัน

สกัดกั้น

x

เอวี (รายวัน)

BAM (รายวัน)

0.959

0.9067

4.6644

AV (รายชั่วโมง)

BAM (รายชั่วโมง)

0.83072

0.8266

9.5426

เอวี (รายวัน)

รัฐบาลจีน (รายวัน)

0.92598

0.7283

11.142

ตารางที่ 1. การเปรียบเทียบการกระเจิงของแสงอนุภาคและการกระเจิงของรังสีบีตา

บทสรุป

การวิจัยและตัวเลขนี้แสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์ตรวจจับการกระเจิงของแสงที่ได้รับการปรับเทียบแล้ว ซึ่งก็คือเซ็นเซอร์ Air Visual นั้นมีประโยชน์ในฐานะเครื่องมือทางเลือกในการตรวจสอบระดับความเข้มข้นของ PM2.5 แม้ว่าเซ็นเซอร์ Air Visual จะมีราคาค่อนข้างต่ำ แต่ผลจากการศึกษาครั้งนี้ชี้ให้เห็นว่าการวัด Air Visual มีความแม่นยำพอสมควร โดย (R2=0.959) เมื่อเปรียบเทียบกับ BAM แม้ว่าเซ็นเซอร์ Air Visual อาจยังคงได้รับอิทธิพลจากปัจจัยต่างๆ เช่น การเปลี่ยนแปลงลักษณะของอนุภาค

อ้างอิง:

จอห์น วี. โมเลนาร์. การวิเคราะห์เชิงทฤษฎีของการวัดมวล PM2.5 โดย การตรวจไต ผู้เชี่ยวชาญด้านทรัพยากรทางอากาศ, Inc.

นี่ไม่ใช่คำตอบที่ต้องการใช่ไหม