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室内悬浮颗粒物浓度与粒径分布测量方法研究

作　者: 刘红丽
导　师: 李昌禧
学　校: 华中科技大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 室内悬浮颗粒物浓度与粒径分布测量形态学参数分形技术判别分析归类
分类号: X831
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 330次
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内容摘要

据调查,城市居民每天90%的时间是在各种室内环境中度过的。室内悬浮颗粒物是室内最重要的污染源,被吸入人体呼吸道,沉积在咽喉以下呼吸道部位。粒径越小,进入人体呼吸道的位置越深,因而对人体的危害越大,导致人们致病率和死亡率增加。室内悬浮颗粒物的浓度决定了人们吸入的剂量,粒径携带着颗粒物的重要物理化学性质信息,与颗粒物在呼吸道内沉积、滞留和清除有关。因此研究室内悬浮颗粒物的浓度及粒径分布情况,有利于了解颗粒物的影响因素,促进人们采取有利措施,改善室内空气品质,降低和避免颗粒物对人体健康的危害。本文研究了一种室内悬浮颗粒物浓度与粒径分布的测量方法,提出了相关的理论和方法,并通过实验加以验证。首先提出了一种新的改进遗传算法和最大方差法相结合的图像阈值分割法,对颗粒物图像进行全局优化搜寻获得最优分割阈值,实验证明这种算法具有较强鲁棒性和自适应性等特点,并较好地保留了图像的细节。针对中值滤波的滤波效果将受到噪声强度以及滤波窗口的大小和形状等因素的制约,以及形态学开闭滤波器的滤波效果严重地依赖于结构元素的形状和大小,提出了自适应中值-数学形态学开闭滤波方法,利用遗传算法对其中的邻域模板和结构元素的大小和形状进行自适应调整,达到了既消除噪声又保持图像细节的滤波效果。提出了一种多尺度多结构元素的数学形态学颗粒物图像边缘检测方法,同时采用不同尺度下的多个结构元素的边缘检测算子,实现颗粒物图像的各种边缘检测。其次,为了给粒形归纳分类提供了实验数据,研究了单个室内悬浮颗粒物的主要形态学参数如粒径、形状系数和分形维数的识别算法,从颗粒物的延性、多边形态以及边界曲线特征等三个方面分析了颗粒物的形态特征。实验结果表明:颗粒物粒径呈连续多峰曲线形态,以粗模态为主,大多数的颗粒物粒径都在10μm以下,属于最危险的可吸入颗粒物。悬浮颗粒物的总体形态趋近于块状,而尖锐菱角、长方形和长条形的颗粒物较少。接着以形状参数和分形维数为每一类的观测数据,提出了一种颗粒物判别分析归类的方法,将待测颗粒物归类,实现颗粒物的粒形、体积和表面积的近似估计;分析颗粒物的来源,估算颗粒物的密度,计算得出室内悬浮颗粒物浓度和粒径分布的实验数据。这种测量方法可以同时获取颗粒物的质量浓度、总表面积和体积浓度与粒径分布情况。最后根据实时测量的室内悬浮颗粒物浓度和粒径分布的变化趋势,对室内环境中大气悬浮颖粒物浓度和粒径分布进行了预测和分析。分析影响颗粒物浓度和粒径分布的因素,建立预测室内悬浮颗粒物浓度和粒径分布的质量平衡模型,将颗粒物沉积率模型、穿透因子模型,以及室内风量大小作为质量平衡模型的输入参数,结合实验测量数据、建筑围护结构特征、室外大气悬浮颗粒物浓度等相关数据,进行了仿真研究,预测了室内颗粒物的浓度与粒径分布情况。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-23
  1.1 课题研究的背景和意义  10-13
  1.2 国内外研究现状及分析  13-17
  1.3 显微图像法实验研究  17-20
  1.4 本文研究的主要内容  20-23
2 数学形态学图像处理原理  23-33
  2.1 数学形态学基础  23-30
  2.2 击中击不中变换  30-32
  2.3 本章小结  32-33
3 基于数学形态学的颗粒物图像处理  33-65
  3.1 基于遗传算法的颗粒物图像闭值分割  33-41
  3.2 数学形态学颗粒物图像滤波  41-53
  3.3 基于数学形态学的颗粒物图像的边缘检测  53-59
  3.4 基于边界跟踪的区域填充算法  59-60
  3.5 颗粒物图像的标定  60-61
  3.6 颗粒物标记  61-64
  3.7 本章小结  64-65
4 悬浮颗粒物形态学参数的检测方法研究  65-85
  4.1 颗粒物面积检测  66-67
  4.2 颗粒物周长的检测  67-68
  4.3 颗粒物粒径检测  68-71
  4.4 颗粒物形状系数的检测  71-75
  4.5 颗粒物边界分形分析  75-84
  4.6 本章小结  84-85
5 悬浮颗粒物浓度与粒径分布检测  85-110
  5.1 基于判别分析法的颗粒物归类分析  85-96
  5.2 颗粒物粒径分布特征分析  96-99
  5.3 室内颗粒物浓度及粒径分布的检测  99-109
  5.4 本章小结  109-110
6 室内悬浮颗粒物浓度的预测研究  110-136
  6.1 室内悬浮颗粒物浓度与粒径分布的预测模型  110-113
  6.2 悬浮颗粒物在空气中的运动特性  113-116
  6.3 室内悬浮颗粒物的沉积率模型  116-121
  6.4 室外悬浮颗粒物进入室内的穿透模型  121-127
  6.5 室内悬浮颗粒物浓度与粒径分布预测研究  127-135
  6.6 本章小结  135-136
7 总结与展望  136-140
  7.1 总结  136-137
  7.2 创新点  137-138
  7.3 展望  138-140
致谢  140-141
参考文献  141-150
附录1 作者攻读博士期间发表的相关论文  150-152
附录2 作者攻读博士学位期间科研成果  152

室内悬浮颗粒物浓度与粒径分布测量方法研究

内容摘要

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