Phân loại chất lượng không khí theo tiêu chuẩn AQI và mô hình IoT | Iot và ứng dụng | Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Đa lớp (3 mức) tiêu chuẩn AQI - (đèn xanh – vàng – đỏ):
“Tốt” – không khí sạch/ trong lành,
“Trung bình” – chấp nhận được nhưng có thể ảnh hưởng nhẹ tới nhóm nhạy cảm,
“Xấu” – không khí kém, ảnh hưởng xấu tới sức khỏe (cần hành động cải thiện ngay).
bắt đầu với Decision Tree cho phân loại 3 lớp
Sử dụng 2 trong 4 cảm biến để quyết định nhãn: Gas_ppm và Bui_mg_m3.
1. Nhãn 2 (Xấu)
Một mẫu được gán là "Xấu" nếu nó vi phạm bất kỳ điều kiện nào sau đây (logic HOẶC): Gas_ppm > 2000 HOẶC
Bui_mg_m3 > 0.055 (tương đương 55 µg/m³)
2. Nhãn 0 (Tốt)
Một mẫu chỉ được gán là "Tốt" nếu nó thỏa mãn cả hai điều kiện sau (logic VÀ): Gas_ppm < 1000 VÀ
Bui_mg_m3 < 0.035 (tương đương 35 µg/m³)
3. Nhãn 1 (Trung bình)
Được gán cho tất cả các trường hợp còn lại. Nghĩa là, một mẫu "Trung bình" là mẫu không đủ tốt để là
"Tốt" (ví dụ: Gas = 1500) nhưng cũng không đủ tệ để là "Xấu" (ví dụ: Gas = 1500 và Bụi = 0.04).
4. Các cảm biến "Gây nhiễu"
NhietDo và DoAm: Chúng ta giả định rằng hai cảm biến này không ảnh hưởng đến chất lượng
không khí. Chúng ta thêm chúng vào dữ liệu để xem AI có đủ "thông minh" để nhận ra điều này
và bỏ qua chúng hay không.
1. Phương án 1: Phân loại theo ngưỡng đơn giản (rule- based)
1. Nếu bụi > 0.15 mg/m³ hoặc gas (MQ-135) > 700 (vượt ngưỡng nguy hiểm) → Nhãn "Xấu"
(Poor). Điều kiện "hoặc" ở đây nhằm phản ánh chỉ cần một chỉ số vượt ngưỡng xấu là chất
lượng không khí tổng thể kém.
2. Ngược lại, nếu bụi ≤ 0.05 mg/m³ và gas ≤ 300 (mọi giá trị đều trong ngưỡng an toàn) →
Nhãn "Tốt" (Good). Tức là tất cả thông số đều ở mức tốt.
3. Còn lại (không rơi vào hai trường hợp trên) → Nhãn "Trung bình" (Moderate). Trường hợp
này áp dụng khi các chỉ số nằm giữa an toàn và nguy hiểm: không khí không hoàn toàn tốt
nhưng cũng chưa tới mức báo động.
2. Phương án 2: Gán nhãn theo tiêu chuẩn chất lượng không khí (IAQ/AQI)
Đối với bụi (PM2.5/PM10): Cảm biến GP2Y1010 cung cấp nồng độ bụi mg/m³, có thể quy
đổi sang µg/m³ (1 mg/m³ = 1000 µg/m³). Ta so sánh với chuẩn AQI cho bụi mịn (PM2.5):
Theo thang AQI của EPA/WHO, PM2.5 < ~12 µg/m³ được xem là Tốt, 12-35 µg/m³ là Trung bình.
Vượt ngưỡng ~35 µg/m³, không khí bắt đầu kém cho sức khỏe nhạy cảm, và trên 55 µg/m³ là
mức xấu (không tốt cho sức khỏe mọi người). (Với PM10, các ngưỡng cao hơn, nhưng
GP2Y1010 chủ yếu đo được bụi mịn PM2.5).
Quy tắc gán nhãn: Có thể đặt mốc ≈35 µg/m³ làm ranh giới giữa Tốt và Trung bình, và
≈55 µg/m³ làm ranh giới giữa Trung bình và Xấu. Ví dụ, nếu cảm biến bụi cho 0.05 mg/m³
(~50 µg/m³), ta xếp vào mức Trung bình (vì ~50 µg gần với ngưỡng trung bình trên AQI). Nếu bụi
chỉ ~0.01 mg/m³ (10 µg/m³) thì Tốt; ngược lại 0.08
mg/m³ (80 µg/m³) thì rõ ràng Xấu.
Đối với khí gas (chẳng hạn CO₂ hoặc tổng VOC): MQ-135 có thể được hiệu chuẩn gián tiếp
tới nồng độ CO₂ (ppm) hoặc TVOC (ppb). Ta dựa vào chuẩn chất lượng không khí trong nhà về CO₂:
Thông thường, nồng độ CO₂ ngoài trời ~400 ppm. Trong phòng kín, dưới 1000 ppm được coi là
tốt/chấp nhận được, trên 1000 ppm bắt đầu ngột ngạt, giảm tỉnh táo, và trên 2000 ppm gây
triệu chứng khó chịu rõ rệt. Thực tế, tiêu chuẩn ASHRAE khuyến cáo CO₂ trong nhà nên dưới ~1000–1200 ppm.
Quy tắc gán nhãn: Ta có thể đặt 1000 ppm làm ngưỡng giữa Tốt và Trung bình, 2000 ppm giữa
Trung bình và Xấu. Cụ thể, nếu quy đổi giá trị MQ-135 ra ppm (giả sử MQ-135 ADC ~ 400 tương
ứng ~400 ppm trong lành, 800 ~ 2000 ppm trong môi trường bí), thì: o
MQ-135 tương đương <1000 ppm → Tốt. o
MQ-135 ~1000–2000 ppm → Trung bình (không khí bắt đầu kém, gây buồn ngủ, mệt mỏi nhẹ). o
MQ-135 >2000 ppm → Xấu (CO₂ cao gây đau đầu, khó thở, rất kém).
Kết hợp đa cảm biến: Vì chất lượng không khí tổng thể chịu ảnh hưởng bởi cả bụi và khí:
Ta có thể gán nhãn "Xấu" nếu bất kỳ thông số nào đạt mức xấu (ví dụ bụi rất cao >55 µg/m³
hoặc CO₂ >2000 ppm). Ngược lại, gán "Tốt" nếu tất cả các thông số chính đều ở mức tốt (bụi
<35 µg/m³ và CO₂ <1000 ppm). Trường hợp còn lại xếp "Trung bình". Cách kết hợp này tương tự
phương án 1 nhưng với ngưỡng cụ thể dựa trên tiêu chuẩn.
Ví dụ: Bụi đo được 40 µg/m³ (hơi vượt ngưỡng tốt) và CO₂ ~850 ppm (vẫn tốt) -> chất lượng
nhìn chung Trung bình (do bụi hơi cao). Nếu cả bụi ~20 µg/m³ và CO₂ 600 ppm -> Tốt. Nếu CO₂
lên 1500 ppm (ngột ngạt) dù bụi thấp -> Trung bình (vì CO₂ cao). Còn trường hợp bụi 80 µg/m³
hoặc CO₂ 2500+ ppm -> Xấu.