Учёные из Томского государственного университета (ТГУ) и Института оптики атмосферы СО РАН разработали новый алгоритм обработки данных оптической спектроскопии, который в 3,7 раза точнее определяет концентрацию опасных газов в атмосфере по сравнению со стандартными методами. Об этом сообщило Минобрнауки РФ.
Главная задача экологического мониторинга атмосферы — не только обнаружить присутствие опасного газа, но и максимально точно измерить его концентрацию. Существующие цифровые фильтры, применяемые для выделения полезного сигнала из данных, используют одинаковые настройки для всего спектра. Это приводит к тому, что в одних участках диапазона шум подавляется эффективно, а в других — может исказить или полностью заглушить важную информацию.
Новый алгоритм основан на сочетании методов машинного обучения и фильтра Савицкого — Голея. Он адаптивно подбирает оптимальные параметры для отделения полезного сигнала от шума с помощью метода независимых компонент (ICA), что позволяет существенно повысить точность измерений.
«Относительная погрешность определения концентрации диоксида серы после обработки новым адаптивным фильтром оказалась в 3,7 раза ниже, чем после использования стандартного метода», — отметил заведующий лабораторией лазерного молекулярного имиджинга и машинного обучения научного управления ТГУ Юрий Кистенев.
Применение технологии
Внедрение алгоритма в практику откроет возможности для создания нового поколения газоанализаторов. Потенциальные области применения включают экологический контроль, системы безопасности на промышленных объектах, изучение атмосферы Земли и климатологию. Кроме того, технология может быть использована в медицинской диагностике — для спектрального анализа выдыхаемого воздуха, что позволит выявлять заболевания на ранних стадиях.
Разработка выполнена при поддержке Минобрнауки РФ в рамках научного проекта по обеспечению безопасности страны. На реализацию проекта выделен грант в размере 300 млн рублей. Алгоритм защищён патентом, а результаты исследования опубликованы в научно-теоретическом журнале РАН «Оптика атмосферы и океана».