大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)及其應用探討

摘要：環(huán)境污染控制是當前社會關(guān)注的焦點，包括大氣污染在內(nèi)，這要求以完善的技術(shù)提供監(jiān)測方面的支持。以大氣污染立體監(jiān)測的必要性為切入點，在此基礎上分析具體工作技術(shù)及其應用方法，分別就傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及集成化工作系統(tǒng)建設、工作流程標準化等內(nèi)容進行探討，為后續(xù)大氣污染的立體監(jiān)測工作提供支持，服務環(huán)境污染控制全局活動。

關(guān)鍵詞：大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)傳感器技術(shù)工作系統(tǒng)

中圖分類號：X831

DiscussiononStereoscopicMonitoringTechnologyforAirPollutionandItsApplication

FENGHankun

TangshanEnvironmentalMonitoringCenter，Tangshan，HebeiProvince，063000China

Abstract：Environmentalpollutioncontroliscurrentlyafocusofsocialconcern，includingairpollution，whichrequiressupportinmonitoringthroughadvancedtechnology.Thisarticletakesthenecessityofstereoscopicmonitoringofairpollutionasthestartingpoint，analyzesspecificworktechniquesandtheirapplicationmethodsonthisbasis，andexplorescontentssuchassensortechnology，dataanalysistechnology，InternetofThingstechnology，integratedworksystemconstruction，workflowstandardization，andsoon，providingsupportforsubsequentstereoscopicmonitoringofairpollutionandservingtheoverallactivitiesofenvironmentalpollutioncontrol.

KeyWords：Airpollution;Stereoscopicmonitoringtechnology;Sensortechnology; Worksystem

大氣污染是環(huán)境污染的一種，一般是指人類活動或自然過程導致某些物質(zhì)進入大氣中，積累到一定濃度、危害人體健康和自然環(huán)境的現(xiàn)象，常見污染物包括硫氧化物、碳氫化物、氮氧化物、微粒等。我國部分城市工業(yè)化發(fā)展水平較高、速度較快，工業(yè)污染情況比較突出，各類污染物進入大氣后，形成的污染問題也嚴重，包括北京、唐山等工業(yè)城市在內(nèi)。為確切、實時了解大氣污染情況，各地對大氣環(huán)境監(jiān)測工作普遍重視，客觀催生了大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)[1]。大氣污染立體監(jiān)測關(guān)注以多樣化水平獲取污染信息，分析其主要技術(shù)以及應用方式，具有一定的積極價值。

1大氣污染立體監(jiān)測的必要性

1.1信息準確性需要

大氣污染立體監(jiān)測，是提升信息準確性的需要。早期的大氣污染監(jiān)測以定時采集的數(shù)據(jù)為基礎，根據(jù)定時數(shù)據(jù)評估污染水平。如唐山等地一般于早間進行PM2.5含量的采集，即便定時數(shù)據(jù)是準確的，也不能作為本地大氣污染情況的唯一標準[2]。立體監(jiān)測模式下，可以通過多樣技術(shù)進行大氣污染信息的采集、分析，以多時間節(jié)點的不同信息，精準有效地反映大氣污染態(tài)勢，提升了大氣污染監(jiān)測工作的總體精準性。

1.2工作實時性需要

大氣污染立體監(jiān)測，是改善工作實時性的需要。大氣污染情況具有一定的動態(tài)性，如出現(xiàn)降水時，各地空氣質(zhì)量指數(shù)往往偏高，日間的空氣污染水平也往往是清晨最高。傳統(tǒng)的大氣污染監(jiān)測技術(shù)比較關(guān)注某一時間節(jié)點下的靜態(tài)分析，能夠呈現(xiàn)該時間點內(nèi)的污染情況，但缺乏全天范圍內(nèi)進行信息采集分析的能力。立體監(jiān)測模式下，可以通過實時信息進行污染情況的敏銳分析，了解不同時間段本地大氣污染水平和變化特點，作為污染控制的依據(jù)，工作效率更理想[3-4]。

2大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)

2.1共性工作技術(shù)

大氣污染立體監(jiān)測的共性工作技術(shù)，主要包括遙感監(jiān)測技術(shù)、地面監(jiān)測技術(shù)和模型模擬技術(shù)，上述3項技術(shù)是組織大氣污染立體監(jiān)測必須應用的技術(shù)。

遙感監(jiān)測技術(shù)應用于信息采集，主要應用于大范圍內(nèi)信息的收集，以遙感設備在區(qū)域范圍內(nèi)采集空氣信息，如云圖情況、光圖變化等。地面監(jiān)測技術(shù)也應用于信息采集工作，但主要用于收集地面小范圍區(qū)域內(nèi)的空氣信息，包括空氣溫度、濕度、污染物的含量和成分等。模型模擬技術(shù)主要以靜態(tài)信息為基礎，根據(jù)其變化規(guī)律形成動態(tài)模型，用以分析本地大氣污染變化情況，也可以用于下一階段大氣污染變化情況預測。遙感監(jiān)測技術(shù)、地面監(jiān)測技術(shù)和模型模擬技術(shù)的聯(lián)用，可以在一定時間范圍內(nèi)長期用于大氣污染情況，形成立體化監(jiān)測的基本技術(shù)框架。

2.2傳感器技術(shù)

傳感器技術(shù)主要應用于地面部分的信息采集，是指利用敏感度較高的傳感器實時采集大氣信息，包括空氣溫度、濕度、污染情況等。傳感器一般分布在室外不同區(qū)域，以立體監(jiān)測為目標，還應關(guān)注傳感器配置的隨機性以及高度差，需要選取隨機位置布置傳感器，以保證空氣樣本采集的隨機性，在此基礎上，可以分別在距離地面1.5m、2.0m、2.5m位置放置傳感器，以進一步提升信息采集的空間覆蓋效應，評估不同污染物的分布特點。傳感器選擇時，以精度較高、感知范圍較大的設備為主，如果條件允許應一體采用智能傳感器，減少數(shù)據(jù)傳輸、處理可能產(chǎn)生的誤差，提升大氣污染立體監(jiān)測精度[5]。

2.3數(shù)據(jù)分析技術(shù)

數(shù)據(jù)分析技術(shù)是大氣污染立體監(jiān)測的重點技術(shù)之一，由于立體監(jiān)測模式下每個監(jiān)測點每日均會生成海量工作信息，這些信息以傳統(tǒng)人工處理的方式進行加工，難以保證工作效率，也可能產(chǎn)生信息遺漏、加工錯誤的問題。通過數(shù)據(jù)分析技術(shù)，海量信息的處理效率和質(zhì)量均更有保證，如大數(shù)據(jù)技術(shù)、信息挖掘技術(shù)等。數(shù)據(jù)分析技術(shù)一般要求能夠滿足大氣污染信息針對性處理的需求，同時兼顧數(shù)字化、信息化工作的基本特點。例如：信息挖掘技術(shù)通常以大氣污染信息內(nèi)的關(guān)鍵指標為著眼點，通過降維處理的方式挖掘某一類數(shù)據(jù)的基本規(guī)律，可以保證海量數(shù)據(jù)的處理效率和準確性、針對性。

2.4物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

各地組織大氣污染立體監(jiān)測時，需要設置較多的信息采集點位，這些采集點位記錄的信息也往往各有不同，為保證對本地大氣環(huán)境分析的深入性、準確性，還需要應用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將各工作點位連為一個整體，進行信息的匯總、共享，并根據(jù)遠程管控需求下達各類工作質(zhì)量。物聯(lián)網(wǎng)建設的核心關(guān)注點在于形成多元互動的層次化作業(yè)網(wǎng)絡，其基本架構(gòu)如圖1所示。

按照圖1所示模式，唐山本地的大氣污染立體監(jiān)測工作以當?shù)卮髿馕廴竟ぷ鞑块T為中心，直接關(guān)聯(lián)本地各分區(qū)工作部門，包括各縣區(qū)一級工作單位；各分區(qū)工作部門獨立管控所屬部門的工作設備、設備，利用上述資源進行大氣信息采集和分析；所有分析結(jié)果均可被唐山大氣污染工作部門獲取，用于分析本地大氣污染管控情況和動態(tài)變化。物聯(lián)網(wǎng)模式符合大氣污染立體監(jiān)測的基本要求，可以實現(xiàn)多點位、多主體工作的一體化。

2.5區(qū)塊鏈技術(shù)

當某一地區(qū)大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)應用范圍較大，需要處理的信息較多時，還需應用區(qū)塊鏈技術(shù)進行分級化處理，如唐山本地總面積為13472km2，常住人口771.95萬人，需在較大范圍內(nèi)組織大氣污染立體監(jiān)測，形成的工作數(shù)據(jù)規(guī)模較大，如果單純依賴物聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)集中處理，其大氣污染工作部門的作業(yè)負荷過大，也難以保證大氣污染控制工作的靈活性?？梢圆捎脜^(qū)塊鏈技術(shù)作為補充，在常規(guī)組織物聯(lián)網(wǎng)作業(yè)的基礎上，建設區(qū)塊鏈作業(yè)系統(tǒng)。

各分區(qū)工作部門均獨立建設數(shù)據(jù)庫，詳細記錄本分區(qū)大氣污染立體監(jiān)測工作信息，并統(tǒng)計其特點、挖掘規(guī)律，所有信息常規(guī)上報至唐山市及大氣污染工作部門，形成總數(shù)據(jù)庫，總數(shù)據(jù)庫與各獨立數(shù)據(jù)庫之間可實時進行信息共享，以服務實際工作部門和分區(qū)工作部門的信息交互需要。

3大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)的應用方法

3.1建設集成化工作系統(tǒng)

為保證上述大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)的應用效果，實際工作中需要首先建設集成化的工作系統(tǒng)，以規(guī)范的工作系統(tǒng)為基礎，實現(xiàn)上述技術(shù)的運用控制，清晰形成作業(yè)邏輯。工作系統(tǒng)建設以通信系統(tǒng)、工作平臺為中心，通信系統(tǒng)方面，為保證信息采集質(zhì)量，應以5G網(wǎng)絡為基礎建設承載網(wǎng)，所有工作設備均已爭取渠道買入，保證性能優(yōu)良，可服務大氣污染信息的采集。計算機作為工作平臺，也從虛擬內(nèi)存、顯存、磁盤空間3個角度提供保障。唐山市等市一級大氣污染工作部門需要處理海量信息，應建設小型計算機群進行工作，物聯(lián)網(wǎng)中心以及區(qū)塊鏈工作系統(tǒng)內(nèi)的計算機群，主機和分機性能可參考如表1所示標準。

計算機群建設完成后，可代入各類軟件、連接各類硬件（如傳感器），利用PLC邏輯控制技術(shù)、CAN總線技術(shù)等搭建現(xiàn)場工作系統(tǒng)，開始進行大氣污染立體監(jiān)測以及數(shù)據(jù)處理。

3.2確定工作標準

大氣污染立體監(jiān)測工作內(nèi)容多樣，為保證工作質(zhì)量，需要確定工作標準，提升邏輯清晰度，包括數(shù)據(jù)處理標準、傳感器信息傳輸間隔標準、數(shù)據(jù)庫建設標準等，原則上一個地區(qū)的工作系統(tǒng)標準也應是一致的。

以數(shù)據(jù)處理標準為例，在數(shù)據(jù)總量較大的情況下，可按上文數(shù)據(jù)處理技術(shù)采用降維分析的方式挖掘關(guān)鍵參數(shù)和規(guī)律，提升數(shù)據(jù)處理效率。默認傳感器采集的一條數(shù)據(jù)包括如下維度信息：

[……-e；w；09；g7；-0；g4；89；y2；0-；……]（數(shù)集1）

上述信息包括空氣溫度、濕度、各類物質(zhì)的濃度等，實際工作中，相當一部分信息并無價值或價值很小，如空氣中的氧氣含量、氮氣含量，與大氣污染立體監(jiān)測關(guān)聯(lián)不大，無須進行分析處理?？梢园凑沾髿馕廴玖Ⅲw監(jiān)測目標，確定若干關(guān)鍵參數(shù)：

[-e；w；09；g7；0-]（數(shù)集2）

根據(jù)關(guān)鍵參數(shù)的選取情況，設定計算機工作程序進行數(shù)據(jù)挖掘，所有數(shù)據(jù)條只提煉與數(shù)集2有關(guān)的5個關(guān)鍵參數(shù)即可，通過此方式可以規(guī)范、高效率地完成數(shù)據(jù)處理，提升大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)的應用效應。

3.3應用展望

未來大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)與其應用，應在保留現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)勢的同時，更多關(guān)注信息化作業(yè)、智能化作業(yè)，信息化強調(diào)進一步提升大氣污染立體監(jiān)測效率，利用信息化設備替代、部分替代傳統(tǒng)人工作業(yè)模式，去除可能出現(xiàn)的人工操作誤差、錯誤。智能化作業(yè)則關(guān)注通過默認的科學程序、作業(yè)邏輯組織工作，使大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)應用全流程處于智能管控之下，進一步減少出現(xiàn)工作誤差、信息錯誤的可能，為大氣污染立體監(jiān)測工作提供技術(shù)層面的保障。

4結(jié)語

綜上所述，大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)具有一定的應用價值，可以準確提供污染信息，且能保證信息的實時性，服務長期監(jiān)測和環(huán)境污染控制，未來工作中應予以更多重視?，F(xiàn)狀上看，大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)包括一般共性技術(shù)，此外，還通過傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)提供作業(yè)支持。具體工作中，上述技術(shù)的應用以集成化工作系統(tǒng)建設為基礎，在此基礎上應確定工作的具體標準，以保證技術(shù)應用規(guī)范得當。未來大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)會更多關(guān)注信息化、智能化，提升服務效能，服務大氣污染控制。

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