牛建軍

（山西省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和應(yīng)急保障中心（山西省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院），山西 太原 030027）

當(dāng)前，全世界都在飽受生態(tài)環(huán)境問題的困擾。生態(tài)環(huán)境問題日益嚴(yán)重，對人們的健康造成了極大的損害，同時(shí)，也直接影響著時(shí)代發(fā)展。因此，大氣監(jiān)測工作已成為我國可持續(xù)健康發(fā)展過程中必不可少的工作。數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展是將智能系統(tǒng)、數(shù)字化引入大氣監(jiān)測，使大氣監(jiān)測全過程數(shù)據(jù)采集更快，為生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的制定提供了有力保障。

1 大氣監(jiān)測系統(tǒng)在環(huán)境保護(hù)中的重要意義

大氣環(huán)境監(jiān)測在生態(tài)環(huán)境治理層面具有關(guān)鍵的現(xiàn)實(shí)意義：①大氣監(jiān)測是一項(xiàng)持續(xù)性、持久性的工作，可以對區(qū)域內(nèi)的空氣污染進(jìn)行長期連續(xù)監(jiān)測，并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)和信息為空氣生態(tài)環(huán)境保護(hù)管理辦法提供指導(dǎo)。此外，對大氣污染監(jiān)測數(shù)據(jù)的積累，對多條數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，也有利于后續(xù)的環(huán)境空氣修復(fù)工作；②對區(qū)域空氣污染進(jìn)行監(jiān)測，進(jìn)一步了解環(huán)境空氣，同時(shí)提供更便捷的服務(wù)項(xiàng)目。霧霾污染會對呼吸系統(tǒng)的健康造成更大的傷害。對霧霾污染進(jìn)行監(jiān)測，可以大大減少這種類型的損害[1]。基于數(shù)據(jù)空氣監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，可對空氣環(huán)境和空氣污染較嚴(yán)重的地區(qū)進(jìn)行24小時(shí)動態(tài)監(jiān)測。

2 數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)與大氣監(jiān)測的概述

2.1 數(shù)字化監(jiān)測

在具體的操作環(huán)節(jié)，數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)可以采集數(shù)據(jù)和信息內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算分析，然后作為附件存儲，存儲后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，完成數(shù)字監(jiān)控。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)不僅具有近距離監(jiān)控的功能，還具有遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控功能，它的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控系統(tǒng)有一個(gè)服務(wù)器和一個(gè)客戶端，服務(wù)器還包括互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，移動客戶端具有數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)收發(fā)、數(shù)據(jù)分析等功能[2]。

2.2 大氣監(jiān)測

大氣監(jiān)測是分析解析大氣環(huán)境中的各種成分，進(jìn)而區(qū)分大氣的破壞程度和大氣中污染物的來源。大氣監(jiān)測的作用是持續(xù)或及時(shí)對大氣環(huán)境中的主要污染物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并根據(jù)我國制定的大氣監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，區(qū)分對環(huán)境的破壞程度，由相關(guān)部門撰寫報(bào)告。在預(yù)防措施中，大氣監(jiān)測提供的數(shù)據(jù)是制定最新法律法規(guī)的有力依據(jù)，為環(huán)保局提供材料和數(shù)據(jù)。空氣污染物的主要成分是CO、C（S）金屬氧化物、煙塵顆粒等。大氣監(jiān)測就是對空氣污染成分進(jìn)行研究和監(jiān)測，然后判斷是否超標(biāo)，并以此為基礎(chǔ)為生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供相關(guān)對策。不同地區(qū)、不同條件的大氣監(jiān)測形式也不同，應(yīng)因地制宜地選擇大氣監(jiān)測方法，以利于更準(zhǔn)確地開展日常監(jiān)測任務(wù)[3]。

3 數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)在大氣監(jiān)測中的應(yīng)用

3.1 實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境監(jiān)測的數(shù)字化

數(shù)字監(jiān)測系統(tǒng)在大氣監(jiān)測全過程中的應(yīng)用是非常關(guān)鍵的，而大氣環(huán)境監(jiān)測的數(shù)字化是關(guān)鍵用途之一，需要從多個(gè)方面完成大氣環(huán)境監(jiān)測的數(shù)字化，包括數(shù)據(jù)采樣的數(shù)字化、數(shù)據(jù)的存儲、數(shù)據(jù)的傳輸和數(shù)據(jù)的接收。其中數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)接收都是相互獨(dú)立的，不易相互影響。這對系統(tǒng)的管理方法和保護(hù)非常有利，同時(shí)可以對環(huán)境中的整個(gè)大氣進(jìn)行監(jiān)測，且監(jiān)測到的數(shù)據(jù)在傳輸過程中不易發(fā)生誤傳。如今，資源共享是一個(gè)熱門話題，在大氣環(huán)境監(jiān)測中也是如此。數(shù)據(jù)資源共享在監(jiān)測過程中互不影響。例如：在地貌較為復(fù)雜、環(huán)境極端惡劣的山區(qū)，資源相對稀缺，現(xiàn)場獲取大氣環(huán)境數(shù)據(jù)資源非常困難，有關(guān)部門將數(shù)字監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用于大氣環(huán)境監(jiān)測，并使用數(shù)字監(jiān)測系統(tǒng)、自動化技術(shù)及實(shí)時(shí)監(jiān)控功能可實(shí)現(xiàn)對這種環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控。在這種極端情況下，監(jiān)控的數(shù)據(jù)不容易出錯(cuò)，數(shù)據(jù)資源可以共享。

3.2 應(yīng)用于大氣環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制

大氣生態(tài)環(huán)境問題一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，采用數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行大氣監(jiān)測后，整個(gè)系統(tǒng)的配套設(shè)施和監(jiān)測設(shè)備對大氣質(zhì)量的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了智能化和數(shù)字化。大氣環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制的每個(gè)階段都尤為重要，例如，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣時(shí)，采樣點(diǎn)的選擇非常重要，必須具有典型特征，采樣點(diǎn)必須保證能反映監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境污染濃度值。監(jiān)測偏差很大一部分來自總采樣流量，因此，應(yīng)在試驗(yàn)前制定統(tǒng)一的總采樣流量規(guī)范，以保證檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性，抽樣后，必須嚴(yán)格有效地控制樣品的交接工作，防止樣品不細(xì)化。采樣工作完成后，必須在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。在分析解析環(huán)節(jié)中，數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的配套設(shè)施中有相應(yīng)的分析機(jī)械設(shè)備，但在實(shí)驗(yàn)室中需要保證實(shí)驗(yàn)室關(guān)閉，以減少因外界因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的偏差。在數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)具體監(jiān)控的整個(gè)過程中，首先要保證監(jiān)控質(zhì)量與所研究的標(biāo)準(zhǔn)測試產(chǎn)品一致，其次要確保在監(jiān)控過程中嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)的規(guī)章制度，確保大氣環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量[4]。

3.3 應(yīng)用于大氣污染物分析

信息化管理的發(fā)展趨勢催生了數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的多個(gè)版本號，但基本概念和工作內(nèi)容大同小異，該數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)大氣監(jiān)測全過程的需要和重點(diǎn)內(nèi)容具體使用，可應(yīng)用于環(huán)境污染嚴(yán)重地區(qū)的大氣污染物分析。以河北石家莊市為例，氣象局利用數(shù)字監(jiān)測系統(tǒng)的各種傳感器設(shè)備，采集大氣污染物中SO、NO等成分的數(shù)據(jù)和信息含量，通過深入分析掌握其影響因素，以治理各工業(yè)企業(yè)的廢棄物排放和廢氣排放。

3.4 應(yīng)用于大氣污染實(shí)時(shí)監(jiān)測

數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)還具有交互式實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，例如，天津市環(huán)保局利用短視頻數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)識別技術(shù)，在大氣污染特別明顯的地區(qū)安裝了相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)煤炭、秸稈的焚燒情況。數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)充分利用自動檢索功能發(fā)出超標(biāo)報(bào)警，環(huán)保局工作人員可及早獲取信息，深入開展監(jiān)管工作。一般來說，在大氣監(jiān)測中使用數(shù)字監(jiān)測系統(tǒng)，以大氣環(huán)境污染指標(biāo)值為規(guī)范，根據(jù)數(shù)據(jù)和信息內(nèi)容的分析，可以及早找到導(dǎo)致環(huán)境污染的主要因素，減少環(huán)境污染。通過實(shí)際地圖定位，合理有效的污染治理，顯著提高了現(xiàn)階段環(huán)保工作的效率。在使用數(shù)字監(jiān)測系統(tǒng)的同時(shí)，必須嚴(yán)格控制大氣監(jiān)測質(zhì)量，不僅要提高效率，還要保證數(shù)據(jù)和信息內(nèi)容的真實(shí)性和穩(wěn)定性，讓環(huán)境污染情況清晰地展現(xiàn)在人們面前。數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行過程中需要實(shí)時(shí)監(jiān)控采樣總流量的狀態(tài)，確保監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)不易因采樣總流量不規(guī)律而出現(xiàn)監(jiān)控偏差，提高大氣環(huán)境污染監(jiān)測的準(zhǔn)確性。因此，將數(shù)字監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用于大氣監(jiān)測中大氣環(huán)境污染的實(shí)時(shí)監(jiān)測，可以合理提高大氣監(jiān)測的準(zhǔn)確度。

4 大氣監(jiān)控中的數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)— 地空一體化技術(shù)

4.1 系統(tǒng)框架

從外部經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度來看，地空一體化技術(shù)可以監(jiān)測大氣環(huán)境中污染物的濃度。并且可以基于短視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察和記錄；從宏觀經(jīng)濟(jì)的角度來看，該技術(shù)可以在一定范圍內(nèi)使用，監(jiān)測控制大氣粉塵和環(huán)境污染，在具體使用的整個(gè)過程中，這種技術(shù)性有利于檢查人員立即進(jìn)行監(jiān)督調(diào)查取證，便于進(jìn)行合理的應(yīng)急處理。

4.2 空中監(jiān)測部分

系統(tǒng)的航線監(jiān)測部分主要是無人機(jī)地理信息系統(tǒng)的空氣環(huán)境保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)軟件，可以更加客觀、立體地顯示空氣污染物的濃度值、來源和分布。企業(yè)科學(xué)合理地運(yùn)用參考數(shù)據(jù)和信息，不僅制定了有效的解決方案和響應(yīng)機(jī)制，還能有效反饋整改和解決方案的預(yù)期效果。與傳統(tǒng)的人機(jī)作戰(zhàn)通道和衛(wèi)星遙感技術(shù)相比，無人機(jī)地理信息系統(tǒng)具有更長的飛行時(shí)間，可以實(shí)時(shí)傳輸監(jiān)控圖像，成本更低，圖像分辨率特別高，實(shí)際應(yīng)用的預(yù)期效果更為顯著[4]。監(jiān)控的基本原理主要是基于高像素CCD攝像采集系統(tǒng)和大氣環(huán)境相關(guān)指標(biāo)值的圖像數(shù)據(jù)傳輸，而且，無人機(jī)的導(dǎo)航路徑和運(yùn)動軌跡的引導(dǎo)更方便，可以滿足高精度圖像數(shù)據(jù)的要求。

4.3 地面監(jiān)測部分

在各市、各區(qū)縣部署燃?xì)庾詣颖O(jiān)測站和“區(qū)域站”，即在企業(yè)開發(fā)區(qū)、居民點(diǎn)等區(qū)域建立多個(gè)監(jiān)測網(wǎng)站，并規(guī)定此類網(wǎng)站能夠反映區(qū)域環(huán)境影響，同時(shí)保持與其他網(wǎng)站的聯(lián)合工作。監(jiān)測核心還需要與各監(jiān)測站形成類似于空氣質(zhì)量指數(shù)氣象圖的網(wǎng)格化氣體監(jiān)測管理系統(tǒng)，以更加科學(xué)合理的方式開展大氣環(huán)境保護(hù)工作。

4.4 設(shè)計(jì)原則

數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)由優(yōu)秀的智能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層——精準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)平臺、更安全有效的數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)層——物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)及其響應(yīng)更快的認(rèn)知層——機(jī)械設(shè)備智能檢測三個(gè)部分組成。由于本數(shù)字化管控系統(tǒng)將用于大氣環(huán)境保護(hù)，因此需要選擇可靠、對外開放、可擴(kuò)展、成本可控的監(jiān)控系統(tǒng)。

4.4.1 安全可靠

系統(tǒng)必須使用技術(shù)先進(jìn)、技術(shù)完善的機(jī)械設(shè)備，要保證設(shè)備的可靠應(yīng)用、數(shù)據(jù)的安全分析和存儲、內(nèi)容的安全顯示和個(gè)人行為的監(jiān)控。輔助大容量移動磁盤，方便系統(tǒng)加速升級、數(shù)據(jù)合理存儲，安全有保障，無懼丟失。

4.4.2 對外開放，可擴(kuò)展

數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)必須有通用的傳輸安全通道。選用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP通訊模塊，完成操作系統(tǒng)的開放操作，可結(jié)合當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)變革和通訊的發(fā)展趨勢，選用全透明傳輸安全通道設(shè)計(jì)方案，可實(shí)現(xiàn)提示火災(zāi)安全、生態(tài)環(huán)境保護(hù)監(jiān)管機(jī)構(gòu)和自然保護(hù)區(qū)管理單位等完成多回路聯(lián)動，利用IP網(wǎng)絡(luò)通信端口完成遠(yuǎn)程操作。隨著社會的發(fā)展，用戶需求的變化、大氣環(huán)境監(jiān)測主要參數(shù)的變化以及系統(tǒng)發(fā)揮的作用必須易于擴(kuò)展，必須升級新的必要的系統(tǒng)控制模塊，使應(yīng)用更加個(gè)性化。

5 大氣環(huán)境監(jiān)控實(shí)踐分析

5.1 工程概況

監(jiān)測區(qū)位于北部地區(qū)的一個(gè)二線城市，監(jiān)測范圍40平方公里，人口25萬以上，科技園區(qū)8個(gè)，在具體的數(shù)字化監(jiān)測中，該區(qū)域共布置了5個(gè)監(jiān)測定位點(diǎn)。對于人口50萬以下的城市，二氧化碳、二氧化氯、氮氧化物及其漂浮顆粒物的標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測地點(diǎn)保持在三個(gè)，以適應(yīng)地點(diǎn)布局和區(qū)域大氣環(huán)境、污染特征等因素，有效布置區(qū)域監(jiān)測定位點(diǎn)，確保數(shù)字化監(jiān)測取得滿意的實(shí)際效果。

5.2 環(huán)境特征污染物

在進(jìn)行具體監(jiān)測之前，需要根據(jù)云計(jì)算平臺階段目標(biāo)的百分比深入調(diào)查，如區(qū)域內(nèi)大氣環(huán)境綜合破壞率、城市環(huán)境污染危害程度等。當(dāng)?shù)刈舴从匙钇毡榈目諝馕廴締栴}是煙塵，因此，采用綜合評分法和相關(guān)評分指標(biāo)值來把握具體情況。

5.3 點(diǎn)位優(yōu)化目標(biāo)與監(jiān)測時(shí)段

本次研究監(jiān)測區(qū)域涉及住宅區(qū)、商業(yè)步行街、科技園區(qū)等，市中心為商業(yè)步行街和住宅區(qū)。由于該地區(qū)長期為東南風(fēng)向，氣體和空氣污染對城市中心和居民區(qū)的危害較大。因此，有必要對點(diǎn)位設(shè)置進(jìn)行有效改進(jìn)，以達(dá)到空氣污染監(jiān)測的預(yù)期效果。此外，在監(jiān)測點(diǎn)健全性的基礎(chǔ)上，還需要提高資源的充分利用和管理水平，提高經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)合區(qū)域環(huán)境污染特點(diǎn)，本次分析的重點(diǎn)是選取冬季（空氣污染程度較大）10月份連續(xù)20天的數(shù)據(jù)監(jiān)測進(jìn)行評析。每日監(jiān)測時(shí)間范圍如下，即早上7：30-8：30、下午14：00-15：00，其中重點(diǎn)監(jiān)測項(xiàng)目有粉塵、SO、NO、漂浮顆粒等[5]。

5.4 監(jiān)測點(diǎn)位優(yōu)化

在監(jiān)測點(diǎn)升級的整個(gè)過程中，要嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)定和規(guī)范。一是確保監(jiān)測點(diǎn)周邊視野開闊，無不明障礙物，避免數(shù)據(jù)信息和報(bào)文的提交和接收受到阻礙。其次，要保證采樣口的平行線與周圍建筑物絕對高度的夾角在30 °以下，監(jiān)測點(diǎn)周圍還必須有270 °的采樣空間，以提高檢驗(yàn)的實(shí)際效果和精度。再次，在監(jiān)測點(diǎn)的推廣上，一定要盡量避開一些吸附性強(qiáng)的花草，一般監(jiān)測點(diǎn)20 m范圍內(nèi)不應(yīng)有灌木。最后要嚴(yán)格保證智能檢測系統(tǒng)軟件的重要性和電力安裝工程的影響。在應(yīng)用中，我們必須整合采樣點(diǎn)規(guī)范，從高、中、低三個(gè)級別采集不同污染物濃度值的樣本，并按功效等級排序[6]。按照完善合理布局的規(guī)律，科技園區(qū)空氣污染最嚴(yán)重，市區(qū)空氣污染垂直居中，居住區(qū)空氣污染最小。本次升級后，臨時(shí)測量點(diǎn)總數(shù)從5個(gè)減少到3個(gè)，分別于科技園、大城市核心區(qū)、日常宿舍區(qū)開展居民區(qū)污染監(jiān)測。由于減少了兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，合理地進(jìn)行資源利用，從而實(shí)現(xiàn)社會效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙向發(fā)展，最終的監(jiān)測結(jié)果也十分理想。

6 結(jié)語

數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)是當(dāng)今環(huán)境污染監(jiān)測中非常常見的技術(shù)，作為信息時(shí)代的“清潔工”，數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)激發(fā)了空氣污染監(jiān)測的關(guān)鍵作用和優(yōu)勢，完成了氣體環(huán)保監(jiān)測的智能化、現(xiàn)代化，同時(shí)，有效保證了數(shù)據(jù)監(jiān)測的真實(shí)性和可靠性，為后續(xù)檢測提供指導(dǎo)。如今的數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)早已在空氣環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)的諸多方面得到應(yīng)用和體現(xiàn)，為了更好、更快地提高空氣監(jiān)測質(zhì)量，必須加強(qiáng)對智能監(jiān)測系統(tǒng)的研究，進(jìn)一步整合和完善系統(tǒng)和相關(guān)技術(shù)，為空氣監(jiān)測提供更充分的應(yīng)用。