簡述大氣環(huán)境監(jiān)測的數(shù)字化測量分析

文/宋晨光 郝 菁

引言

經(jīng)濟快速增長的過程中帶來了環(huán)境的污染，環(huán)境污染問題會嚴重影響著人們的生活，因此我國在治理環(huán)境方面不斷加大力度，環(huán)境監(jiān)測的技術(shù)水平也在不斷提高。保證大氣環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)可靠，是環(huán)境污染管理的首要環(huán)節(jié)。大氣環(huán)境監(jiān)測的主要工作內(nèi)容是監(jiān)測大氣中的NOx、SO2、顆粒物等有害氣體成分。但是大氣中氣體成分比較復雜，對空氣中的顆粒物監(jiān)測包括濃度監(jiān)測、化學成分監(jiān)測、分布情況監(jiān)測以及降塵量監(jiān)測等。大氣環(huán)境工作內(nèi)容比較多，建立在數(shù)字化測量的基礎上，不僅可以降低監(jiān)測工作的難度，還能降低監(jiān)測的失誤率。

大氣環(huán)境監(jiān)測的意義

我國是一個工業(yè)大國，大氣污染現(xiàn)象比較嚴重，近年來在各個城市中霧霾天氣頻發(fā)引起了廣泛關(guān)注，霧霾造成的發(fā)病率在不斷提高，并且霧霾天氣引起的交通事故問題也經(jīng)常發(fā)生。面對這種形勢，對環(huán)境進行監(jiān)測并對環(huán)境變化趨勢進行分析，通過監(jiān)測的內(nèi)容進行數(shù)據(jù)分析得出合理的控制辦法和治理手段是如今治理環(huán)境污染的一個重要環(huán)節(jié)。

大氣環(huán)境監(jiān)測在之前就受到了人們的重視，但是以往的環(huán)境監(jiān)測儀功能不夠完善，且性能不好，其中主要有光學、光譜環(huán)境分析監(jiān)測儀，這些儀器價格十分昂貴，體積也比較大，只有在環(huán)境條件比較好的情況下才能監(jiān)測，在環(huán)境復雜的野外監(jiān)測時得到的數(shù)據(jù)就不是很準確，甚至無法正常工作；根據(jù)其內(nèi)部設計，它可以較好地解決單參量以及多參量的問題，但是其面板數(shù)據(jù)顯示不夠直觀，且結(jié)構(gòu)固化。大氣環(huán)境監(jiān)測的數(shù)字化測量就能很好地滿足環(huán)境監(jiān)測的要求，彌補以往環(huán)境監(jiān)測儀器的不足，它凝結(jié)了全人類的智慧。這種測量的原理是將其建立在虛擬儀器上應用，數(shù)據(jù)庫之間相互連接，同時它還能與sqlsenrer7.0等相關(guān)軟件工具相結(jié)合使用，達到了數(shù)據(jù)互通，資源共享的目的。

大氣環(huán)境監(jiān)測數(shù)字化測量的設計概述

數(shù)字化測量系統(tǒng)主要是運用高科技計算以及網(wǎng)絡通信手段，在環(huán)境監(jiān)測中，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、存儲、傳輸、分析的四項主要功能。系統(tǒng)主要有服務器功能模塊和客戶端功能模塊構(gòu)成。在服務器模塊中的子模塊主要有網(wǎng)絡服務器、數(shù)據(jù)服務器和采樣服務器三種。其能夠提供數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)存儲的服務，并且在用戶請求服務時還能響應提取數(shù)據(jù)供其查詢，并且可以提供網(wǎng)絡服務?？蛻舳四K的主要功能是為客戶提供數(shù)據(jù)查詢和接收的服務，此外它還能對數(shù)據(jù)進行分析，自動得出分析結(jié)果。這種雙系統(tǒng)模塊設計能夠?qū)崿F(xiàn)兩種不同功能的需求工作，他們各自獨立的工作可以解決各自出現(xiàn)的問題和系統(tǒng)升級。

（1）服務器模塊功能。數(shù)據(jù)服務器是網(wǎng)絡器存儲設備的功能拓展，因為它可以輔助網(wǎng)絡器的數(shù)據(jù)上傳和數(shù)據(jù)交換，提供存儲空間。用戶可以利用網(wǎng)絡平臺對數(shù)據(jù)查詢、訪問。其高效的傳輸速度能夠幫助用戶迅速查找到想要的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)服務器在用戶提出請求時，通過網(wǎng)絡服務器提供網(wǎng)絡連接的功能，這種情況下就可以使得整個系統(tǒng)工作協(xié)調(diào)化和整體化。采樣服務器是數(shù)據(jù)分析模塊，它主要負責對數(shù)據(jù)進行采樣、記錄，經(jīng)過其分析和處理之后，將分析的信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫中存儲，操作中用戶可以自行地輸入采樣參數(shù)以及傳感參數(shù)，因此具有良好的人機互動性能。

（2）客戶端模塊功能?？蛻舳耸怯脩舨僮鞯闹髂K，客戶的需求要通過客戶端才能得到滿足。服務器中的大量數(shù)據(jù)受到客戶端的支配和調(diào)遣，通過客戶端對信息的搜索，服務器系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳送到服務器模塊，因此在客戶端模塊上可以顯示出查詢出的信息。數(shù)據(jù)分析人員就能通過監(jiān)測到的數(shù)據(jù)制定合理的環(huán)境治理方案。客戶端的數(shù)據(jù)分析功能還能個性化的對數(shù)據(jù)進行處理，滿足不同類型客戶的需求，用戶可以從中獲取有針對性的數(shù)據(jù)?？蛻舳四K主要有用戶控制、提出請求的兩個基礎子模塊，以及接收數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)的重要模塊等，另外數(shù)據(jù)顯示還需要用到顯示結(jié)果模塊。

用戶控制模塊是人機交互的主要平臺，是用戶提出請求的程序過程。數(shù)據(jù)傳輸模塊是根據(jù)用戶請求的內(nèi)容向服務器提出請求，同時還能夠監(jiān)控數(shù)據(jù)往返的過程。數(shù)據(jù)處理模塊是根據(jù)用戶對信息形式的需求處理數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)容，并能將數(shù)據(jù)以圖形或者數(shù)值的形式顯示出來，根據(jù)用戶提出的條件范圍給出提示和變化。

（3）數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集主要是依靠計算機以及I/O接口構(gòu)成，其中通過I/O接口對信號進行放大并對相關(guān)數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換。對于虛擬儀器而言，I/O接口相關(guān)設備主要為數(shù)據(jù)采集卡，若是有多臺虛擬儀器，則I/O接口相關(guān)設備為總線。在實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸過程中，需要借助以API作為系統(tǒng)的程序編程接口。采用API可讓程序構(gòu)建更為靈活，通過采用ODBC來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。具體如圖所示。

基于ODBC的客戶端數(shù)據(jù)傳輸示意圖

從上圖可看出，該系統(tǒng)以SQLServer作為基礎數(shù)據(jù)，從而讓遠程數(shù)據(jù)通信得以實現(xiàn)。用戶在使用過程中先要向客戶端提供查詢信息，客戶端對相關(guān)信息進行轉(zhuǎn)換并將其轉(zhuǎn)變?yōu)镾QL請求，同時將信息反饋給ODBC。之后ODBC將會結(jié)合信息匹配到對應的驅(qū)動管理器，此時驅(qū)動管理會根據(jù)SQL請求將對應的驅(qū)動程序傳遞給數(shù)據(jù)源，并通過ODBC程序來對SQL服務進行執(zhí)行，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)庫提取并將傳遞給驅(qū)動管理器，由驅(qū)動管理器反饋于虛擬儀器。通過上述傳遞即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，并讓數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)的得以實現(xiàn)。

（4）虛擬儀器在大氣環(huán)境檢測當中的應用?；谝陨夏K構(gòu)建出了一套虛擬儀器監(jiān)測系統(tǒng)，在具體應用過程中，監(jiān)測儀器主要是對相關(guān)信息數(shù)據(jù)進行分析、收集并處理。現(xiàn)代化監(jiān)測設備較傳統(tǒng)設備充分地表現(xiàn)了智能化功能，并在人機交互方面得到了極大的改善，突破了傳統(tǒng)儀器的限制。在使用過程中，虛擬儀器完全可在野外使用，將電子信息技術(shù)融入其中實現(xiàn)了環(huán)境監(jiān)測相關(guān)信息共享。

大氣環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制

大氣環(huán)境監(jiān)測的質(zhì)量保證主要是通過先進的監(jiān)測設施和科學的管理手段來實現(xiàn)的，從而獲得可靠和準確的信息。環(huán)境監(jiān)測需要每一個環(huán)節(jié)的工作做到細致、周到，包括數(shù)據(jù)的采樣、分析和最后的處理。在采樣的過程中，對采樣點的挑選要有科學性和代表性，這樣才能真實反映環(huán)境的情況，測出當?shù)氐奈廴舅揭约拔廴咎攸c。

對于采樣的流量標準，應該在工作實施前做好調(diào)整，避免因為流量不正確造成監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差。樣品保存和傳遞的每一個工作要做到認真負責，同時對采樣的時間控制也要恰到好處。實驗室的樣品分析工作，要充分保證前提工作的完善。在實驗室對環(huán)境質(zhì)量進行監(jiān)測能夠最大程度上保證數(shù)據(jù)的準確性，避免人的主觀因素造成數(shù)據(jù)失誤。對空氣中SO2和NOx的樣品分析應該要嚴格控制標準曲線因子及其線性規(guī)律，對樣品的控制和試劑空白的監(jiān)測要控制所測定的對象與原來的標準曲線的誤差在誤差范圍內(nèi)。環(huán)境的監(jiān)測和分析需要依據(jù)一套標準的參考規(guī)范，標準樣本的質(zhì)量和監(jiān)測控制有一致性，在一定程度上就能提高監(jiān)測的質(zhì)量，而且能夠驗證環(huán)境分析方法的準確性。在實際監(jiān)測過程中，要善于使用數(shù)字化技術(shù)，將相關(guān)監(jiān)測程序與數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡以及通信平臺等關(guān)聯(lián)起來，構(gòu)建出一個信息化監(jiān)測體系，以此實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享并優(yōu)化數(shù)據(jù)傳導，讓環(huán)境監(jiān)測的的整體水平得以提升。

結(jié)語

保護大氣環(huán)境就要從大氣環(huán)境監(jiān)測做起，但是由于大氣環(huán)境的特殊性造成監(jiān)測難度較大，以往的監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足如今人們對環(huán)境監(jiān)測的需求。因此，利用網(wǎng)絡技術(shù)和高科技監(jiān)測技術(shù)相結(jié)合的手段對環(huán)境監(jiān)測，應該引起學者和環(huán)境管理部門人員的重視。數(shù)據(jù)的準確性和可靠性對環(huán)境污染的治理具有極大的現(xiàn)實意義，從而要不斷完善大氣環(huán)境數(shù)字化測量技術(shù)。