基于車聯(lián)網(wǎng)的大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)環(huán)境治理的促進(jìn)作用

陳 燁

(蘇州市吳江環(huán)境監(jiān)測(cè)站,江蘇 蘇州 215200)

1 引言

隨著現(xiàn)代社會(huì)的進(jìn)步，工業(yè)水平和體系的不斷完善，中國(guó)制造走出了國(guó)門。在社會(huì)發(fā)展的同時(shí)，環(huán)境污染導(dǎo)致的社會(huì)問題以凸顯出來，已然成為了社會(huì)討論的焦點(diǎn)話題。汽車尾氣、工業(yè)排放、PM2.5、重金屬污染、化工原料的泄露和爆炸等一些列的問題，使得空氣環(huán)境污染越來越嚴(yán)峻。在環(huán)境污染日益嚴(yán)峻的情況下，大氣污染問題已經(jīng)嚴(yán)重危害大眾的身體健康，同時(shí)對(duì)于大氣污染的問題國(guó)家也出臺(tái)了相關(guān)的文件，各地都在積極探討解決和治理環(huán)境污染的途徑和措施。

單丞斌從自動(dòng)化判別思路對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)有效性進(jìn)行了研究[1]；王國(guó)華通過對(duì)人工確認(rèn)和計(jì)算機(jī)程序識(shí)別進(jìn)行比對(duì)證明了自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的真實(shí)性[2]；江明，黃建彰等通過研究物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)設(shè)計(jì)了B/S架構(gòu)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)用[3]；楊文武通過對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的實(shí)際應(yīng)用證明了自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)能達(dá)到污染源精確定位的作用[4]；胡麗莎通過研究車載監(jiān)測(cè)站實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的移動(dòng)采集和分析[5]；趙求實(shí)通過對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)管理中存在的問題提出了數(shù)據(jù)信息化網(wǎng)絡(luò)管理[6]；嚴(yán)威，張明提出當(dāng)前環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)已成為環(huán)境判斷的重要依據(jù)[7]；滕曼，莊鵬等提出了激光雷達(dá)的技術(shù)符合大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的研究領(lǐng)域[8]；席勝偉闡述了大氣污染對(duì)于身體的危害[9]；丁劍平提出了當(dāng)前階段大氣污染的嚴(yán)峻情況[10]；許德旺在文章中分析了大氣污染的主要起因和危害[11]；關(guān)雪，李彥妍提出大氣污染治理當(dāng)前是環(huán)境工程中的主要課題[12]；孟凡亮在文中分析中國(guó)當(dāng)前的環(huán)境狀況是“先污染后治理”的路徑[13]；徐方從工業(yè)和生活方面對(duì)大氣污染源的鑒別進(jìn)行了研究[14]；周悅先，李紅根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料對(duì)大氣污染造成的經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行了研究[15，16]；李耀遠(yuǎn)，吳凡，孫云飛通過對(duì)大氣污染的危害性研究提出了防治的對(duì)策[17～19]；趙蕾研究了基于車聯(lián)網(wǎng)的大氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和可行性[20]。

所以，針對(duì)日益嚴(yán)峻的大氣污染問題，建立針對(duì)大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)可以從根本上查清污染源、了解清楚污染成分，根據(jù)當(dāng)前環(huán)境的管理現(xiàn)狀和社會(huì)發(fā)展的需求，可以更好地改善環(huán)境質(zhì)量。

2 我國(guó)的大氣污染現(xiàn)狀

氣態(tài)污染物和固態(tài)污染物共同造成了大氣污染，空氣中的污染物質(zhì)達(dá)到一定的濃度，就會(huì)通過呼吸作用和皮膚被吸入人體，從而直接影響人體健康，同時(shí)還可以通過污染食物、水體和大氣而影響城市環(huán)境質(zhì)量。大氣主要污染包括SO2、NOx(NO、NO2)、CO、O3、H2S、NH3、VOC、重金屬等。即便在能見度較高的天氣中，人體也可能正在吸入數(shù)百萬的顆粒物，這些顆粒物被稱作“氣溶膠”，大小從幾納米到幾微米不等，分布在地球大氣的各處，從沙漠上空到海洋上空，從地表到平流層。它們成分不同，大小不同，來源也不相同，包括灰層、粉塵、煤煙、煙霧等，大多數(shù)具有危害性。它們能夠在大氣中停留很長(zhǎng)時(shí)間，也很容易穿越人體的防線，隨著呼吸輕松進(jìn)入人的氣管或肺中，影響人身體健康。比如，電廠、制造業(yè)用的各種化石燃料，它們?nèi)紵龝r(shí)產(chǎn)生的二氧化硫會(huì)生成硫酸鹽氣溶膠，開荒燒地產(chǎn)生的煙霧含有大量的有機(jī)碳和炭黑，在室內(nèi)，抽煙、烹飪、燒烤、燃燒蠟燭燈也是氣溶膠的來源。近些年來，我國(guó)對(duì)大氣環(huán)境治理不斷加大力度，希望可以改善大氣環(huán)境污染問題，但是在整個(gè)環(huán)境治理方面依然存在嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

3 基于車聯(lián)網(wǎng)的大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)是監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量的系統(tǒng)，它可以監(jiān)測(cè)了解空氣中的各種污染物成分，例如SO2、NOx(NO、NO2)、CO、重金屬的成分含量。傳統(tǒng)的大氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)首先需要建立監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，然后分成很多個(gè)監(jiān)測(cè)站和一個(gè)監(jiān)測(cè)總站，每個(gè)監(jiān)測(cè)站和監(jiān)測(cè)總站之間進(jìn)行連接，由監(jiān)測(cè)總站進(jìn)行控制和指揮。每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)都會(huì)實(shí)時(shí)對(duì)空氣質(zhì)量進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，并監(jiān)測(cè)和分析氣體中的成分和濃度，同時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)，再把分析處理后的結(jié)果通過互聯(lián)網(wǎng)向監(jiān)測(cè)總站輸送并進(jìn)行存儲(chǔ)，再由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并生成數(shù)據(jù)報(bào)表，展示空氣質(zhì)量和其他有害氣體的種類和濃度，一旦發(fā)現(xiàn)某種污染物的濃度超標(biāo)，系統(tǒng)馬上會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)。

傳統(tǒng)的大氣監(jiān)測(cè)站維護(hù)成本高，固定化的監(jiān)測(cè)站無法滿足全地區(qū)覆蓋要求，基于車聯(lián)網(wǎng)的大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，可通過部署在公交車、出租車和專用監(jiān)測(cè)車上的車載終端，省去高昂的自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的建設(shè)費(fèi)用，通過部署在汽車上的傳感器連接2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互傳輸，同樣實(shí)現(xiàn)車載設(shè)備和自動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)之間的連接(圖1)，通過大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)，可以為環(huán)境保護(hù)部門和政府提供數(shù)據(jù)和決策支撐，為民眾提供權(quán)威的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)。

圖1 基于車聯(lián)網(wǎng)的大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

4 基于車聯(lián)網(wǎng)的大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)環(huán)境的促進(jìn)作用

4.1 推動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的轉(zhuǎn)型

通過物聯(lián)網(wǎng)和大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)工作相結(jié)合，借助于物聯(lián)網(wǎng)車載檢測(cè)終端的便捷性、移動(dòng)性，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站場(chǎng)地固化的缺點(diǎn)，解決了現(xiàn)有大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)治理工作模式單一的問題。通過大數(shù)據(jù)和算法對(duì)基于車聯(lián)網(wǎng)大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化校準(zhǔn)，有著傳統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站無法比擬的成本低等優(yōu)點(diǎn)，為大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)提供了更多的采集入口，更多的數(shù)據(jù)來源，促進(jìn)了環(huán)境治理工作的決策優(yōu)化。

4.2 減少各行業(yè)污染物排放

結(jié)合各個(gè)城市目前的整體情況來看，大氣的污染物主要來自于化工污染、汽車排放、城市建設(shè)等。由于城市管理松散、居民對(duì)環(huán)境污染的不重視、各大工業(yè)企業(yè)的肆意排放，加上監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)備的落后，致使我國(guó)環(huán)境污染問題比預(yù)想中更加嚴(yán)峻。目前大氣污染成分中的硫化物、顆粒物、重金屬等對(duì)環(huán)境已經(jīng)造成了嚴(yán)重的污染，并對(duì)人體健康造成嚴(yán)重的危害，大氣顆粒物中的重金屬污染物具有不可降解性，通過呼吸進(jìn)入人體后，造成各種人體機(jī)能障礙，甚至引發(fā)各種疾病。部分工廠在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中為了獲取更多的效益，完全不顧國(guó)家廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)，肆意生產(chǎn)和排放，導(dǎo)致廢水、廢氣嚴(yán)重超標(biāo)，這種情況只能通過大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)管理。在各大工業(yè)區(qū)、化工廠、建筑地等區(qū)域安裝流動(dòng)和固定自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)工業(yè)區(qū)、化工廠、建筑地的空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理，嚴(yán)格管控使其按照排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行排放，一旦排放超標(biāo)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將發(fā)出警報(bào)，當(dāng)?shù)毓芾砣藛T便可以對(duì)其進(jìn)行管控，對(duì)企業(yè)違規(guī)情況進(jìn)行處理，最終達(dá)到改善環(huán)境污染問題的作用。

4.3 為環(huán)境治理工作提供來源依據(jù)

國(guó)內(nèi)的空氣污染情況非常嚴(yán)峻，主要以PM2.5為代表的顆粒漂浮物，O3為主要的污染源。PM2.5等顆粒漂浮物主要的生成原因有一次產(chǎn)生和間接轉(zhuǎn)化，針對(duì)一次產(chǎn)生的情況，通過強(qiáng)有力的管控顆粒物發(fā)生源可以有效地降低顆粒物濃度。但是間接轉(zhuǎn)化的成因比較復(fù)雜，在特定的光照和氣候條件下，氣態(tài)存在的污染物將進(jìn)行固化轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生以顆粒存在的污染物。O3的污染主要是以N2O、NO、NO2、N2O3等氮氧化物和VOCs，在光照和特定的氣溫影響下，經(jīng)過復(fù)雜的轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生O3污染物，O3的污染主要發(fā)生在夏、秋高溫天氣。針對(duì)O3和PM2.5的污染的治理，則需要建立監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，利用車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的移動(dòng)性和廣泛性，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)高效的信息傳輸，對(duì)O3和PM2.5的產(chǎn)生機(jī)制和產(chǎn)生原因進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，對(duì)污染源的治理提供依據(jù)，從源頭上降低O3和PM2.5的生成。大氣污染治理工作，監(jiān)測(cè)和治理需要兩手抓，要想科學(xué)的治理，就需要從源頭上進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為治理提供數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)，也需要針對(duì)監(jiān)測(cè)分析結(jié)果制定相應(yīng)的治理和防范方案，并對(duì)治理和防范方案不斷進(jìn)行優(yōu)化，兩者結(jié)合、科學(xué)治理，才能事半功倍。

5 展望

隨著互聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)以及傳感技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)將會(huì)更加智能高效，結(jié)合AI技術(shù)進(jìn)行卷積化自我學(xué)習(xí)分析大氣特征，并不斷進(jìn)化，可在無人工干預(yù)的情況下完成自動(dòng)采集、上傳、整理、分析、學(xué)習(xí)、報(bào)告、預(yù)警、并且將會(huì)成為全國(guó)各地大氣污染治理問題的重要手段。大力建設(shè)各地的大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，完善基于車聯(lián)網(wǎng)的大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，可以有效地監(jiān)測(cè)各個(gè)城市的空氣狀況，最終實(shí)現(xiàn)環(huán)境空氣質(zhì)量的持續(xù)改善。

6 結(jié)論

在當(dāng)前形勢(shì)下，環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻，造成了PM2.5超標(biāo)、霧霾等現(xiàn)象的頻發(fā)，嚴(yán)重危害到國(guó)民的身體健康和生活質(zhì)量。大氣污染問題已然成為當(dāng)下社會(huì)急需解決的問題，環(huán)境治理工作需要查清污染源、了解清楚污染情況、并且對(duì)環(huán)境中的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)。所以在大氣環(huán)境治理工作中，大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)充當(dāng)著重要的角色。