大氣污染網(wǎng)格化監(jiān)測與傳感器技術應用分析

劉 燁 李 雯

（泰安市生態(tài)環(huán)境局 山東泰安 271000）

引言

環(huán)境治理是全球公共管理的重要議題。隨著我國工業(yè)技術的快速優(yōu)化更新和城鎮(zhèn)化進程的不斷加快，大氣環(huán)境污染問題也隨之而來，表現(xiàn)在污染范圍和污染程度有所擴大。大氣環(huán)境質(zhì)量與人類健康以及可持續(xù)未來生活發(fā)展等息息相關。同時，隨著我國城市化發(fā)展進程不斷推進，使得社會大眾的可持續(xù)化發(fā)展觀念不斷增加，因此，必須加強對大氣污染防治的重視。

當前環(huán)境大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”為政府創(chuàng)新環(huán)境治理手段提供了新的思路，已經(jīng)成為推進環(huán)境治理體系和治理能力現(xiàn)代化的重要手段。自動化、智能化和網(wǎng)絡化的大氣污染防治網(wǎng)格化系統(tǒng)，能為快速解決城市大氣環(huán)境污染問題通過提供相應的數(shù)據(jù)以提供決策依據(jù)，以促進網(wǎng)格化城市管理模式的構(gòu)建。本文通過探討我國大氣環(huán)保發(fā)展趨勢的背景下，研究大氣污染網(wǎng)格化監(jiān)測與傳感器技術的應用，旨在為我國大氣污染防治網(wǎng)格化系統(tǒng)應用水平的不斷提高提供參考。

1 網(wǎng)格化監(jiān)測技術原則

現(xiàn)階段我國大氣污染形勢嚴峻，因此需要利用大氣污染網(wǎng)格化監(jiān)測與傳感器技術，以此作為基礎條件，進一步突破傳統(tǒng)空氣質(zhì)量監(jiān)督結(jié)構(gòu)體系以及評價系統(tǒng)的約束和限制，進一步構(gòu)建并且保證外部環(huán)境質(zhì)量監(jiān)督控制網(wǎng)格化管理，致使傳感器技術以及重點區(qū)域大氣污染區(qū)域等不同類型的網(wǎng)格監(jiān)督管理模式，可以進一步實現(xiàn)和完成對監(jiān)督區(qū)域以及全范圍的精準覆蓋，以此不斷減少和消除監(jiān)督區(qū)域、數(shù)據(jù)測量的盲區(qū)，不斷實時掌控和管理監(jiān)督區(qū)域的內(nèi)部環(huán)境污染程度、環(huán)境分布實際情況以及大氣變化流程等，進一步實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)部空氣以及環(huán)境質(zhì)量的精細化管理。如表1，我國某地空氣污染網(wǎng)格化參數(shù)。

表1 我國某地空氣污染網(wǎng)格化參數(shù)

2 大氣環(huán)保發(fā)展趨勢

為了大氣環(huán)保政策進度，我國相繼發(fā)布了大氣十條先關政策，進而對大氣污染和環(huán)保治理提出了更加清晰和明確的發(fā)展目標，并且在大氣污染防治基礎期間該技術成為了治理中心，而在十三五政策發(fā)展期間，我國大氣污染治理主要為生活污染防治，為此技術人員需要以此作為基礎條件，積極推進地方燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)綜合改造、揮發(fā)性有機物、非電行業(yè)脫硫脫硝等工作，由此可見，我國在網(wǎng)格化監(jiān)測與傳感器技術應用方面已經(jīng)十分成熟和廣泛，特別在火電行業(yè)煙氣治理、垃圾焚燒尾氣處理、煤炭清潔行業(yè)、冶金行業(yè)超凈排放、環(huán)境監(jiān)測和揮發(fā)性有機物綜合整治方面構(gòu)成了系統(tǒng)化的生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈，進而符合市場要求。

現(xiàn)階段我國互聯(lián)網(wǎng)、云計算以及網(wǎng)格化監(jiān)測與傳感器技術等方面得到了快速發(fā)展，為此智能化設備、傳感器、電子商務平臺等方面同樣得到了快速增長，致使互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)必然成為了環(huán)保治理創(chuàng)新的全新技術手段，為環(huán)保技術創(chuàng)新和推廣創(chuàng)新提供了技術支持。

3 傳感器種類

（1）趨近式傳感設備

傳感設備實施過程中，趨近式傳感器能夠進一步有效檢測附近區(qū)域的物體是否存在，無需利用物理性連接，一般情況下，磁性趨近式傳感器需要通過設備自身有效定位執(zhí)行設備跌基礎磁性結(jié)構(gòu)體，進一步測試設備在運轉(zhuǎn)過程中是否能夠達到標準位置。但是由于該設備自身并不具備移動功能，為此在實際操作和使用過程中的使用壽命相對較長。而對于設備運轉(zhuǎn)過程中，自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有簧片零部件的趨近式傳感設備，則需要使用機械接觸位置點，所以該模式下的設備使用壽命相對較短，但是經(jīng)濟支出成本同樣較低，一般需要使用在高溫環(huán)境下。

（2）位置傳感器

位置傳感設備普遍具備模擬數(shù)量輸出，并且需要根據(jù)執(zhí)行設備上磁性結(jié)構(gòu)體，能夠進一步展現(xiàn)執(zhí)行設備的具體操作位置，其中從傳感器控制角度來說，其位置傳感設備具有靈活性特點，為此技術人員需要根據(jù)傳感器設定參數(shù)，以及系統(tǒng)組件進行相互組合。在傳感器技術實施過程中，由于以上位置所使用的傳感器需要以磁性結(jié)構(gòu)體系作為基礎條件，所以必須從相同渠道進行引進，進一步簡化控制，實現(xiàn)參數(shù)化。

（3）霍爾傳感器

霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應制作的一種磁場傳感器，廣泛地應用于工業(yè)自動化技術、檢測技術及信息處理等方面?；魻栃茄芯堪雽w材料性能的基本方法。通過霍爾效應實驗測定的霍爾系數(shù)，能夠判斷半導體材料的導電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。

霍爾傳感器分為線性型霍爾傳感器和開關型霍爾傳感器兩種。

線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。開關型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，它輸出數(shù)字量。

霍爾電壓隨磁場強,度的變化而變化，磁場越強，電壓越高，磁場越弱，電壓越低?；魻栯妷褐岛苄?，通常只有幾個毫伏，但經(jīng)集成電路中的放大器放大，就能使該電壓放大到足以輸出較強的信號。若使霍爾集成電路起傳感作用，需要用機械的方法來改變磁場強度。當葉輪葉片處于磁鐵和霍爾集成電路之間的氣隙中時，磁場偏離集成片,霍爾電壓消失。這樣，霍爾集成電路的輸出電壓的變化，就能表示出葉輪驅(qū)動軸的某一位置，因此利用這一工作原理，可將霍爾集成電路片用作用點火正時傳感器?；魻栃獋鞲衅鲗儆诒粍有蛡鞲衅鳎型饧与娫床拍芄ぷ?，這一特點使它能檢測轉(zhuǎn)速低的運轉(zhuǎn)情況。

4 大氣污染影響因素

大氣污染源頭相對比較復雜，其中人為因素主要指的是由于社會大眾生活模式、工廠環(huán)境污染以及汽車尾氣等所產(chǎn)生的污染物質(zhì)對大氣環(huán)境以及自然環(huán)境所造成的污染。而自然環(huán)境因素則主要指的是大量植物被破壞，進而造成大氣污染問題。所以從總體方面來看，現(xiàn)階段我國大氣污染問題仍然存在，并且在工業(yè)發(fā)展不斷加快的背景環(huán)境下，其污染狀況時有加劇，所以我國必須采取合理的管理模式，進而增加對大氣環(huán)境污染情況的關注力度，在充分了解大氣環(huán)境污染因素后，制定出詳細且合理的管理策略。如圖1，大氣污染影響因素[1]。

圖1 大氣污染影響因素

（1）工業(yè)污染

隨著我國工業(yè)發(fā)展進程快速進步，使得該行業(yè)逐漸成為城市發(fā)展與人們生活水平的重要經(jīng)濟保證和基礎條件，然而工業(yè)行業(yè)在進步的同時，所產(chǎn)生的廢棄物質(zhì)對自然環(huán)境與大氣環(huán)境造成了較大的影響和污染，甚至直接影響社會大眾正常的生活環(huán)境與居住條件[2]。

第一，大氣自然環(huán)境所造成的污染問題，其主要形成原因和基礎條件是工業(yè)生產(chǎn)與產(chǎn)品制造的基礎污染問題，加上由于工業(yè)運轉(zhuǎn)與產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，無論是設備運轉(zhuǎn)，還是技術應用都需要使用可燃燒的物質(zhì)充分燃燒后，產(chǎn)生熱力能量，但是此種模式在燃燒時，會產(chǎn)生大量的污染氣體，一旦進入大氣環(huán)境后，必然會造成大量的環(huán)境污染問題。第二，在大氣污染問題研究過程中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所造成的大氣污染問題同樣成為了現(xiàn)階段自然環(huán)境與大氣環(huán)境的主要原因之一，加上現(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，濃密內(nèi)在農(nóng)作物種植階段和生長階段過度依賴大量的化肥物質(zhì)、農(nóng)藥試劑等，以上化學試劑在農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)上雖然能夠增加最終農(nóng)作物產(chǎn)量，但是會在作用工程中產(chǎn)生了揮發(fā)，從而造成大量的空氣污染問題。

（2）生活污染

在城市化發(fā)展進程不斷被推進的今天，人口逐漸增加，致使城市每天會產(chǎn)生大量的生活類垃圾，根據(jù)目前我國城市生活垃圾發(fā)展現(xiàn)狀進行綜合分析，大多數(shù)生活類的垃圾物質(zhì)在處理技術的選擇上，普遍側(cè)重與燃燒模式，但是選擇此種模式后，會產(chǎn)生許多廢氣物質(zhì)以及煙塵物質(zhì)。以上有害物質(zhì)會具有一定穿透性、穩(wěn)定性以及系統(tǒng)性，一旦進入大氣層后，會對臭氧層造成了一定的破壞，從而造成了大氣環(huán)境污染。

（3）氣候因素

在大氣污染因素研究中，植物的生產(chǎn)與氣候因素通常會造成較為嚴重的大氣污染問題。

第一，近幾年我國部分林區(qū)產(chǎn)生隨意破壞植物、亂砍亂伐等現(xiàn)狀，雖然我國已經(jīng)制定了植物砍伐相關制度和發(fā)展策略，但是卻無法防止出現(xiàn)綠色植物數(shù)量逐漸減少等情況。加上綠色植物普遍可以吸收二氧化碳物質(zhì)，通過自身的光合作用下產(chǎn)生大量氧氣物質(zhì)，因此植物自身生產(chǎn)過程中能夠有效凈化大氣內(nèi)部的有害氣體和物質(zhì)，進而提升地區(qū)的空氣質(zhì)量水平。第二，大氣環(huán)境污染還與風速、風向、氣溫、濕度等氣象因素息息相關，因此在工廠選址期間要合理的考慮這些氣象因素，從而降低環(huán)境污染的影響程度[3]。

5 網(wǎng)格化監(jiān)測與傳感器技術的環(huán)保作用

在大氣污染網(wǎng)格化監(jiān)測與傳感器技術研究和探索過程中，技術人員針對網(wǎng)格化監(jiān)測以及傳感設備等全新模式和操作技術進行整體性方案規(guī)劃，并且以此作為基礎條件，進一步完成對自然環(huán)境環(huán)保目的的全面改革。其中大氣污染網(wǎng)格化監(jiān)測系統(tǒng)成功針對部分地區(qū)進行全面控制和管理，同時全面建設出線條與區(qū)域相結(jié)合、點狀與現(xiàn)狀延伸等無縫銜接的網(wǎng)格化管理結(jié)構(gòu)體系，從而進一步完成對環(huán)境保護區(qū)域進行全覆蓋操作，并且在傳感技術的輔助下，可以為地區(qū)環(huán)境保護提供實時、準確的信息數(shù)據(jù)監(jiān)控，從根本上滿足大氣污染基礎防治需求。

在未來城市化基礎建設和發(fā)展中，大氣污染網(wǎng)格化監(jiān)測與傳感器技術所起到的環(huán)保作用十分顯著，并且隨著以上技術的不斷提升與進步，可以最大限度轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)大氣監(jiān)控模式，進而向互聯(lián)網(wǎng)模式、實時模式以及精準模式轉(zhuǎn)變，大大提高環(huán)境監(jiān)管的工作效率和能力，由此可見，大氣污染網(wǎng)格化監(jiān)測與傳感器技術是現(xiàn)階段保護自然環(huán)境保護的重要條件與基礎平臺。

6 網(wǎng)格化監(jiān)測與傳感器技術應用策略

（1）數(shù)據(jù)校準

首先，技術人員需要在大氣質(zhì)量監(jiān)測過程中，在專業(yè)實驗區(qū)域針對氣體結(jié)構(gòu)傳感器進行標準測量，進而保證測量物質(zhì)內(nèi)部的校準性，為此技術人員需要使用多種操作標準氣體進行相互混合，并且在不同類型的混合結(jié)構(gòu)比例、不同物質(zhì)濃度以及不同自然環(huán)境條件下，針對傳感器進行標準設定。并且利用基因計算方式，針對氣體物質(zhì)傳感設備進行交叉干擾研究，在此基礎條件上開展系統(tǒng)化的修正和完善，進而確保氣體傳感設備的基礎量程范圍能夠達到標準要求。其次，如果測試地點在室外環(huán)境時，技術人員則需要使用國家的大氣標準條件，使用專業(yè)設備開展網(wǎng)格化檢測，并且利用基因計算技術方式有效適應外部環(huán)境的變化，進而不斷確保傳感器技術能夠在不同環(huán)境條件下的數(shù)據(jù)標準和質(zhì)量水平。

（2）傳感器技術修正

本次實驗想要保證大氣污染現(xiàn)狀數(shù)據(jù)精準程度，需要使用標準物校準技術，以及系統(tǒng)馴化傳感設備進行詳細分析，而實驗需要使用至少5 臺傳感器，進而保證設備在實驗流程中達到標準要求，同時技術人員還需要將設備所檢測到的數(shù)據(jù)和信息與空氣自動站附近數(shù)據(jù)進行對比，其中1-4 號之間的傳感器使用網(wǎng)格化監(jiān)測技術，而5 號傳感器則沒有使用任何技術措施，并且整個實驗時間需要保證14 天左右，其傳感器與空氣自動站數(shù)據(jù)對比見表2。

表2 傳感器數(shù)據(jù)偏差（%）

由表2 數(shù)據(jù)能夠進一步分析出，已經(jīng)使用大氣污染網(wǎng)格化監(jiān)測技術的傳感器，其數(shù)據(jù)接收精準程度相對較大，并且數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)性能夠達到0.75以上，而5 號傳感設備沒有使用任何的技術模式，所得到的實驗數(shù)據(jù)和信息與大氣站數(shù)據(jù)收集偏差已經(jīng)超過了30%左右，其中除了顆粒物檢測以外，相關數(shù)據(jù)同樣不斷降低。

（3）實驗結(jié)果驗證

根據(jù)大氣污染網(wǎng)格化監(jiān)測與傳感器技術應用前后信息以及數(shù)據(jù)變化進行相互對比，最終能夠有效總結(jié)出：經(jīng)過標準測量以及網(wǎng)格化監(jiān)測技術后的傳感器，所得到的測量信息和數(shù)據(jù)偏差相對較大，并且傳感器經(jīng)過網(wǎng)絡化處理后，其大氣濃度檢測數(shù)據(jù)與空氣自動站變化趨勢相同。除此之外，大氣污染網(wǎng)格化監(jiān)測與傳感器技術應用前后的數(shù)據(jù)誤差經(jīng)過對比后，其傳感器與空氣自動站產(chǎn)生的數(shù)據(jù)關聯(lián)程度從初始的0.77 提升至0.93[4]。

結(jié)語

隨著我國工業(yè)化的發(fā)展以及城鎮(zhèn)化進程的不斷加快，也相應的引發(fā)了一些城市環(huán)境問題，城市人居環(huán)境建設和管理難度逐步提高?，F(xiàn)階段我國大氣污染問題仍然嚴峻，其中影響大氣污染的因素相對比較復雜，大氣污染的相關因素不僅對自然生態(tài)環(huán)境有所影響和破壞，并且在一定程度上影響人們生活水平和人身安全。傳統(tǒng)環(huán)境治理模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代環(huán)境污染治理的需要。大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)控監(jiān)測與傳感技術應用是對傳統(tǒng)模式下大氣環(huán)境監(jiān)測技術的有效補充和升級改造，在網(wǎng)格化監(jiān)測技術實踐應用過程中，大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)測系統(tǒng)能為環(huán)境治理提供相應的數(shù)據(jù)和決策依據(jù)。因此在環(huán)境治理過程中，需要重視大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)測的應用，提升大氣污染防治的工作效率和效果。在以上基礎上管理部門必須不斷增加對大氣污染問題的管理和治理水平，根據(jù)現(xiàn)階段大氣污染實際情況，制定出相應的管理策略。只有這樣才能從根本上減少大氣污染，進一步確保生態(tài)環(huán)境的平衡。