大氣環(huán)境在線監(jiān)測理論應(yīng)用研究

秦皇島市科為環(huán)保科技開發(fā)有限公司 劉靜

中國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展必須兼顧生態(tài)環(huán)保問題，而大氣環(huán)境質(zhì)量又和人類的正常生活水平以及中國經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)。現(xiàn)階段，由于面臨霧霾、空氣污染等重大環(huán)保問題，政府必須強(qiáng)化環(huán)境監(jiān)控，針對實(shí)際情況采取控制措施。而大氣環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)將是最關(guān)鍵的工具，對提升大氣環(huán)境監(jiān)測技術(shù)水平、進(jìn)一步提高大氣環(huán)境管理效益而言，有著重要意義。

一、大氣環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)概述

大氣環(huán)境實(shí)時監(jiān)測技術(shù)具有高度系統(tǒng)性，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)、精密檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)于一身，檢測對象涵蓋了空氣質(zhì)量、大氣污染等領(lǐng)域[1]。大氣環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，能讓人們更準(zhǔn)確地看到大氣環(huán)境及生態(tài)環(huán)境問題，從而迅速地作出反應(yīng)，避免了因處理不及時而發(fā)生大范圍的環(huán)境不良影響。

二、大氣環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建思路

（一）基礎(chǔ)架構(gòu)

當(dāng)前，要以國際領(lǐng)先的環(huán)境信息技術(shù)為基礎(chǔ)，整合先進(jìn)硬件設(shè)備，形成軟硬件相互協(xié)調(diào)的大氣環(huán)境在線監(jiān)控體系。按照工作過程，該體系共可區(qū)分為五個層面，即基礎(chǔ)層、傳輸層、大數(shù)據(jù)管理層、應(yīng)用層和決策層；覆蓋的細(xì)分指標(biāo)主要體現(xiàn)在濃度、氣溫、濕度等方面，具有即時監(jiān)控、自動抓拍、及時告警、信息錄入和便捷化檢索等功能[1]。

（二）系統(tǒng)關(guān)鍵部分

1.無人機(jī)監(jiān)測模塊

大氣環(huán)境實(shí)時監(jiān)控要具備二十四小時不間斷的特性，通過無人機(jī)監(jiān)控的方式，防止盲目依靠人力，從而提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。監(jiān)測數(shù)據(jù)產(chǎn)生后可供技術(shù)數(shù)據(jù)分析，對其環(huán)境污染原因、產(chǎn)生機(jī)理、危害程度等進(jìn)行評估，從而制定可行的大氣環(huán)境整治舉措。而無人駕駛飛行器環(huán)境監(jiān)測的進(jìn)行，也需要遙感技術(shù)的幫助。該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)很明顯，比如，影像具備全面性和高分辨率，數(shù)據(jù)具有便捷性。當(dāng)合理設(shè)置無人駕駛航空器監(jiān)控模型后，能夠精確地規(guī)劃監(jiān)控作業(yè)內(nèi)容和行駛軌跡，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸、預(yù)處理以及相應(yīng)作業(yè)。由于無人機(jī)監(jiān)控技術(shù)具備諸多優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)⑵淙谌胱匀淮髿猸h(huán)境在線監(jiān)控中，為日常監(jiān)控管理工作的實(shí)施提供技術(shù)保障。

2.地面綜合監(jiān)測模塊

大氣環(huán)境的在線監(jiān)控也必須具備全面性，所以全國各地都必須設(shè)置空氣質(zhì)量自動監(jiān)測站，高度關(guān)注在工業(yè)區(qū)等污染排放量很大、環(huán)境被污染程度較嚴(yán)重的地方，并加強(qiáng)對監(jiān)測站點(diǎn)的設(shè)置力度，逐步擴(kuò)大設(shè)置數(shù)量，才能比較全面地反映當(dāng)?shù)氐拇髿猸h(huán)境質(zhì)量。各監(jiān)測站之間必須存在緊密的聯(lián)系，共同建立完備的網(wǎng)格化大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)[2]。

三、大氣環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)

（一）數(shù)據(jù)采集

大氣環(huán)境質(zhì)量在線監(jiān)測的基本目標(biāo)就是獲取所有用來反映大氣環(huán)境品質(zhì)的數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)收集也必須作為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中著重考察的內(nèi)容。在數(shù)據(jù)采集中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其輸入/輸出接口設(shè)備等軟硬件平臺是最重要的硬件支撐。輸入/輸出接口設(shè)備的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)處理的輸入、輸出要求，并能根據(jù)模擬信號進(jìn)行放大、轉(zhuǎn)換等運(yùn)算，從而產(chǎn)生數(shù)字信號。

（二）數(shù)據(jù)傳輸

當(dāng)收集豐富的大氣環(huán)境信息后，要將其傳送至專門的數(shù)據(jù)處理平臺，對信息做進(jìn)一步的研究。感知層收集的信息應(yīng)當(dāng)加以高效的管理，并利用局域網(wǎng)的鏈接功能，直接傳輸至人機(jī)交互平臺，但全程必須確保數(shù)據(jù)的高效性和完整性，不得發(fā)生傳輸滯后性過強(qiáng)、傳送期間的信息損壞等問題[3]。

四、大氣環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

（一）大氣環(huán)境監(jiān)測數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)

大氣環(huán)境在線監(jiān)控管理系統(tǒng)以客戶功能與服務(wù)器功能兩大模塊為核心，對各自的工作都具備高度自主性，從而降低了影響因素，提升了監(jiān)控效果。為了從根本上達(dá)到將大氣環(huán)境在線監(jiān)測數(shù)字化的目標(biāo)，還可以利用全球定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境遙感。在此技術(shù)配合下，還可以檢測水蒸氣濃度、電子濃度總量等重要指數(shù)，所得到的數(shù)值極具指導(dǎo)意義。

（二）大氣環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制

1.保證持續(xù)足量的資金

大氣環(huán)境在線分析是一個長期性的工作，它必須獲得軟硬件、人員等一系列方面的保障，其根本要求即是獲得持續(xù)足量的資金投入。有關(guān)機(jī)構(gòu)必須高度重視經(jīng)費(fèi)的支持，按照實(shí)際需要配套經(jīng)費(fèi)，克服項(xiàng)目受經(jīng)費(fèi)約束的困難。同時必須維護(hù)經(jīng)費(fèi)使用的科學(xué)性，以科學(xué)合理的方法選擇專業(yè)儀器，吸納優(yōu)秀人員，防止經(jīng)費(fèi)損失?？萍既招略庐?，部分老舊的監(jiān)測儀器經(jīng)過長時間應(yīng)用后存在穩(wěn)定性不足、準(zhǔn)確性較差等現(xiàn)象，所以要適時引入先進(jìn)的儀器，進(jìn)一步提高大氣環(huán)境在線監(jiān)測能力[4]。

2.創(chuàng)建并優(yōu)化質(zhì)量管理體系

大氣環(huán)境實(shí)時監(jiān)控管理必須具備秩序性。為此，應(yīng)當(dāng)針對現(xiàn)場監(jiān)控環(huán)境建立一個健全的管理制度，為日常管理工作進(jìn)行清晰的指導(dǎo)。作為環(huán)境監(jiān)測機(jī)構(gòu)，必須從自身狀況入手，準(zhǔn)確判斷企業(yè)環(huán)境監(jiān)測過程所面臨的困難，進(jìn)行深層次的研究，以具有可行性的方法逐個攻破，在現(xiàn)有質(zhì)量管理的基礎(chǔ)上不斷提升。

3.規(guī)范開展現(xiàn)場采樣管理

大氣環(huán)境在線監(jiān)測時，樣本的收集是關(guān)鍵工作，必須確保所選取的樣本具備典型性，以便正確表達(dá)現(xiàn)場狀況，避免對大氣環(huán)境整治項(xiàng)目的實(shí)施帶來錯誤的指導(dǎo)。環(huán)境監(jiān)測機(jī)構(gòu)必須深入現(xiàn)場開展調(diào)查工作，仔細(xì)核實(shí)數(shù)據(jù)，按照標(biāo)準(zhǔn)選擇取樣時間，選擇正確的取樣頻次和時間，并保證樣本具有真實(shí)性和可信度。在現(xiàn)場取樣管理中，要充分考慮取樣裝置的工作功能，不得因?yàn)檠b置異常而發(fā)生不能正常取樣的現(xiàn)象[5]。

4.加強(qiáng)對試驗(yàn)室的監(jiān)督管理

取樣后，試樣必須轉(zhuǎn)至試驗(yàn)室中進(jìn)行分析。為了保證分析結(jié)論的正確性，要設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)室，對其實(shí)行質(zhì)控管理方法。因此，部分實(shí)驗(yàn)含有嚴(yán)重的污染物，因此應(yīng)利用通風(fēng)柜，在該處組織測試研究工作，最大程度降低污染物對人類身體健康的影響。另外，應(yīng)針對試驗(yàn)裝置的工作性質(zhì)和日常測試工作程序，建立一個完善的標(biāo)準(zhǔn)化管理體系，增強(qiáng)管理的科學(xué)性。

5.提高員工的綜合素質(zhì)

大氣環(huán)境在線監(jiān)控具備專業(yè)化，必須由高水平的技術(shù)人員進(jìn)行。環(huán)境監(jiān)測機(jī)構(gòu)要高度重視培訓(xùn)任務(wù)，給相關(guān)人員提供更廣闊的培訓(xùn)機(jī)會。通過系統(tǒng)訓(xùn)練之后，鞏固理論知識與基礎(chǔ)知識，進(jìn)一步提升其實(shí)際運(yùn)用能力，從而在日常操作中以理論為導(dǎo)向，合理運(yùn)用儀器設(shè)備，進(jìn)行取樣、分類等有關(guān)操作。另外，職業(yè)道德素質(zhì)也應(yīng)該作為相關(guān)人員培訓(xùn)的重要內(nèi)容，提高社會責(zé)任感，使之盡心盡職地完成本職工作任務(wù)。

6.關(guān)注細(xì)節(jié)

每個細(xì)節(jié)都會對大氣環(huán)境在線監(jiān)測的最后結(jié)論產(chǎn)生影響。工作人員必須注意每個細(xì)節(jié)，確保各個環(huán)節(jié)的工作都能夠落實(shí)到位。以取樣環(huán)節(jié)為例，技術(shù)人員必須選擇具備代表性的取樣地點(diǎn)，管理好取樣地點(diǎn)的數(shù)量和頻次，按照標(biāo)準(zhǔn)取樣，以合理的方法妥善保存樣本。再以監(jiān)測儀器的日常管理工作為例，需要定期檢驗(yàn)儀器設(shè)備，確定其有無存在偏差，如有則逐步確定其有無超過允許范圍，以便針對實(shí)際狀況作出針對性的調(diào)節(jié)，盡量降低監(jiān)測儀器的工作偏差，使得監(jiān)測結(jié)果能夠真正體現(xiàn)實(shí)際狀況。唯有抓好各項(xiàng)細(xì)節(jié)工作，方可為海洋生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的評估帶來正確的數(shù)據(jù)。

（三）SO2的監(jiān)測

大氣環(huán)境污染物的類型很多，其中SO2等是最主要的物質(zhì)，它對大氣自然環(huán)境的破壞力比較強(qiáng)。SO2等的來源大多與煤炭焚燒相關(guān)，該過程生成了大量的SO2、煙氣等物質(zhì)，其中又以SO2等的環(huán)境污染較為強(qiáng)烈，嚴(yán)重危害環(huán)境質(zhì)量。同時如果未根據(jù)煤炭焚燒過程選擇適當(dāng)管理辦法，在焚燒期間還將排放大量的SO2等氣體，并與大氣環(huán)境質(zhì)量接觸后易產(chǎn)生強(qiáng)酸雨。所以，對SO2的有效監(jiān)控和預(yù)防工作至關(guān)重要，并將之視為中國大氣環(huán)境監(jiān)測的工作重心。為切實(shí)緩解SO2環(huán)境污染的問題，從多視角著手，共同推動防治工作的有效實(shí)施。一是逐步轉(zhuǎn)變過去過分依靠燃煤能源的局面，積極探索其他燃料使用途徑，以降低燃煤的使用率，進(jìn)而逐步減少SO2的生成量，從根源上避免了SO2等所產(chǎn)生的海洋生態(tài)環(huán)境問題。二是進(jìn)一步強(qiáng)化政府監(jiān)督力度，增強(qiáng)了煤炭資源利用方法的合規(guī)性，并要求有關(guān)單位實(shí)施節(jié)能環(huán)境保護(hù)措施，以消除煤礦燃燒中產(chǎn)生的SO2等。三是通過合理使用海洋生態(tài)環(huán)境的在線監(jiān)測技術(shù)，了解海洋SO2等的濃度情況，評估其對海洋大氣環(huán)境品質(zhì)的危害，從而制定管理對策。針對SO2，現(xiàn)階段可選擇的檢測方式較多。因此，雖然紫外熒光法、紫外光吸附法已在國外得到了普遍的使用，但由于它在檢測SO2的能力還比較受局限，僅應(yīng)用在煤使用量較小、SO2等排放量較低的場合中。反觀在中國，工業(yè)等領(lǐng)域的煤炭應(yīng)用普遍存在著規(guī)模化特點(diǎn)，使得這種方法沒有可行性，所得到的監(jiān)測結(jié)論也普遍存在著完整性不足、準(zhǔn)確度較差的問題。面對這些問題，中國科研人員不斷進(jìn)行深入研究，試圖尋找更具備適應(yīng)性的SO2檢測方式。在現(xiàn)階段，以定位電方法比較經(jīng)典，所適配的就是電化學(xué)氣體傳感器。該設(shè)備可以更加全方位監(jiān)檢測大氣環(huán)境中的SO2等，從而確定其含量、分布區(qū)域等方面的狀況。同時經(jīng)過與大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)合使用，還能夠形成集數(shù)據(jù)采錄、傳遞、數(shù)據(jù)處理等各環(huán)節(jié)于一身的流程化作業(yè)模型，得到的SO2等檢測結(jié)論將具備更高的可行性，從而能夠更好地適應(yīng)大氣環(huán)境監(jiān)測需求。

（四）揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測

大氣環(huán)境中的揮發(fā)型有機(jī)質(zhì)以揮發(fā)型化合物(VOCs)居多，它們都是在光化學(xué)污染環(huán)境中新形成的污染產(chǎn)物，可以迅速和周圍空氣中的細(xì)微顆粒物融合，從而導(dǎo)致更嚴(yán)重的污染物，并具有一定的經(jīng)濟(jì)社會危險(xiǎn)性，如不進(jìn)行科學(xué)有效的管理，將很容易影響市民的健康。所以，做好對VOCS等發(fā)揮性有機(jī)質(zhì)的監(jiān)控工作具有一定重要性，應(yīng)將其納入大氣環(huán)境實(shí)時監(jiān)控的主要工作內(nèi)容之中，以科學(xué)合理的方式監(jiān)控，并根據(jù)所出現(xiàn)的環(huán)保問題適時制定解決方法?，F(xiàn)階段，對揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測技術(shù)手段形式各異，目前使用比較普遍的是激光光譜方法、飛行時間及質(zhì)譜技術(shù)等，在相應(yīng)的操作標(biāo)準(zhǔn)、操作方法以及注意事項(xiàng)上也存在一定差異。因此，在實(shí)際使用中必須區(qū)別對待情況，以針對性的方法使用相應(yīng)監(jiān)測手段。另外，也必須把對揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測方法納入對海洋生態(tài)環(huán)境的檢測體系，通過全面采集海洋安全監(jiān)測數(shù)據(jù)，組織科研人員對海洋安全環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。針對海洋揮發(fā)性有機(jī)物的具體狀況，提出更具體的方法，以針對性的方法切實(shí)處理海洋揮發(fā)性有機(jī)物可能產(chǎn)生的海洋環(huán)境污染問題。

五、我國環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)過長期的發(fā)展，已經(jīng)相當(dāng)完善。取得該成就，主要依賴地理信息系統(tǒng)的完善以及儀器儀表的智能化。然而只是有發(fā)展依舊不足，隨之會出現(xiàn)許多問題，就必須要利用規(guī)范化才可以解決。要想將這些問題有效解決，必須要有規(guī)范管理。我國環(huán)保總局先后編寫很多規(guī)范性文件，然而制定規(guī)范的速度非常緩慢，與應(yīng)用發(fā)展存在滯后性，這是由于我國特有的情況而造成的。我國儀器設(shè)備種類各種各樣，因?yàn)楦鱾€地區(qū)都有較大的差異性，很難真正實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)范。對于相同指標(biāo)的測量，由于使用不同的方法而造成結(jié)果不同的問題出現(xiàn)。該不統(tǒng)一的數(shù)據(jù)，造成測量技術(shù)人員不相信儀器測量的精確性以及數(shù)據(jù)的真實(shí)性。若不能迅速處理該情況，就容易存在安全隱患，加大環(huán)境保護(hù)工作的開展難度。除了以上問題，也要重視其他的問題，即系統(tǒng)方案不夠全面。大氣環(huán)境自動監(jiān)測是規(guī)模很大的工程建設(shè)項(xiàng)目，因?yàn)槿狈ωS富的經(jīng)驗(yàn)以及技術(shù)水平低下，在制定方案過程中會出現(xiàn)一些小錯誤，造成系統(tǒng)計(jì)劃缺乏科學(xué)性和完整性。而且匆忙動工，容易導(dǎo)致系統(tǒng)相當(dāng)粗糙，后續(xù)的改造擴(kuò)展工作不能順利進(jìn)行。當(dāng)前，我國環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)依舊不具有較強(qiáng)的針對性以及目的性[6]。

六、環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)的今后發(fā)展趨勢

（一）將無機(jī)有機(jī)進(jìn)行結(jié)合，全方位監(jiān)測污染情況

立足我國企業(yè)的實(shí)際情況，許多企業(yè)依舊是密集型的污染能力很強(qiáng)的企業(yè)，這些企業(yè)污染物中主要是有毒有害物質(zhì)。因此，強(qiáng)化有機(jī)物的監(jiān)測，能夠迅速將水或者空氣中包含的有毒有害物質(zhì)監(jiān)測到。然而這是重大的難點(diǎn)，也是全球環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)很難突破的問題。所以政府必須要對這個方面的投資引起重視，應(yīng)該積極培養(yǎng)高素質(zhì)的人才，與我國科技研發(fā)人員揚(yáng)長避短，一起研究全方位高端的有機(jī)污染物監(jiān)測技術(shù)。

（二）監(jiān)測儀器設(shè)備縮小化，及時監(jiān)測

現(xiàn)階段，我國多數(shù)環(huán)境在線監(jiān)測設(shè)備都是非常大的，數(shù)據(jù)傳輸范圍不大。有些企業(yè)能夠?qū)ψ约旱谋O(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，這樣就不能確保監(jiān)測結(jié)果是完全真實(shí)的。我國在線環(huán)境監(jiān)測技術(shù)今后的發(fā)展趨勢，勢必是監(jiān)測內(nèi)容越來越全面、監(jiān)測結(jié)果越來越準(zhǔn)確、監(jiān)測數(shù)據(jù)越來越及時、設(shè)備越來越便捷。今后的監(jiān)測設(shè)備必須要縮小體積，便于隨身攜帶。作為監(jiān)測人員，能夠自己攜帶儀器設(shè)備，監(jiān)測每個企業(yè)污染物的實(shí)際排放情況，這樣就能確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的精確性，而且能夠確保監(jiān)測情況的時效性，防止因?yàn)閿?shù)據(jù)不能迅速更新而導(dǎo)致環(huán)境治理工作被延誤。

（三）提升自動化程度，降低人工參與

環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)通常依賴監(jiān)測儀器設(shè)備自動化的監(jiān)測，然而當(dāng)前我國環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)依舊有許多過程是人工參與的，這樣容易出現(xiàn)因?yàn)槿藶楦臄?shù)據(jù)等因素而造成監(jiān)測結(jié)果不夠真實(shí)。因此，今后的發(fā)展趨勢必須要顯著提升環(huán)境監(jiān)測自動化程度，降低人工參與。這樣既可以節(jié)約人力資源的資金，又能確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性，節(jié)約的人力資源資金還能夠在其他方面的研究開發(fā)中運(yùn)用，獲得良好的效果。在數(shù)據(jù)傳送上，必須要增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳送的自動化水平，研究和開發(fā)對應(yīng)的傳送技術(shù)，讓監(jiān)測到的數(shù)據(jù)可以立刻向每個網(wǎng)絡(luò)終端進(jìn)行傳送。

七、結(jié)語

大氣環(huán)境保護(hù)的在線控制，也是生態(tài)環(huán)境監(jiān)管領(lǐng)域的重要內(nèi)容。為了做好這項(xiàng)工作，要正確使用環(huán)保在線監(jiān)控信息技術(shù)，并適配高精度、高可靠性的設(shè)備。環(huán)境監(jiān)測工作必須在科技與手段優(yōu)化、體制運(yùn)行、人才等層面上進(jìn)行工作，以提高大氣環(huán)境監(jiān)測工作能力。而唯有進(jìn)行不斷地摸索，才可以推陳出新，在大氣環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，以更好地進(jìn)行對大氣環(huán)境的檢測與服務(wù)，從而針對檢測成果及時制定環(huán)保整改舉措，以還原"綠水青山、藍(lán)天白云"的人們賴以生存的自然環(huán)境和工作環(huán)境。