傳感器技術在環境空氣監測與污染治理中的應用現狀、問題與展望

秦孝良，高 健，王永敏，宋英石，徐義生，陳少華，沈 茜，柴發合

1.中國環境科學研究院，北京 100012 2.天津環境科學研究院，天津 300191

隨著工業化發展和城市化進程的加速，大氣污染問題日益突出，并逐漸由單一型城市污染向區域污染、煤煙型污染向復合型污染轉變[1]。自2012年新的《環境空氣質量標準》(GB 3095—2012)發布以來，全國陸續建成1 496個國家空氣質量監測站，成為中國環境空氣質量評價的主力軍，各城市陸續建設市級監測站，成為國家監測站的有益補充[2]。

近年來，大氣污染精細化治理逐漸深入，對空氣質量監測、污染監控溯源等提出了更高的要求。大氣環境監測系統所獲得的環境數據應能夠準確、及時、全面地反映特定區域環境的質量現狀及其變化趨勢，要求覆蓋面廣，監測點布設靈活，進而為環境管理、污染源控制和環境規劃等提供更豐富的決策依據[3]。實際應用中，標準方法監測儀器監測數據準確，但造價高、維護成本大，難以滿足高密度網格化及動態監測的需求，也無法對個人暴露水平進行精準評估[4]。

基于低成本傳感器的無線傳感器網絡因具備實時性強、易安裝等優勢，可滿足大氣密集網格化布點監測的要求。近年來，傳感器在環境空氣質量監測中已得到了廣泛應用，大量數據被用來協助計算排放因子[5]、繪制污染地圖[6]、監控污染熱點[7]，以及評估環境污染所造成的健康影響[8]。但同時也暴露出其數據的“準確性差”、難以校準、壽命較短等問題。

研究圍繞目前環境空氣污染治理中對監測技術的新需求，在總結傳感器原理的基礎上，綜述了傳感器技術在監測環境空氣質量、監控污染熱點、評估個人暴露水平方面的應用，總結了傳感器技術在環境空氣治理中所面臨的技術、管理、應用方面的挑戰，并展望了傳感器技術的研究前景。

1 研究方法

筆者總結歸納一系列與傳感器相關的技術資料，除了查閱科學文獻外，還包括訪問國內外知名傳感器公司官網進行產品調研，查閱未發表的會議報告與項目報告、查閱相關圖書與評估指南(近10年來，傳感器領域發展迅速，新的發展和信息并不總能及時在科學文獻中發表)。同時充分利用相關搜索引擎(包括中國知網、Web of Science、百度學術、Elsvier、Google和Bing)，搜索中發現國內對傳感器的研究文獻較少，所以常使用英文關鍵字〔包括Wireless Sensor Network(WSN)、evaluation of sensors和application of sensors〕進行搜索。搜索結果通常大于100萬次，研究針對傳感器的應用與評估選取了近5年的研究資料。

2 空氣傳感器分類及原理

空氣傳感器是一種檢測裝置，將所感受到的被測量污染物信息按照一定的方式變換為電信號或其他所需信號的輸出裝置，具有一定的靈敏度，且成本較低。傳感器在環境空氣質量監測與污染治理中的應用，主要體現在對大氣顆粒物(PM2.5、PM10)以及氣態污染物(NOx、CO、SO2、O3、VOC等)進行檢測。

2.1 顆粒物傳感器

顆粒物傳感器可以根據其原理進行劃分。目前技術最成熟、應用最廣泛的是基于光散射原理的顆粒物傳感器，其成本也最為低廉。此外還有芬蘭Pegasor公司開發的基于“逃逸充量”原理的電學法顆粒物傳感器，荷蘭Detaki公司開發的低壓沖擊撞擊質量濃度檢測儀等。表1總結了國內外具有代表性的顆粒物傳感器[9-18]。

表1 國內外具有代表性的顆粒物傳感器Table 1 Representative particulate sensors at home and abroad

注：“①”表示該數據的單位為μg/m3；“—”表示未獲得數據。

光散射法顆粒物傳感器基于Mie散射理論。GUSTAV MIE通過研究標準球形顆粒與光之間的散射現象，推導出光散射物理解析解，從而建立標準球形顆粒的Mie理論。光散射原理即令激光照射在空氣中的懸浮顆粒物上產生散射，同時在某一特定角度收集散射光，得到散射光強隨時間變化的曲線。顆粒物通過傳感器的光敏區，產生相應的光脈沖，光脈沖大小對應顆粒物直徑大小，脈沖數目對應顆粒物數目，通過將這些脈沖信號歸類到不同的粒徑區間，形成顆粒物粒徑譜圖，從而計算出顆粒物質量濃度[19]。

電學法顆粒物傳感器測量顆粒物質量濃度是基于1983年LEHTIMKI等提出的 “逃逸充量”的原理。應用電暈針高壓放電使清潔空氣電離，產生的正離子與顆粒物混合碰撞，使顆粒物帶電。自由電子進入“離子阱”中，帶電顆粒物則逃離傳感器。由于帶電顆粒物的逃離，造成的電荷損失需要進入隔離區域進行等效“補充”電流以恢復電平衡。“補充”電流通過靈敏的靜電計測量，與氣溶膠濃度成正比[20]。

靜低壓沖擊撞擊原理顆粒物傳感器(DGI)[21]，按照顆粒物不同的粒徑范圍分成多個分割級，含有顆粒物的空氣首先被加熱稀釋，然后通過靜電室使顆粒物帶電，帶電顆粒物由于自身尺寸大小不同而具有不同的慣性，在定向流動過程中被各個撞擊級收集，根據各個撞擊級電流信號大小測量出每一級中顆粒物質量濃度大小，通過統計所有撞擊級的電流信號得到總顆粒物質量濃度。

不同的傳感器技術各有其優勢。光散射法傳感器具備結構簡單、在線監測、響應時間快、無損檢測等優點，是目前技術相對成熟、應用相對廣泛的顆粒物傳感器，大多數學術研究或實踐應用項目都是基于該方法而展開的。基于“逃逸充量”原理的電學法傳感器，具有非常快的響應時間，時間分辨率可高達0.3s[22]。由Pegasor公司開發的PSS-M傳感器可以長期安裝在車輛上，目前已經由幾個車輛制造商和獨立實驗室進行了測試，可安裝在機動車DPF的前后，檢測汽車尾氣中顆粒物濃度[23]。DGI傳感器采用分級檢測，多應用于檢測燃燒產生PM2.5的質量濃度，SARVI等[24]應用DGI傳感器檢測柴油機顆粒物排放，HAPPOA等[25]應用DGI傳感器監測生物質燃燒產生的顆粒物對肺部的影響。

2.2 氣體傳感器

氣體傳感器分類有很多種，有半導體氣體傳感器、電化學法氣體傳感器、壓電振動法(QCM)氣體傳感器、光學法氣體傳感器，其中應用與研究最多的是半導體氣體傳感器和電化學法氣體傳感器。在國際上具有代表性的氣體傳感器公司主要有：Figaro、New Cosmos、FIS、UST、MICS、CityTec、Alphasense、Aeroqual、SGX、UnitecSens、Dynamo、Applied Sensors。

半導體氣體傳感器的基本原理是分子吸附半導體材料表面，引起其電學性質的變化。半導體式傳感器使用壽命為1～2年，與電化學傳感器相比靈敏度較低，價格較貴，但運行穩定。根據半導體材料的不同，半導體氣體傳感器可分為金屬氧化物半導體傳感器、有機半導體傳感器以及最新開發的碳納米結構傳感器[26]。金屬氧化物半導體材料包括：SnO2、TiO2、ZnO、WO3、MoO3、CuO和In2O3等。SHAFIEI等[27-29]分別應用WO3、ZnO半導體材料氣體傳感器對H2的測量進行了敏感性研究；2015年，ZHANG等[26]研究了金屬氧化物半導體氣體傳感器在室溫條件下的應用；2012年，LU等[30]通過合成ZnO/SnO2復合材料，提高傳感器對NO2的響應。有機半導體材料包括：聚苯胺(PANI)、聚3,4-亞乙基二氧噻吩(PEDOT)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚表氯醇(PECH)、絡合物TCNQ和TCNQF4。2011年，SRIVASTAVA等[31]開發了基于PANI和多壁碳納米管(MWNT)半導體材料的氣體傳感器，并在室溫下對H2進行了測試；2016年，HOSHYARGAR等[32]應用有機-金屬絡合物CuTCNQF4對溫室氣體進行了敏感性研究；2017年，WANG等[33]開發了結晶并五苯薄膜的超靈敏NO2氣體傳感器。

電化學法氣體傳感器的基本原理是被測氣體擴散或通過泵吸入到催化電極(工作電極)表面，并發生氧化或還原反應，由此產生的電流與被測氣體的濃度成正比，通過檢測電流的大小即可實現對氣體濃度的測定。電化學傳感器具有成本低、功耗低、靈敏度高等優點，但壽命較短(1年)，并且易受CO、VOCs和NO2的干擾，造成數據漂移，因此需要頻繁的校準。2013年，MEAD等[34]通過改善電化學法氣體傳感器的信噪比和靈敏度，實現了對CO、NO和NO2在10-9數量級混合比的檢測。

QCM[35]基本原理是當氣體分子吸附于晶體表面時，氣體濃度的變化會引起晶體振蕩頻率的改變，通過測試晶體振蕩頻率計算出氣體的濃度。因為頻率是高準確度、高精度的變化量，基于QCM的氣體傳感器與其他類型的傳感器相比，具有較高的靈敏度和分辨率。BAHREYNI等和YANG等[36-37]多項研究認為，基于QCM原理的傳感器在高靈敏度測量氣體方面是最具有潛力的。

光學法傳感器主要分為對光量選擇吸收的紅外吸收式氣體傳感器和通過改變折射率的光纖傳感器。紅外吸收式傳感器利用氣體對紅外線的選擇吸收性，根據氣體的特征吸收光譜鑒別氣體種類，由比爾定律建立吸光度、入射光強度、出射光強度、吸光物質濃度之間的關系。2013年，CASTELL等[38]證明紅外吸收式傳感器對二氧化碳的檢測非常有效。光纖傳感器的原理是待測氣體與光纖涂層作用引起涂層折射率的變化，通過漸逝波的檢測確定氣體濃度。HUANG等[39]使用具有雙聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/氯酚紅(CPR)涂層作為彎曲光纖探針的傳感器檢測空氣中的痕量NH3，在空氣中的檢測限為2.7×10-9。

3 傳感器技術的應用

空氣質量的精細化管理和污染的精準治理需要高時空分辨率的監測數據，而目前標準方法的監測網絡由于造價高昂、維護成本大，難以滿足精細網格監測的需求。模式模擬盡管在一定程度上可能解決這個問題，但需要詳細的信息輸入，因源清單數據和氣象條件的復雜性，其結果具有較高的不準確性[40]。

近年來，隨著傳感器技術的發展，無線傳感器網絡(WSN)的出現，使空氣質量高時空分辨率監測成為可能。WSN由許多個空間分布傳感器節點組成，可監測一個或多個物理或環境參數。通過無線傳輸技術，將傳感器各節點的信息傳輸到中央數據平臺進行數據的儲存與分析。WSN通過對空氣污染物的高時空分辨率監測，在監測環境空氣質量、監控污染熱點、評估個人暴露水平方面發揮出巨大的優勢。

3.1 傳感器技術在環境空氣質量監測中的應用

受污染源的局地排放和污染物的區域傳輸等影響，環境空氣污染物往往能夠在相對較小的時間、空間尺度上快速變化，針對復雜的污染情況，大量部署的低成本傳感器可實現高時空分辨率監測，對區域環境空氣質量進行有效監測。根據不同監測目的，傳感器可適用于不同應用場景，如固定監測和移動監測。

固定型傳感器可以高密度、高覆蓋率的布置到城市或者特定的區域，起到網格化布點的作用，基于網格化，能夠實現對環境空氣質量高時空分辨率監測。GAO等[7]應用一種由低成本顆粒物傳感器組成的檢測儀器Portable University of Washington Particle(PUWP)，作為補充監測網絡，對西安市內住宅、商業區、政府和學術領域等7個地點顆粒物的時空變化進行研究；SCHNEIDER等[41]基于地質統計學的“數據融合”方法，將低成本傳感器網絡的空氣質量觀測與城市空氣質量模型的空間信息相結合，繪制了城市空氣質量地圖，該方法應用于挪威奧斯陸的NO2評估中，能夠再現典型的NO2日常循環規律；2015年，RASYID等[42]應用3個氣體傳感器節點，開發了一個綜合污染監測(IPOM)系統對空氣污染物CO和CO2的濃度進行監測；2013年，PENG等[43]開發了室內總揮發性有機化合物(VOC)空氣污染監測系統。

移動型傳感器可以安裝在載體上(如汽車、自行車、無人機等)，能夠提供比固定型傳感器更靈活的空間數據，并能實現空氣質量和污染源的立體監測。2013年，SIVARAMAN等[44]開發了HazeWatch項目，該項目使用車載低成本移動傳感器節點來測量空氣污染物濃度(如CO、NO2和O3)；2013年，DEVARAKONDA等[45]在公共交通工具上安裝了夏普灰塵傳感器；2015年，SURIANO等[46]在汽車的AirBox包裝中使用了Shinyei傳感器；2015、2016年，HASENFRATZ等、APTE等[6，47]將傳感器安裝在谷歌街景車上來監測空氣中NO、NO2和黑碳(BC)的濃度情況，并繪制了覆蓋30 km的高分辨率空氣質量地圖；2017年，KOVAL等[48]使用無人機上的低成本傳感器監測室外氣態污染物(如甲烷)；2017年，山東大學將顆粒物傳感器安裝在出租車車頂燈上，開展了出租車移動平臺大氣顆粒物監測項目，為國內道路揚塵精準治理和考核提供了技術手段[49]。

除了學術研究外，一些使用低成本傳感器來收集空氣質量數據的平臺也相繼建立，如使用移動平臺監控城市空氣污染變化的OpenSense[50]和Citi-Sense-MOB[51]平臺；Everyaware[52]幫助公民收集和分享噪音和空氣污染數據；Village Green[53]，以社區為基礎，旨在提高公眾的空氣污染意識；Citi-Sense[54]使公眾能夠在歐洲8個城市中使用低成本的空氣質量平臺。

3.2 傳感器在監控污染源監測及污染控制效果評估中的應用

高密度、高覆蓋率的傳感器通過對區域空氣質量的精細化監測，并與污染源排放信息相結合，可實現對污染熱點的精準定位以及對已知污染源的實時監控和量化分析。同時，也可評估污染源控制措施的成效。

早期，SIERAKOWSKI等[55]將光散射法顆粒物傳感器應用于礦井粉塵的檢測，評估粉塵對人體健康影響以及警報粉塵的爆炸風險；2015年，HEIMANN等[56]根據本地和背景污染變化的不同規律，利用低成本傳感器網絡的高時空分辨率和快速響應的測量提取潛在的污染“基線”，實現污染源的追蹤與量化；2015—2017年，ZIKOVA等[57]應用顆粒物傳感器在多個地點對環境中PM進行同時和連續測量，以評估美國紐約州羅切斯特PM的時空變化以及交通和木材燃燒對室外PM濃度的影響；2016年，ZALDEI等[58]應用吸附于建筑物玻璃上的傳感器“Arduino”技術，檢測空氣中CO、CO2、NO2的濃度，應用“TrafficFlow”交通監測平臺實現對車輛的數量、大小、型號的統計，將空氣污染和交通數據相結合對意大利佛羅倫薩市的一個道路現場進行了一個月的分析；2016年，JOHNSON等[5]應用Shinyei顆粒物傳感器測量道路上的顆粒物濃度，并結合CO2傳感器和BC監測器計算道路排放因子； 2017年，XUE等[59]利用移動型傳感器檢測到的污染信息，應用“伴隨概率法”追蹤恒定排放的室外污染源，該方法能夠快速定位多個室外污染源。低排放區(LEZ)[60]是為減少汽車尾氣排放、改善空氣質量、緩解道路擁堵而設置的通行限制區，尤其在歐洲已得到廣泛應用。通過傳感器對空氣污染物的監測，可對低排放區政策的實施效果進行評估與研究。2013年，ELLISON等[61]研究了倫敦LEZ 5年內車輛對環境空氣質量的影響；2015年，FERREIRA等[62]評估了里斯本LEZ實施后，2011—2013年空氣質量的改善情況，尤其是PM10與NO2的減少情況。

3.3 傳感器在個人健康暴露研究中的應用

2013年世界衛生組織(WHO)國際癌癥研究機構(IARC)將室外空氣污染確定為一級致癌物質[63]。暴露于空氣污染造成的不利健康影響是全球性的挑戰并引起了廣泛關注[64]。空氣污染狀況的時空變化以及人類活動的不確定性，在很大程度上限制了傳統監測模式對個人暴露水平的評估[65]。而傳感器具有低成本、易攜帶等特點，在評估個人暴露水平方面具有巨大的優勢。

SEMPLE等[66]在2013年應用Dylos顆粒物傳感器成功地評估了室內二手煙(SHS)暴露水平。2014年，STEINLE等[67]將Dylos與GPS接收器相結合，跟蹤每個人在6種不同環境(家里、室外、私人住宅、交通、工作、公共建筑物)下的暴露情況，并對個人暴露水平進行短期評估。2015年，NIEUWENHUIJSEN等[68]將新型智能手機和傳感器技術相結合，研究空氣污染的個人暴露水平隨環境(學校、家庭、道路)的變化。2015年，香港馬拉松的賽道上布置了一個基于傳感器的監測網絡[69]，計算出綠色馬拉松空氣質量健康指數(AQHI)，并評估運動員的個人暴露水平。Citi-Sense[70]項目是一個參與式空氣質量傳感系統，它彌補了個人感知和區域測量之間的差距，將地理統計克里格技術應用到數據分析中，可以提供比當地監測站更為詳細的污染信息和空氣質量地圖，旨在讓用戶了解他們的污染暴露水平。

4 傳感器技術研究應用的問題與思路

作為一種新興的監測技術，近年來傳感器技術在大氣環境監測領域得到了較快的發展和應用。但同時傳感器數據的準確性也受到了質疑，為此相關單位開展了大量討論與研究。筆者結合以上綜述內容，總結了一些國家和相關單位在傳感器比對與校準方面取得的研究成果。同時針對傳感器技術的現存問題，總結了其在研發、管理、應用方面所面臨的挑戰。

4.1 傳感器技術研究現狀

近年來，隨著公眾對空氣污染的關注以及環境空氣治理需求的爆發，傳感器技術在環境空氣治理中得到了廣泛應用，也逐漸被公眾所接受。但傳感器數據的準確性也受到了質疑，相關單位開展了大量討論與研究。為此，一些國家開展了傳感器比對與校準研究，發布了傳感器的使用與評估指南。

2014年USEPA發布了《空氣傳感器指南》[71]，用于指導低成本空氣質量傳感器的使用，內容包括介紹商用空氣質量傳感器的成本及性能，提供人們針對不同污染物選取傳感器時所需要考慮的關鍵因素，同時確立了響應時間、響應偏差等性能指標。2013年，歐盟環境署建立了監控認證計劃(MCERTS)，發布了用于監測空氣污染的低成本氣體傳感器的評估和校準協議[72]，并提供了一個傳感器的測試流程用于指導傳感器的評估，該流程包括3個步驟，首先測試傳感器的基本性能(重復性、短期和長期漂移)，其次確定可影響傳感器性能的重要因子，最后通過實驗/模型進行驗證。2017年原環境保護部委托北京市環境保護監測中心及中國環境科學研究院等單位制定了4項網格化細顆粒物監測指南[73]，其內容包括：點位布設、技術要求和檢測方法、系統質保質控與運行、系統安裝與驗收，旨在用于指導中國固定型PM2.5傳感器在網格化監測中的應用。

傳感器的評估手段分為實驗室模擬和現場評估。實驗室模擬，人為地控制和改變條件排除復雜的氣象因素、地理位置影響。現場評估，將傳感器暴露在實際的大氣環境中，是了解真實大氣的最直接手段。2014年6月，美國南海岸空氣質量管理區(SCAQMD)建立了空氣質量傳感器性能評估中心(AQ-SPEC)[74]，以向公眾通報市場上的低成本空氣傳感器的實際性能。該評估中心在實驗室和現場條件下對空氣傳感器的性能進行全面的測試與評估。在現場測試中，以聯邦參考方法和聯邦等效方法(分別為FRM和FEM)為標準，與低成本傳感器并行操作。在實驗室測試中，通過改變“測試箱”中的溫度和相對濕度，應用傳感器對已知濃度的顆粒物或氣體進行測量。然后，在技術報告中總結每個傳感器的性能，并與其他相關信息發布在網站上(www.aqmd.gov/aq-spec)；2015年WANG等[75]根據USEPA建議方法對3個低成本顆粒傳感器進行實驗室評估和校準；2016年USEPA社區空氣傳感器網絡(CAIRSENSE)項目[76]，對傳感器進行了現場測試(SAFT)和WSN長期測試；歐盟環境署監控認證計劃(MCERTS)在2015、2017年進行了低成本傳感器的現場校準方法性能比對[77-78]； 2017年中國環境科學研究院在美國能源基金會項目中[79]，進行了大氣顆粒物便攜式監測設備的性能評估與應用途徑研究。

4.2 傳感器技術的研發挑戰

傳感器因其體積小、成本低、集成度高等優點而得到廣泛應用，但也正是因為其小型化和低成本，在測量精度上受到質疑。因此，應從研發方面梳理現存的問題，并尋找解決方案。

顆粒物傳感器的技術難題。光散射法顆粒物傳感器受外部環境條件影響較大，不同地點、季節的顆粒物成分不同、粒徑不同，導致顆粒物的密度不同，因此當針對粒徑和組分較為特殊的顆粒物(如沙塵、煙花、秸稈燃燒等)進行測量時，結果會有較大誤差；在濕度較大的條件下，顆粒物吸濕增長，對光的散射強度變大，將導致測量數據較環境真實濃度偏高。基于“靜低壓沖擊撞擊”和“逃逸充量”原理的顆粒物傳感器因受顆粒物帶電性能的影響，在濕度較大的條件下測量結果也會受到干擾。

氣體傳感器的技術難題。電化學法氣體傳感器受傳感器電化學特性(時間)和氣體交叉影響較大，隨著傳感器的長時間使用，電解液逐漸消耗，其傳輸電子的效率逐漸下降，同時，如果2種氣體的性質相似，相似氣體會通過過濾器和多孔膜在電極上發生氧化還原反應，引起交叉影響，影響目標氣體的測定。2015年，SPINELLE等[78]使用多種統計方法來最大限度地提高O3和NO2傳感器的數據質量，但對于NO2的監測效果仍然有限；半導體氣體傳感器對氣體的選擇性差，使得誤報的概率比其他方法大，這類傳感器如果長時間沒有遇到探測氣體，將會因氧化而進入休眠狀態從而對氣體不再產生反應，氣體交叉影響也會對半導體材料造成較大影響；QCM氣體傳感器，噪音等振動會影響傳感器對晶體材料振動頻率的檢測，同時干擾物吸附在晶體表面會造成測量的不準確；紅外吸收式氣體傳感器，響應時間太長、分辨率低，對低濃度氣體響應較差。

4.3 傳感器技術的管理挑戰

作為標準監測方法的補充，傳感器技術目前也擔負起空氣質量評價、排名考核等任務，正因為如此，需通過科學評估和驗證，明確其不確定性，逐漸規范傳感器在不同監測領域的應用。傳感器在應用于環境空氣治理之前，有必要對單個傳感器進行評估與校準，然而制造商通常進行抽樣或批量的測試，且測試指標也不具有規范性[76]。根據各個國家以及區域的污染水平不同，傳感器的評估標準應有所不同，目前只有USEPA和歐盟環境署頒布了傳感器的使用和評估指南。同時，不同的評估標準，導致評估的結果也有很大的差異。傳感器性能的評估通常包括：線性、準確性、精度、響應時間、檢測限度、檢測范圍、溫濕度影響、污染物干擾等。

傳感器的應用是多種多樣的，根據不同的應用條件下，被檢測污染物的不同，基于不同原理的傳感器，應該有不同的性能評估標準。如對于顆粒物傳感器應側重濕度影響、檢測范圍、顆粒物粒徑和組分對其影響的評估；對安裝在移動平臺上的移動傳感器應側重其響應時間的評估、震動等對傳感器性能的影響、機動車自身排放對傳感器的影響等；對VOCs、NH3等痕量氣體的檢測應側重于檢測限度、穩定性和精確度的評估；對NO2、O3、SO2等活性氣體應側重對污染物干擾的評估等。

4.4 傳感器技術的應用挑戰

近年來傳感器在環境空氣監測及污染控制中得到不斷應用并逐漸優化。但其在應用過程中還需克服多個問題。

1)傳感器技術應用場景的設計。使用傳感器監測大氣污染的目的是為了更好地溯源，但污染源排放種類、排放方式復雜多變，為傳感器技術應用場景設計帶來較大挑戰。

2)大數據的解讀與分析問題。傳感器的響應時間快，往往幾秒鐘就監測到一組數據，時間分辨率可達0.3s[22]。一個傳感器網絡包含多個傳感器節點，一些大型項目最多可達幾千個傳感器，因此一個傳感器網絡會監測到數量巨大的環境數據。如何對大數據進行深刻解讀、全面分析、深度挖掘是具有挑戰性的。

3)傳感器監測環境數據與其他領域數據的結合問題。環境監測的最終目的是精細化評估污染源對環境空氣質量的影響，傳感器技術的應用，通常需與其他領域數據相結合(排放源清單、工業生產、交通數據等)，才能準確找出污染來源及污染途徑。目前，傳感器技術在環境空氣治理中通常與氣象信息相結合，應用較為單一。然而，傳感器技術的應用前景遠不限于此，如何在工業、農業、醫學、交通能源等領域得到更加廣泛和靈活的應用需要不斷地探索。

5 總結與展望

低成本空氣傳感器作為傳統監測方式的補充，可以有效地測量顆粒物和氣體，提高了空氣污染監測的時空分辨率，在監測環境空氣質量、監控污染熱點、評估個人暴露水平方面得到了廣泛的應用。

中國對傳感器的應用與研究起步較晚，但擁有相對龐大的用戶群體，目前已具備較好的應用基礎，將來更有廣闊的前景。中國環境空氣治理的細化與深入，對監測技術提出了更加精細化的需求。傳感器技術是一種新興的監測手段，應充分認識其局限性，應用之前進行嚴格的評估與校準，并逐漸推進相關標準、規范和導則的制定。隨著其他相關學科的發展，傳感器技術也會不斷的進步，技術與應用的局限性將會被不斷突破，在環境空氣治理中也將發揮更大的作用。