大氣環境監測數字化測量技術應用研究

張麗輝

(遼寧省沈陽生態環境監測中心，遼寧 沈陽 110169)

1 引言

數字化測量作為大氣環境監測的有效手段，利用數字化儀器對大氣環境進行測量，具有良好的人機互動功能，尤其利于對一些復雜環境的測量[1～5]。如何在大氣環境監測中應用數字化測量是大氣環境監測關注的焦點。因此，探索大氣環境監測的數字化測量應用策略，具有十分重要的現實意義。鑒于此，筆者從大氣監測的基本概念及其現狀出發，對大氣環境監測的數字化測量進行了相關思考[1]。

2 大氣監測對象及大氣監測現狀

2.1 大氣監測對象

大氣監測主要是以空氣中有害物質為監測對象[4]。有害物質包括二氧化硫、顆粒狀物質以及氮氧化物，如氮氧化物主要是汽車尾氣的排放造成的。有害物質長期存在于空氣中都會加劇空氣污染。空氣污染物來源廣泛且復雜多樣，污染物包含的成分也較多，極易發生化學反應[5]。

因此，有必要對空氣中有害物質的監測，查找污染源和污染物質成分，研究空氣中有害物質的形成和發展規律，加強對大氣環境的治理[6]。

2.2 大氣監測現狀

由于我國大氣環境監測工作的起步較晚，大氣監測的手段和設備存在滯后性。常見的大氣監測方法有化學計量法、光學分析法和電學測量法等[6]，在研究大氣環境污染問題方面取得了一定成效。

但隨著大氣環境日趨復雜，污染物質較多、成分復雜、處理困難等[7]，傳統的大氣監測手段無法應對大氣監測的新狀況，傳統儀器開始轉向計算機化，大氣環境監測的數字化測量應運而生。數字化監測方法更為準確也更為高效，能夠全面地反映大氣環境的質量和變化趨勢，提高監測質量和效率[8]。

3 大氣環境監測數字化測量應用策略

3.1 虛擬儀器和技術的應用

大氣環境監測的數字化測量離不開虛擬儀器和技術的應用，將虛擬儀器與計算機技術相互結合，利用高性能的模塊化硬件測量大氣環境，得出的測量數據作為大氣環境監測依據，更加簡化便捷，準確性較高[9]。具體說來，虛擬儀器的面板是虛擬的，主要是將網絡通信技術和電子技術進行融合，測量功能主要是通過軟件來完成的，實現監測信息的共享[10]。其中，虛擬儀器中可變性、多層性、自創性的面板，可以更好地配置各項大氣數據資源，靈活地進行計算、分析、判斷大氣環境監測數據[11]，虛擬儀器與周邊設備實現互聯，以虛擬儀器技術為趨勢的自動測試系統，還有利于實現大氣環境的實時監測，更具有實際的應用價值。如激光雷達的應用，對探測大氣成分及其污染物非常有效，激光雷達能探測氣溶肢、云粒子的具體分布[12]，同時能進行大氣成分、污染環境氣體的探測等，獲得高精度的數據，提高大氣數據質量。

3.2 數據服務器的應用

數字化服務器功能作為數字化測量的應用前端，其應用恰好實現了人機互動[13]。數據服務器功能是一個綜合的系統支持，對大氣環境監測的數據采樣、存儲和分析，采樣服務器對大氣環境監測數據進行記錄，需要注意的是，采樣工作看似簡單，其實不然，雖然是大氣環境監測最基礎的工作，但也是最關鍵的部分，采樣數據的準確與否直接影響到大氣環境監測的結果[14]。采樣點的選擇和采樣的時間至關重要。首先，采樣點必須具有代表性，也就是說采樣的地點應代表該地區的一般污染水平，反映該地區的大氣環境污染情況。其次，采樣時間要及時做好標識和注明，確保采樣數據真實、有用[15]。在聯網之后提供數據支持，最后存儲到數據庫當中以便利用，這里就涉及到大氣環境監測數據的存儲問題，存儲功能能把以往檢測的數據存檔，大氣環境監測的各項數據更加直觀明了，為分析大氣環境監測數據奠定基礎[16]。不僅如此，在數據服務器的應用之中，也可以進行人工操作，必要時根據大氣監測工作的需要，人工錄入修改參數設置，對數據的處理也更加方便，人機互動相互協調合作，減少了數據處理的工作量，使得大氣環境治理辦法和控制手段更加優化[17]。如在對大氣污染進行調查的過程中，通過將氣體傳感器搭載到無人機上，可以對大量實時監測到的數據進行采集。

3.3 客戶端模塊的應用

客戶端模塊的應用主要是針對大氣環境監測客戶設計的應用模塊，把客戶需要的數據信息呈現出來，需要通過客戶端模塊得以實現[18]。客戶端模塊的應用主要根據客戶的需求進行設計，數字化處理大氣監測數據之后供客戶使用，客戶端模塊應用的最大特點是滿足客戶的個性化需求[19]。客戶端模塊是大氣環境監測的重要組成部分，該模塊的構成(圖1)[18]，其中數據傳輸、用戶控制和數據處理三大模塊是客戶端模塊的重要組成部分，數據傳輸又可以分為提出請求和接收數據兩個子系統；數據處理則可以分為數據分析、顯示結構和給出提示等子系統，通過各模塊之間的協調與合作，以數值或圖形的形式呈現給客戶，實現對大氣環境的合理監測，客戶所獲得的信息也更有效。

圖1 客戶端模塊結構

由圖1可知，大氣環境監測的數字化測量中，數據傳輸、用戶控制和數據處理從屬于客戶端模塊，客戶首先要根據需求來向系統提出數據請求，然后經過數據處理，依次開展數據分析、顯示結果、給出提示，傳輸到數據分析中心，使得客戶能夠接收數據，從而實現大氣環境監測的數據化測量[20]。由此可見，數字化客戶功能能滿足快速響應的需要，第一時間將大氣環境監測結果反饋給客戶。如氣象部門往往采用數字監控體系的各種傳感裝置，收集大氣污染物中二氧化硫和二氧化氮的數據信息，通過深入解析可知,其污染源來自各種重工業企業，廢物排放和汽車尾氣排放[21]。

4 討論與展望

隨著大氣環境污染問題的日益突出，測量技術也更加現代化和自動化。大氣環境處于變化之中，具有動態的變化性，要做好對大氣環境監測的數字化測量并非易事，應從大氣環境監測的系統工程上看，統籌協調好虛擬儀器和技術的應用、數據服務器的應用、客戶端模塊的應用等，用數字化測量助力大氣環境監測，確保監測數據的準確性和可靠性，這樣用科學手段保護大氣環境，提高監測質量，更好地服務大氣環境監測服務，促進大氣環境監測工作又好又快地發展。可以預見的是，在網絡、大數據、物聯網和人工智能等技術的支持下，大氣環境監測數字化測量工作將朝著智能化的方向發展，智能化大氣環境監測將成為主流發展方向。