大氣污染防治網格化系統應用研究

季寅星

（江蘇省南通市生態環境監控中心，江蘇 南通 226001）

0 引言

隨著我國經濟社會的快速發展和人們環境保護意識的不斷增強，社會各界人士對大氣污染防治要求關注度與重視度進一步提高。另一方面，隨著我國工業技術的快速優化更新和城鎮化進程的不斷加快，大氣環境污染問題在一定程度上更加嚴峻，并且污染范圍和污染程度逐步擴大，而大氣環境質量與人類健康以及可持續未來生活發展等息息相關，因此，必須加強對大氣污染防治的重視。在此背景下，該文對大氣污染防治中的網格化系統應用進行了深入研究，也就具備一定的理論意義和現實價值。

1 大氣污染防治網格化的目的

采用大氣污染網格化系統對周圍大氣環境進行監控與管理，能為大氣污染網格化系統覆蓋范圍內的相關單位提供大氣環境實時監測數據和監測資料，也能為相關單位提供大氣環境質量超標的報警信息或示警信號。在此過程中，大氣環境網格化監控系統主要通過對覆蓋范圍內的大氣環境進行網格化監管。確保網格化系統監管得到的數據信息、地理位置信息以及氣象數據信息等精確科學，再利用該部分信息對整個覆蓋范圍內的大氣環境進行全面系統的分析，對轄區內的大氣環境污染情況進行定期診斷和或不定期監控，在結合各專業數據信息分析軟件的基礎上，利用相應的數學模型，對大氣污染網格化系統轄區范圍內的實際污染情況進行評估，再深度剖析造成該范圍內污染狀況的主要污染源，為相關單位提供更加準確的大氣環境監控信息，最后針對性地提出消除大氣環境污染源的科學合理的管理措施。在此基礎上，相關單位還可以進一步開展大氣污染防治網格化系統應用后評估工作。

另一方面，大氣污染防治網格化系統的應用，還能對城市的主要污染物排放情況進行實時監督與管理，并且該管理系統還能夠重點管理城市中的部分重工業較為集聚的特色區域，即通過對特色重點區域的把控而加強對整個城市大氣環境污染的管控力度。在此基礎上，通過對所有大氣環境進行監管和對重點區域的監管，準確找到城市區域內所存在的主要污染源，科學合理地評估城市大氣污染，確保定向治理和定向減排等諸多工作開展成效，為當地政府部門開展大氣環境污染防治工作提供強有力的數據支撐，更為改善城區大氣環境質量和提升空氣質量、保證城區人民身體健康等做出應有的貢獻。

2 國內外大氣污染防治網格化技術現狀

2.1 國外現狀

從國際范圍看，大氣污染防治網格化監測技術主要采用網格化傳感器技術，是對其空氣質量數據信息監測工作中的對比測試和小范圍使用的基礎工作，而實踐應用于空氣污染監測的傳感器仍舊處于技術開發早期，并未出臺關于空氣監測傳感器應用于網格化監測系統的相關標準與技術規程。美國和歐盟從2013年開始關注網格化傳感器技術在大氣污染防治網格化系統中的應用與監測管理，但是現階段絕大部分微型傳感器應用于空氣質量監測和管理研究仍舊多為民間組織和學校實驗，并未開啟大范圍區域內的空氣質量狀況研究。同時，國外關于大氣自動監測設備的主流制造商現階段仍舊處于小型空氣傳感器設備試驗階段，并未實現市場化和工業化生產。

2.2 國內現狀

為了進一步重視城市大氣環境監管效能，我國生態環境部早在2018年即啟動千里眼計劃，利用衛星遙感技術等高科技技術加強對城市大氣環境的監管，并進一步提出利用互聯網技術、大數據平臺和微型監測站等諸多方式，探索構建熱點網格、地面監測和移動式監測設備相結合的工作模式，精確監測城區范圍內大氣環境中的污染物濃度變化和遷移狀態，不斷提高城區大氣污染監管水平。目前，各類型大氣污染防治網格化監測技術已經應用于我國重點區域大氣環境精細化管理，成為有效推動我國城區大氣環境監測智能化、科技化和高效化的重要推手，更為應對我國城區散亂污等各類污染源的治理奠定了堅實的基礎。另一方面，由于大氣污染防治網格化監測設備成本較低、運行維護量較低以及安裝便捷等諸多優勢，北京、深圳甚至河北、廣東等諸多省份率先開啟了大氣污染防治網格化系統應用工作，部分地區甚至出臺了大氣污染防治網格化系統監測地方標準，為大氣污染物防治與監管做出了一定的貢獻。

3 網格化監控系統主要功能

3.1 技術組成與原理

大氣污染防治網格化監控系統主要包括監測單元、質控單元和數據處理分析單元等3個部分，其架構示意圖如圖1所示[1]。監測單元主要包括多臺微型空氣監測站，該類設備可以具體分為微型六參數監測站、微型顆粒物監測站以及其他監測站，主要是對大氣環境中的各類數據信息進行實時監控與管理，確保將大氣環境中的相關參數信息傳遞到數據處理分析單元。質控單元則主要包括大氣環境模擬艙和質控設備等，質控設備可以進一步根據具體質量控制需求選擇相應的設備類別，而監測單元在出廠前，為了確保其大氣環境數據信息測量的準確性，應該在大氣環境模擬艙內經過一定的質量設備控制校準，監測單元安裝后也應該定時進行質量控制設備校準，確保大氣環境數據信息監測的準確度與科學性。最后是數據處理分析單元，該部分主要包括數據接收模塊、數據存儲模塊、運算模塊甚至數據分析與管理模塊等，主要負責將監測單元所測得的大氣環境相關數據信息進行深度分析處理，對整個大氣環境污染情況進行定性判斷。

就大氣污染防治網格化監控系統的技術原理來說，不同類別的污染物可以形成截然不同的監測技術，為了提高數據信息監測的準確度與科學性，也應該采取不同的技術原理，保證網格化數據系統信息具備的指導價值。例如，在PM污染物的檢測分析過程中，可以借助光散射法作為基本的監測原理和監測條件，而在對射線吸收法進行處理時，需要定位不同數據狀態下的污染物條件。總體來說，大氣污染防治網格化監控系統中監測單元和質量控制單元對大氣環境中的各污染物進行系統分析，其原理見表1。

表1 分析原理統計表

3.2 技術要求

大氣污染防治網格化監控技術是對傳統模式下大氣環境監測技術的有效補充和升級改造，在網格化監測技術實踐應用過程中，大氣污染防治網格化監測系統應該滿足以下技術要求：首先是監測參數的全面性。針對大氣污染防治網格化監測系統來說，應該嚴格按照國家關于《環境空氣質量標準》中空氣污染物的一般項目檢測要求，完成對大氣環境中的顆粒物、硫化物、一氧化碳、二氧化碳等諸多物質的周密監測[2]。

其次是數據信息的準確性，大氣污染防治網格化監測技術的應用，必須實現覆蓋范圍內的全過程實時監測，包括對居民、商業區、城市道路、建設用地以及工業聚集排放園區等環境監測對象的監測把關，確保不同監測對象之間具有環境的差異性，保證大氣網格監測技術能夠應用于不同場景，并確保監測數據信息具備可靠性和準確性。再次是分辨率要求。在大氣污染防治網格化監測系統應用中，由于大氣污染物呈現動態變化和遷移狀態，較高分辨率才能捕捉大氣環境中更多的空氣質量信息，而在實踐應用過程中，大氣污染監測網格化系統應用技術分辨時間應小于15 min，較常規空氣質量自動監測提升了4倍。

最后是數據信息傳遞的穩定性，在大氣污染防治網格化系統應用過程中必須實時傳遞所監測到的數據信息，確保監測數據信息能實時匯集到數據處理中心進行深度剖析，保證大氣污染分析最終結果的可靠性。

3.3 功能實現

大氣污染防治網格化系統應用能夠實現以下7個功能。1）能實現數據信息的實時監測傳遞和超標數據信息的報警。大氣污染防治網格化系統應用，能借助網格化點位數據信息得出整個覆蓋范圍內的大氣污染物濃度值以及相關氣象數據信息，而數據信息更新周期往往為每分鐘一次，對大氣環境中的污染源排放監測跟蹤監管，甚至可以根據當地環保局要求設置超過一定規范數值后的報警預警信息，方便當地環保局部門對其進行快速響應與管理，進行污染源的排查并實施對應管控措施。2）對區域空氣質量的評價。大氣污染防治網格化系統的應用，能通過對某段時間所覆蓋范圍內的空氣質量綜合指數、重污染天數以及優良天數比例等進行判斷，得出該轄區內的空氣質量總體評價結果，為區域空氣質量查詢提供支撐。3）大氣污染防治網格化系統能借助微型站設備，對其監控數據、監控信息甚至大氣擴散與遷移狀態、數據分析模型等，以熱力圖形式展示轄區范圍內的不同污染物參數信息分布情況和偏移情況，最終對污染源分布情況進行評估。4）能對敏感區域以及周邊污染物分布區域和潛在排放源進行篩選。在大氣污染防治網格化系統應用過程中，能根據各方位總體平均值的計算，繪制得到大氣污染物玫瑰圖，分析大氣污染物的實際來源，在分析邊界點輸入輸出情況的基礎上，通過掌握污染源的監控點位變化數據，探究可能存在的污染源類型及其排放時間特征等，對污染源進行定性分析。5）污染源排放規律和污染特征分析，能根據大氣污染網格化監測系統中的監測數據信息，分析不同類別的污染源對道路、工地甚至是重工業區的排放污染，對其參數類型進行計算，確保不同生產或生活功能區的排放時間規律。6）對污染時間進行追本溯源。針對突發性的污染事件或特殊污染現象，能通過對其數據信息的監測和氣象數據的把控，確定污染源的類別和所在區域，并對其進行針對性管控。7）對轄區內的空氣質量進行實時研判和管控措施建議，能根據具體分析結果，針對主要污染源地區和污染源類別提出相對應的管控措施。最后是減排效果評估，能對覆蓋范圍內的污染源管控效果進行后評估，通過分析大氣污染擴散模型等模擬污染物管控措施實施前后周邊污染貢獻的變化情況，為相關部門污染物管控措施提供參考。

圖1 監控系統架構示意圖

4 實際應用案例分析

該文以某市大氣污染防治網格系統應用為研究對象，由于該市大氣污染情況日益嚴重，該市實施了大氣污染防治網格化系統應用，圖2即為市區監測系統。以國家控制點為中心，結合了六參數微型站和射線揚塵站等諸多監測設備，建立了大氣污染網格化監測體系，實現對該轄區范圍內的敏感點位的實時監測和科學管控。通過對該市大氣污染防治網格化系統精確監測所得數據信息的探究可知，由于該市地理位置特殊，偏東風為主導風，并且其城區三面環山，小風、靜風頻率出現較高，一旦遇到不利氣象條件，該地區污染物很容易大量累積。

同時，外來污染物的輸入，一定程度上加重了該市大氣環境污染。鑒于該地區污染條件和地理位置狀況，迫切需要調整布局，統籌協作。因此，該市的政府部門購買了大氣污染防治網格化監測體系，提高了大氣環境系統監管的智能化水平與自動化管理水平，利用高密度設置的微型監測站等實時把控大氣環境中質量細微變化，并且第一時間將相關數據信息傳送到平臺層，進行數據的剖析和自動修正，使相關執法部門開展工作能具有針對性和系統性。

另一方面，該市根據高科技打造的大氣污染防治網格化系統，及時發現污染源并積極上報，利用展示平臺遠程控制幾百米之外的排污企業，加強政府部門決策力度，提高污染嚴重時期政府部門對排污企業的實時監控力度，減少對大氣環境質量的不良影響。

5 結論

隨著我國城鎮化進程的不斷加快和工業進程的不斷變革，城市環境問題在一定程度上不斷凸顯，城市人居環境建設和管理難度逐步提高。面對交通堵塞、大氣環境污染等多種城市病，改善城市人居環境質量已然成為城市可持續發展領域的重要內容，利用自動化、智能化和網絡化的大氣污染防治網格化系統，能為快速解決城市大氣環境污染問題提供一定數據支撐和決策依據，能構建網格化城市管理模式，有效整合城市大氣環境管理資源，不斷提高大氣環境管理效能，形成以大氣污染防止網格化體系為基礎、GIS系統為平臺、城市環境問題為對象的反應快速的城市環境管理模式，為有效解決城市環境問題提供支撐。

圖2 某市區監測系統