基于車聯(lián)網(wǎng)的大氣自動監(jiān)測網(wǎng)絡對環(huán)境治理的促進作用

陳 燁

(蘇州市吳江環(huán)境監(jiān)測站,江蘇 蘇州 215200)

1 引言

隨著現(xiàn)代社會的進步，工業(yè)水平和體系的不斷完善，中國制造走出了國門。在社會發(fā)展的同時，環(huán)境污染導致的社會問題以凸顯出來，已然成為了社會討論的焦點話題。汽車尾氣、工業(yè)排放、PM2.5、重金屬污染、化工原料的泄露和爆炸等一些列的問題，使得空氣環(huán)境污染越來越嚴峻。在環(huán)境污染日益嚴峻的情況下，大氣污染問題已經(jīng)嚴重危害大眾的身體健康，同時對于大氣污染的問題國家也出臺了相關的文件，各地都在積極探討解決和治理環(huán)境污染的途徑和措施。

單丞斌從自動化判別思路對自動監(jiān)測網(wǎng)絡數(shù)據(jù)有效性進行了研究[1]；王國華通過對人工確認和計算機程序識別進行比對證明了自動監(jiān)測網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的真實性[2]；江明，黃建彰等通過研究物聯(lián)網(wǎng)控制技術設計了B/S架構的自動監(jiān)測平臺進行應用[3]；楊文武通過對鄉(xiāng)鎮(zhèn)空氣自動監(jiān)測站的實際應用證明了自動監(jiān)測網(wǎng)絡能達到污染源精確定位的作用[4]；胡麗莎通過研究車載監(jiān)測站實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的移動采集和分析[5]；趙求實通過對自動監(jiān)測系統(tǒng)管理中存在的問題提出了數(shù)據(jù)信息化網(wǎng)絡管理[6]；嚴威，張明提出當前環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)已成為環(huán)境判斷的重要依據(jù)[7]；滕曼，莊鵬等提出了激光雷達的技術符合大氣環(huán)境監(jiān)測的研究領域[8]；席勝偉闡述了大氣污染對于身體的危害[9]；丁劍平提出了當前階段大氣污染的嚴峻情況[10]；許德旺在文章中分析了大氣污染的主要起因和危害[11]；關雪，李彥妍提出大氣污染治理當前是環(huán)境工程中的主要課題[12]；孟凡亮在文中分析中國當前的環(huán)境狀況是“先污染后治理”的路徑[13]；徐方從工業(yè)和生活方面對大氣污染源的鑒別進行了研究[14]；周悅先，李紅根據(jù)統(tǒng)計資料對大氣污染造成的經(jīng)濟損失進行了研究[15，16]；李耀遠，吳凡，孫云飛通過對大氣污染的危害性研究提出了防治的對策[17～19]；趙蕾研究了基于車聯(lián)網(wǎng)的大氣監(jiān)測系統(tǒng)的設計思路和可行性[20]。

所以，針對日益嚴峻的大氣污染問題，建立針對大氣自動監(jiān)測的網(wǎng)絡可以從根本上查清污染源、了解清楚污染成分，根據(jù)當前環(huán)境的管理現(xiàn)狀和社會發(fā)展的需求，可以更好地改善環(huán)境質量。

2 我國的大氣污染現(xiàn)狀

氣態(tài)污染物和固態(tài)污染物共同造成了大氣污染，空氣中的污染物質達到一定的濃度，就會通過呼吸作用和皮膚被吸入人體，從而直接影響人體健康，同時還可以通過污染食物、水體和大氣而影響城市環(huán)境質量。大氣主要污染包括SO2、NOx(NO、NO2)、CO、O3、H2S、NH3、VOC、重金屬等。即便在能見度較高的天氣中，人體也可能正在吸入數(shù)百萬的顆粒物，這些顆粒物被稱作“氣溶膠”，大小從幾納米到幾微米不等，分布在地球大氣的各處，從沙漠上空到海洋上空，從地表到平流層。它們成分不同，大小不同，來源也不相同，包括灰層、粉塵、煤煙、煙霧等，大多數(shù)具有危害性。它們能夠在大氣中停留很長時間，也很容易穿越人體的防線，隨著呼吸輕松進入人的氣管或肺中，影響人身體健康。比如，電廠、制造業(yè)用的各種化石燃料，它們?nèi)紵龝r產(chǎn)生的二氧化硫會生成硫酸鹽氣溶膠，開荒燒地產(chǎn)生的煙霧含有大量的有機碳和炭黑，在室內(nèi)，抽煙、烹飪、燒烤、燃燒蠟燭燈也是氣溶膠的來源。近些年來，我國對大氣環(huán)境治理不斷加大力度，希望可以改善大氣環(huán)境污染問題，但是在整個環(huán)境治理方面依然存在嚴峻的考驗。

3 基于車聯(lián)網(wǎng)的大氣自動監(jiān)測網(wǎng)絡的應用

大氣自動監(jiān)測是監(jiān)測空氣質量的系統(tǒng)，它可以監(jiān)測了解空氣中的各種污染物成分，例如SO2、NOx(NO、NO2)、CO、重金屬的成分含量。傳統(tǒng)的大氣監(jiān)測系統(tǒng)首先需要建立監(jiān)測網(wǎng)絡，然后分成很多個監(jiān)測站和一個監(jiān)測總站，每個監(jiān)測站和監(jiān)測總站之間進行連接，由監(jiān)測總站進行控制和指揮。每個監(jiān)測點都會實時對空氣質量進行數(shù)據(jù)的采集，并監(jiān)測和分析氣體中的成分和濃度，同時進行校準，再把分析處理后的結果通過互聯(lián)網(wǎng)向監(jiān)測總站輸送并進行存儲，再由計算機對數(shù)據(jù)進行處理并生成數(shù)據(jù)報表，展示空氣質量和其他有害氣體的種類和濃度，一旦發(fā)現(xiàn)某種污染物的濃度超標，系統(tǒng)馬上會自動發(fā)出警報。

傳統(tǒng)的大氣監(jiān)測站維護成本高，固定化的監(jiān)測站無法滿足全地區(qū)覆蓋要求，基于車聯(lián)網(wǎng)的大氣自動監(jiān)測網(wǎng)絡，可通過部署在公交車、出租車和專用監(jiān)測車上的車載終端，省去高昂的自動監(jiān)測站點的建設費用，通過部署在汽車上的傳感器連接2G/3G/4G網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)交互傳輸，同樣實現(xiàn)車載設備和自動監(jiān)測平臺之間的連接(圖1)，通過大氣自動監(jiān)測網(wǎng)絡的空氣質量監(jiān)測，可以為環(huán)境保護部門和政府提供數(shù)據(jù)和決策支撐，為民眾提供權威的空氣質量預報。

圖1 基于車聯(lián)網(wǎng)的大氣自動監(jiān)測網(wǎng)絡架構

4 基于車聯(lián)網(wǎng)的大氣自動監(jiān)測網(wǎng)絡對環(huán)境的促進作用

4.1 推動環(huán)境監(jiān)測工作的轉型

通過物聯(lián)網(wǎng)和大氣自動監(jiān)測工作相結合，借助于物聯(lián)網(wǎng)車載檢測終端的便捷性、移動性，彌補了傳統(tǒng)大氣自動監(jiān)測站場地固化的缺點，解決了現(xiàn)有大氣環(huán)境監(jiān)測治理工作模式單一的問題。通過大數(shù)據(jù)和算法對基于車聯(lián)網(wǎng)大氣自動監(jiān)測網(wǎng)絡采集數(shù)據(jù)進行優(yōu)化校準，有著傳統(tǒng)自動監(jiān)測站無法比擬的成本低等優(yōu)點，為大氣自動監(jiān)測平臺提供了更多的采集入口，更多的數(shù)據(jù)來源，促進了環(huán)境治理工作的決策優(yōu)化。

4.2 減少各行業(yè)污染物排放

結合各個城市目前的整體情況來看，大氣的污染物主要來自于化工污染、汽車排放、城市建設等。由于城市管理松散、居民對環(huán)境污染的不重視、各大工業(yè)企業(yè)的肆意排放，加上監(jiān)測技術和設備的落后，致使我國環(huán)境污染問題比預想中更加嚴峻。目前大氣污染成分中的硫化物、顆粒物、重金屬等對環(huán)境已經(jīng)造成了嚴重的污染，并對人體健康造成嚴重的危害，大氣顆粒物中的重金屬污染物具有不可降解性，通過呼吸進入人體后，造成各種人體機能障礙，甚至引發(fā)各種疾病。部分工廠在生產(chǎn)經(jīng)營中為了獲取更多的效益，完全不顧國家廢氣排放標準，肆意生產(chǎn)和排放，導致廢水、廢氣嚴重超標，這種情況只能通過大氣自動監(jiān)測平臺進行監(jiān)測管理。在各大工業(yè)區(qū)、化工廠、建筑地等區(qū)域安裝流動和固定自動監(jiān)測系統(tǒng)，對工業(yè)區(qū)、化工廠、建筑地的空氣質量進行監(jiān)測和管理，嚴格管控使其按照排放標準進行排放，一旦排放超標，自動監(jiān)測系統(tǒng)將發(fā)出警報，當?shù)毓芾砣藛T便可以對其進行管控，對企業(yè)違規(guī)情況進行處理，最終達到改善環(huán)境污染問題的作用。

4.3 為環(huán)境治理工作提供來源依據(jù)

國內(nèi)的空氣污染情況非常嚴峻，主要以PM2.5為代表的顆粒漂浮物，O3為主要的污染源。PM2.5等顆粒漂浮物主要的生成原因有一次產(chǎn)生和間接轉化，針對一次產(chǎn)生的情況，通過強有力的管控顆粒物發(fā)生源可以有效地降低顆粒物濃度。但是間接轉化的成因比較復雜，在特定的光照和氣候條件下，氣態(tài)存在的污染物將進行固化轉換，產(chǎn)生以顆粒存在的污染物。O3的污染主要是以N2O、NO、NO2、N2O3等氮氧化物和VOCs，在光照和特定的氣溫影響下，經(jīng)過復雜的轉化，產(chǎn)生O3污染物，O3的污染主要發(fā)生在夏、秋高溫天氣。針對O3和PM2.5的污染的治理，則需要建立監(jiān)測網(wǎng)絡，利用車聯(lián)網(wǎng)技術的移動性和廣泛性，對監(jiān)測數(shù)據(jù)高效的信息傳輸，對O3和PM2.5的產(chǎn)生機制和產(chǎn)生原因進行監(jiān)測分析，對污染源的治理提供依據(jù)，從源頭上降低O3和PM2.5的生成。大氣污染治理工作，監(jiān)測和治理需要兩手抓，要想科學的治理，就需要從源頭上進行監(jiān)測，為治理提供數(shù)據(jù)支撐，同時，也需要針對監(jiān)測分析結果制定相應的治理和防范方案，并對治理和防范方案不斷進行優(yōu)化，兩者結合、科學治理，才能事半功倍。

5 展望

隨著互聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)以及傳感技術的不斷進步和發(fā)展，大氣自動監(jiān)測將會更加智能高效，結合AI技術進行卷積化自我學習分析大氣特征，并不斷進化，可在無人工干預的情況下完成自動采集、上傳、整理、分析、學習、報告、預警、并且將會成為全國各地大氣污染治理問題的重要手段。大力建設各地的大氣自動監(jiān)測平臺，完善基于車聯(lián)網(wǎng)的大氣自動監(jiān)測網(wǎng)絡，可以有效地監(jiān)測各個城市的空氣狀況，最終實現(xiàn)環(huán)境空氣質量的持續(xù)改善。

6 結論

在當前形勢下，環(huán)境污染問題日益嚴峻，造成了PM2.5超標、霧霾等現(xiàn)象的頻發(fā)，嚴重危害到國民的身體健康和生活質量。大氣污染問題已然成為當下社會急需解決的問題，環(huán)境治理工作需要查清污染源、了解清楚污染情況、并且對環(huán)境中的潛在風險進行預測。所以在大氣環(huán)境治理工作中，大氣自動監(jiān)測系統(tǒng)充當著重要的角色。