空氣質量監測網絡優化布點的方法研究

冉毅軍

摘 要：空氣質量監測方法多種多樣，傳統監測方法效果較差，耗費大量的人力、物力和財力。加強空氣質量監測，有助于提高空氣質量、保護大氣環境。因此，人們應當不斷地對監測技術進行創新，探索空氣質量監測網絡優化布點的方法，提升空氣質量監測效率。本文首先闡述了空氣質量監測網絡優化布點的意義，然后探討了空氣質量監測網絡優化布點的方法，以促進空氣質量監測網絡優化布點。

關鍵詞：空氣質量;監測網絡;優化;布點

中圖分類號：X831 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）06-0136-03

Research on the Method of Optimizing the Distribution

of Air Quality Monitoring Network

RAN Yijun

（Dingxi Ecological Environment Monitoring Center of Gansu Province， Dingxi Gansu 743000）

Abstract： There are various air quality monitoring methods， and traditional monitoring methods are less effective and consume a lot of manpower， material and financial resources. Strengthening air quality monitoring will help improve air quality and protect the atmospheric environment. Therefore， people should continue to innovate in monitoring technology， explore ways to optimize the distribution of air quality monitoring networks， and improve the efficiency of air quality monitoring. This paper first explained the significance of optimizing the distribution of air quality monitoring network， and then discussed the method of optimizing the distribution of air quality monitoring network to promote the optimization of the distribution of air quality monitoring network.

Keywords： air quality;monitoring network;optimization;distribution

近些年來，我國居民生活水平不斷提升，城市化進程不斷加快，各行各業快速發展，不同地區的空氣污染物組合形式發生巨大的變化，區域空氣質量監測結果表現出極大的不同[1-2]。部分地區城市化發展水平較高，污染源較為集中，其空氣污染具有復合性，原有空氣質量監測網絡已經不能滿足如今大氣復合污染的需求，因此人們要順應時代發展趨勢，對空氣質量監測網絡進行創新，提升空氣質量管理水平。

1 空氣質量監測網絡優化布點的意義

隨著社會經濟的快速發展，我國工業體系不斷完善，工業企業的總體生產規模逐年擴大，其排放出更多有害氣體。當前，我國城市人口不斷增加，空氣污染比較嚴重。為了對環境進行準確、高效的監測，更好地進行環境管理，改善居民生活環境，人們需要通過監測布點來采集空氣樣本，以便對地區綜合空氣質量進行分析，提出改善空氣質量的方案。我國國土面積較大，所以需要進行多點布置，加大布點密度，使監測數據具有真實性。但是，布點過多會導致人力、物力和財力的過分消耗，不利于空氣質量管理的可持續發展，因此相關技術人員應當結合當地的具體地理位置，促進空氣監測網絡優化布點，合理利用社會資源，對地區空氣質量進行監測，對環境進行綜合管理[3-5]。

2 空氣質量監測網絡優化布點的方法

目前，美國、歐洲和日本等發達地區已經建立以光化學污染和氣溶膠污染為主要監測對象的空氣質量監測網絡，這些網絡站點的布置都是根據一系列優化方法來進行確定的，如相關分析和聚類分析等統計分析方法、多目標優化等數學方法。近些年來，我國空氣質量監測項目還是以常規的大氣污染物為主，人們對固定區域的空氣質量監測網絡布點優化的方法研究較少，長期以來沒有形成規范的區域空氣質量監測網絡優化布點的方法。人們要明確地區空氣監測網絡的特點和大氣污染的主要特點，制定地區空氣質量監測網絡布點優化的思路和框架，分析常規和區域特征污染物等的優化布點和特征，確保區域空氣質量監測網絡布點優化的可行性。《環境空氣質量標準》（GB 3095—2012）中的污染物基本項目濃度限值如表1所示。

2.1 優化布點的思路與技術路線

空氣質量監測網絡優化布點的思路是根據空氣質量模型來對各種污染物的數據進行模擬，利用約旦公式來對各種污染物的綜合評價濃度進行計算，同時將研究區域內所有網格點位污染物濃度的各級百分比貼近程度最大化作為優化目標。在進行地域劃分時，以成本、地形、人口分布和空間覆蓋率等為條件，建立空氣質量監測網絡優化布點的模型，并且優化求解，對區域空氣質量監測網絡的各個點位進行合理布局。

空氣質量監測網絡優化布點的技術路線如下：通過網格確定、氣象數據庫和地形數據庫等來建立空氣質量模型;以網格的濃度數據為基礎，確定目的并選擇目標污染物，然后基于網格，收集綜合評價濃度數據，得到最大貼近度目標。最大貼近度目標受到成本約束、地形約束、行政區約束、人口約束和空間覆蓋率約束的影響，人們通過各方面的約束來獲得優化結果，最終對其進行點位評價與調整[6-7]。

2.2 優化模型

在對網格進行確定時，城區網格尺寸為1 000 m×1 000 m，郊區網格尺寸為2 000 m×2 000 m。為了使空氣質量監測網絡覆蓋的區域更加廣泛，網格尺寸一般選用3 000 m×3 000 m或4 000 m×4 000 m。

在對空氣質量進行模擬時，一般根據監測區域空氣質量狀況來對網絡點位進行優化。在對區域空氣質量進行分析時，一般采用歷史數據法、網絡實測法和模擬預測法等。近年來，一些地區在進行監測點位優化時采用的是模型計算法，其可以使空間和時間的準確度更高，較為經濟實用。常見的空氣質量模型有ISC3、ADMS等，在選擇空氣質量模型時，人們要綜合考量模擬的時間和空間范圍、污染物和污染源、氣象數據的可獲得程度、計算成本和模擬區域的下墊面特征等因素。城市環境空氣質量評價的點位設置數量標準如表2所示。

區域空氣質量模擬必須確定大氣的復合污染特征、污染物的變化程度和時間空間分布特征，很好地反映區域性的空氣污染全過程，通過對多個尺度、多個污染物的空氣質量進行模擬，對其進行模擬計算。

區域空氣質量監測網絡的設計必須結合污染物的綜合特征，不應該單純考慮單一污染物的特征，應當全面反映每個網格中多種污染物的綜合特征。約旦公式忽略各個污染物之間的相互影響，以空氣質量模擬輸出的各種污染物濃度數據為基礎，對多種污染物綜合評價濃度進行計算。

在對多種污染物綜合評價濃度進行計算時，要確立目標函數，確定約束條件。在確定目標函數時，要建立優化網格點位和所有備選網格點位的污染物濃度各級百分位貼近程度最大化目標。在設置區域空氣質量監測網絡時，要對監測站點的建設成本以及研究區域的地形、行政區域、人口布局、監測站點空間覆蓋效率等因素進行綜合考慮，確保監測站點的建設成本最低。因為布點費用與投資費用成正比，所以要將監測站點的總費用數目作為成本約束的臨界點。同時，監測站點的建立受到地形條件的約束，由于環境規劃和電力條件，部分地區不適合設立監測站點，人們應當根據土地利用類型來剔除地形約束條件下的網格點，減少計算量[8-9]。為了與我國環境管理實際情況相結合，在進行區域空氣質量監測網點設置時，每個行政區域至少要設置一個監測點位，同時為了確保建立的監測網絡能夠最大程度地保護人口，每個行政區域需要建立人口目標。在對監測站點進行設置時，如果空氣質量監測網絡的監測站點分布合理，密度越大，則越能準確、客觀地反映大氣環境質量。但是，受成本的限制，監測點位的數量有限。所以，為了使監測點位最大程度地覆蓋監測區域，要對相鄰監測點之間的最小距離進行限制，使監測網絡的覆蓋效率最大化。

3 結語

本文通過對空氣質量進行模擬，引入綜合評價濃度，以最大貼近度為優化目標，綜合考量各種約束條件，反映區域空氣污染特征，然后以區域空氣污染特征為基礎，對區域空氣質量監測網絡進行布點優化。空氣質量監測網絡的布點優化可以很好地反映整個區域復合污染的影響，展現區域的空氣污染特征，提升區域空氣質量管理水平。

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