TZ5040XJCJXM6A 大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)車的設(shè)計(jì)及走航監(jiān)測(cè)案例

趙衍平 文

This paper introduces the development background and structural composition of TZ5040XJCJXM6A atmospheric environment monitoring vehicle, operation principle of monitoring instrument, and cruise monitoring case. The vehicle plays an important role in real-time and rapid monitoring of atmospheric quality and accurate traceability.

近年來我國環(huán)境保護(hù)日益得到社會(huì)的重視。但在國家提出2030 年實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和2060 年實(shí)現(xiàn)“碳中和”的“雙碳”目標(biāo)下，傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)站(固定站)已經(jīng)不能完全滿足環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)的需求；我國已將各大中城市及突發(fā)災(zāi)害事故的大氣環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)納入預(yù)案，并將實(shí)施常態(tài)化管理；因此，環(huán)境監(jiān)測(cè)車因具有機(jī)動(dòng)、靈活、功能集成性的特點(diǎn)，能夠快速、高效地完成特定區(qū)域內(nèi)環(huán)境的應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作

基于上述背景開發(fā)的基于福特江鈴全順長軸高頂V348(JX6581TA- M6)柴油客車底盤改裝的TZ5040XJCJXM6A大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)車(下簡稱：監(jiān)測(cè)車)，可保證工作人員擁有寬敞舒適的工作環(huán)境，并為系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)提供符合技術(shù)要求的環(huán)境條件。

該車擁有先進(jìn)的安全實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、智能控制供配電(電源)系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)儀器儲(chǔ)存系統(tǒng)，綜合運(yùn)用了現(xiàn)代環(huán)境應(yīng)急檢測(cè)技術(shù)及其他數(shù)據(jù)處理技術(shù)；具有現(xiàn)場樣品分析、數(shù)據(jù)整理等功能，可及時(shí)處置和提供快速、準(zhǔn)確、可靠的科學(xué)依據(jù)。

該車保障了良好的動(dòng)力性和操作性，滿足國Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)，符合用戶使用要求——包括使用環(huán)境、應(yīng)用功能等。

下面對(duì)整車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、監(jiān)測(cè)儀器的工作原理和走航監(jiān)測(cè)案例予以介紹。

1 整車改裝部分設(shè)計(jì)

整車改裝結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1～圖4。

圖1 整車改裝結(jié)構(gòu)布置俯視圖

圖4 整車改裝結(jié)構(gòu)布置后側(cè)視圖

1.1 改裝后的監(jiān)測(cè)車不影響原底盤車的動(dòng)力性、制動(dòng)性、通過性、承載能力等技術(shù)特性，充分計(jì)算原車前后橋最大載荷，合理布置全車配重，保證前后橋載荷不超原車允許范圍。

1.2 車載設(shè)備固定可靠、耐沖擊，具有良好的減震性，可保證設(shè)備和人員安全，具有良好人機(jī)關(guān)系，操作方便。

1.3 車體造型美觀，內(nèi)飾布局合理舒適，具有良好的保溫、防雨、防塵等特性。

1.4 整車設(shè)計(jì)方案，按應(yīng)急監(jiān)測(cè)和移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室2 種使用方式設(shè)計(jì)，可適應(yīng)多種應(yīng)急監(jiān)測(cè)及實(shí)驗(yàn)室操作。

1.5 整車底盤以上分為3 個(gè)區(qū)域，從前到后依次為：駕駛區(qū)、工作區(qū)、裝備區(qū)。其中：

(1)駕駛室：可乘座3 人。

(2)工作區(qū)：長度1 400 mm 左右；工作區(qū)與駕駛區(qū)用隔斷墻(前隔斷墻)隔開；前隔斷墻采用高分子材料(顏色為淺色)；前隔斷墻工作區(qū)一側(cè)安裝有顯示屏；工作區(qū)前側(cè)安裝一張辦公桌和2 把辦公座椅，辦公桌面為實(shí)木。

圖2 整車改裝結(jié)構(gòu)布置左側(cè)視圖

圖3 整車改裝結(jié)構(gòu)布置右側(cè)視圖

(3)裝備區(qū)：長度1 180 mm 左右，工作區(qū)與裝備區(qū)實(shí)驗(yàn)臺(tái)隔開，實(shí)驗(yàn)臺(tái)桌面采用30 mm 厚的多層面板；實(shí)驗(yàn)臺(tái)具有專用儀器柜，配有專用設(shè)備固定導(dǎo)軌和固定裝置，可存放監(jiān)測(cè)儀器并進(jìn)行減震保護(hù)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)中部安裝有減震平臺(tái)，減震平臺(tái)上安裝監(jiān)測(cè)儀器，中間儀器側(cè)面共有8 個(gè)風(fēng)扇(副駕駛側(cè)5 個(gè)，主駕駛側(cè)3 個(gè))定向主駕側(cè)吹風(fēng)，主駕墻體上開有通風(fēng)口；實(shí)驗(yàn)臺(tái)副駕側(cè)安裝工控機(jī)、配電盤、取力發(fā)電機(jī)控制器與電氣控制總成相連，監(jiān)測(cè)儀器后部安裝裝飾板并預(yù)留監(jiān)測(cè)儀器的采樣氣管經(jīng)過裝飾板的穿板口；裝備區(qū)后部安裝后上車踏步(方便人員上下車)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)上部安裝有中部吊柜(用于存放隨車文件)。監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備固定在工作區(qū)后、后橋之前裝備區(qū)的設(shè)備機(jī)柜內(nèi)，此位置為全車顛簸最小的位置，既對(duì)儀器最安全，又是最便于操作之區(qū)域。儀器固定牢固、可靠；確保在行車、剎車、駐車狀態(tài)下儀器設(shè)備安全、無任何損壞。

2 車輛供配電系統(tǒng)

該車供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、可靠，其供電方式包括：市電供電、取力供電、鋰電池供電。其中，市電模式能為全車所有設(shè)備不限時(shí)供電；取力發(fā)電機(jī)模式能為除駐車空調(diào)之外的全車所有設(shè)備不限時(shí)供電；鋰電模式能為除駐車空調(diào)之外的全車所有設(shè)備供電，不小于6 h。即：駐車空調(diào)只在停車、市電條件下使用。

3 種供電方式的切換由4 檔開關(guān)手動(dòng)選擇完成。由于3 種外電為不同屬性的電源，因此不可以并行接入，只能由開關(guān)選擇其中一種。

由于設(shè)計(jì)了UPS 供電保障系統(tǒng)，在15 min 內(nèi)完成供電方式切換，不會(huì)影響設(shè)備的正常使用。

供配電系統(tǒng)可以為車載設(shè)備提供可靠優(yōu)質(zhì)的交流電；同時(shí)也設(shè)計(jì)了交流轉(zhuǎn)直流的電源，以對(duì)直流設(shè)備供電。

配電控制單元，可保證系統(tǒng)用電互不干擾。

此外，該系統(tǒng)還進(jìn)行了電磁兼容性設(shè)計(jì)。電子設(shè)備對(duì)電磁環(huán)境很敏感，需要進(jìn)行電磁防護(hù)。對(duì)電磁干擾的防護(hù)程度與屏蔽、接地的質(zhì)量有密切關(guān)系。為了將電子設(shè)備之間可能產(chǎn)生的電磁干擾降至安全范圍，方法是：選用屏蔽性能良好的插接件；采用防靜電裝飾材料；良好的車體接地及配備接地針設(shè)計(jì)；各分機(jī)采用多點(diǎn)接地，以避免較長接地線引起的分布電容。

該車還配有工控機(jī)、顯示器、視頻傳輸?shù)仍O(shè)備，為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程傳輸提供條件。

3 監(jiān)測(cè)儀器的工作原理

監(jiān)測(cè)儀器是大氣監(jiān)測(cè)車的核心設(shè)備。其工作原理，如圖5 所示。它以車載的在線揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)質(zhì)譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(移動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái))為基礎(chǔ)，利用半透膜采集空氣中的VOCs，利用真空紫外燈和電離系統(tǒng)得到物種分子離子，利用飛行時(shí)間質(zhì)譜法對(duì)多物種同時(shí)檢測(cè)。該儀器使用分子量進(jìn)行定性，并通過標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行定量，可實(shí)時(shí)獲取不同物種的濃度分布和變化規(guī)律。另外，由于不同行業(yè)、不同企業(yè)排放特征不同，通過模型計(jì)算，結(jié)合污染源分布和實(shí)時(shí)風(fēng)向，以及走航定位污染區(qū)域，能夠?qū)OCs 的污染源進(jìn)行實(shí)時(shí)追溯，精準(zhǔn)判定污染區(qū)域、行業(yè)，甚至污染企業(yè)。

圖5 監(jiān)測(cè)儀器的工作原理

該監(jiān)測(cè)儀器的優(yōu)點(diǎn)：監(jiān)測(cè)能力強(qiáng)——理論上可同時(shí)監(jiān)測(cè)300 多種VOCs；時(shí)間分辨率高——可以做到1 s 內(nèi)對(duì)空氣中300 多種VOCs 氣體同時(shí)監(jiān)測(cè)達(dá)100 次，真正做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

4 走航監(jiān)測(cè)的具體案例

走航監(jiān)測(cè)，是對(duì)大氣獨(dú)特的監(jiān)測(cè)手段。它是指利用移動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)——大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)車，在監(jiān)測(cè)目標(biāo)范圍內(nèi)邊行駛、邊監(jiān)測(cè)、邊反饋；通過車載的質(zhì)譜走航監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)環(huán)境空氣中的VOCs進(jìn)行快速檢測(cè)；根據(jù)檢測(cè)出的污染物總濃度，描繪污染地圖。環(huán)保部門從污染地圖上可以直觀地看到區(qū)域及企業(yè)污染物排放情況，從而可以全面、快速地鎖定重點(diǎn)污染區(qū)域。通過對(duì)重點(diǎn)污染區(qū)域、重點(diǎn)企業(yè)、重點(diǎn)工藝VOCs 開展定點(diǎn)分析，準(zhǔn)確掌握VOCs 特征因子排放狀況，快速鎖定疑似污染排放源頭企業(yè)，有利于開展精準(zhǔn)執(zhí)法和整治行動(dòng)。下面介紹該車的3 個(gè)走航監(jiān)測(cè)案例。

4.1 整體摸排，把控區(qū)域內(nèi)VOCs 污染情況

通過對(duì)不同區(qū)域開展科學(xué)、系統(tǒng)的網(wǎng)格化走航，全面、快速、精準(zhǔn)診斷VOCs 污染的整體分布情況，鎖定重點(diǎn)污染區(qū)域。圖6 為VOCs 全面快速摸排思路展示。

圖6 VOCs 全面快速摸排思路展示

4.2 高新區(qū)污染摸排，鎖定污染點(diǎn)位，精準(zhǔn)管控，動(dòng)態(tài)評(píng)估

在工業(yè)聚集區(qū)開展摸排、業(yè)務(wù)化巡查、問題點(diǎn)位鎖定、問題企業(yè)鎖定等工作，針對(duì)企業(yè)污染情況，分級(jí)管控。針對(duì)各個(gè)企業(yè)的污染情況開展長期的、多維度的分析，包括廠界監(jiān)測(cè)、廠內(nèi)工段排查、晝夜排放對(duì)比、關(guān)鍵VOCs 污染物種鎖定等工作。

圖7 案例，為2018 年4 月，在某市高新區(qū)開展的為期2 周的VOCs 走航監(jiān)測(cè)工作情況。通過區(qū)域摸底，共發(fā)現(xiàn)10 個(gè)問題點(diǎn)位，進(jìn)而針對(duì)10 個(gè)問題點(diǎn)位周邊企業(yè)展開更細(xì)致的排查，從而鎖定問題企業(yè)和問題工段，直擊污染排放源頭。

圖7 在某市高新區(qū)走航監(jiān)測(cè)

4.3 對(duì)投訴點(diǎn)位開展異味溯源，找到肇事企業(yè)，解決投訴問題

利用在線溯源技術(shù)，可以對(duì)異味投訴較多點(diǎn)位開展精準(zhǔn)溯源，找到異味排放點(diǎn)位及關(guān)鍵物種，排查可疑污染源，精準(zhǔn)打擊和管控。圖8 所示，為在某地監(jiān)測(cè)過程中，通過VOCs 走航確定了異味來源地。

圖8 在某地進(jìn)行異味溯源，捕捉惡臭物種點(diǎn)位

總之，大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)車的推廣應(yīng)用，能夠?qū)ε盼圻M(jìn)行精準(zhǔn)定位和治理，讓污染無處遁形，為保衛(wèi)碧水藍(lán)天發(fā)揮重要作用。S