大氣污染治理問題中的環境監測技術及應用

林 鵬

（江西國益環境檢測有限公司，江西宜春 336000）

加強大氣污染治理成為了當今社會發展中的重要內容，加強污染防治不僅能夠改善生態平衡，同時能夠維護地球生物多樣性，保持全球氣候穩定。相關部門應加強對大氣污染治理工作的重視，積極加入到大氣污染治理工作中。

1 環境監測主要內容

1.1 有害氣體

大氣環境監測工作主要是對大氣環境中污染物種類和含量進行監測和分析，通過科學方式進行測定，從而進一步了解當前大氣環境污染情況。在對有害氣體進行監測時，主要對以下氣體含量進行監測：①含硫氧化物，如二氧化硫；②含氮氧化物，如一氧化氮；③一氧化碳；④臭氧；⑤烴類等。

1.2 顆粒狀污染物

顆粒狀污染物一般指直徑在0.1～7.5μm的塵粒，其中主要包括懸浮顆粒物、降塵、可吸入粒物[1]。該類型污染物由于體積過小，導致降解速度較慢，并且能夠進入人體肺部，對人體健康產生危害，因此具有較為嚴重的危害。

2 大氣環境監測技術分析

2.1 原子吸收光譜技術

原子吸收光譜技術（AAS）的主要原理為不同待測元素基態原子蒸汽對特征光譜線吸收強弱程度存在差異，利用該差異來進行定量分析。在實際的監測過程中，氣態原子吸收相應的光輻射，在光輻射的影響下，原子受熱離解，轉化為自由基態原子，在該過程中產生的能量頻率發生變化，能夠對同種元素產生的特征譜線進行吸收，在對吸收光度進行測量后，可以根據相應的線性計算得到被測量元素的實際含量。使用公式：

其中：A為吸光度；K為常數；C為試樣濃度。

在進行計算過程中，由原子能量的躍遷是量化的，并且其對光譜的吸收是有選擇的，因此在進行計算時，能夠通過深度分析能量變化情況，了解樣品中某元素的細微含量。在大氣污染測量時，由于大氣中氣體含量相對較多，雖然污染物整體含量相對較低，但仍能夠產生嚴重的不良危害。為深度探究大氣污染物變化情況，可以利用該方式進行詳細分析。

AAS技術在使用過程中需要使用相應的儀器設備，主要設備為原子吸收光譜儀，儀器在操作過程中需要通過光源來實現特征共振輻射，但光源的輻射強度控制難度較大，需要選擇30min內漂移不超過1%、且噪聲在0.1%以內的空心陰極放電燈，利用銳線光源來提高實際的控制效果。設備需要利用原子化器為原子提供能量，使其能夠達到原子蒸汽狀態，進一步提高原子分析效率[2]。

在實際的監測過程中，會受到一定的干擾效應，為降低干擾影響，應結合實際的干擾類型進行選擇和調整，如在面對物理干擾時，為避免試樣的物理性質及溫度等發生變化，進而影響吸光度測量情況，可以提前制定標準溶液，使試樣在標準環境下進行測量，降低物理環境帶來的影響。

2.2 固體顆粒監測技術

固體顆粒是大氣污染中的重要組成部分，需要對固體顆粒的直徑和成本進行監測分析，從而了解固體污染物的具體情況，以便制定相應的污染治理方案。在對固體顆粒進行監測時，可以利用空氣監測儀對固體顆粒以及氣體進行監測，在操作時直接控制設備對空氣樣本進行自動分析，并將分析結果顯示在屏幕上。結果包括監測目標的每日含量及每月平均含量，并對一個月內的監控數據進行動態監測和分析。利用該監測數據能夠快速獲取相關的空氣變化情況。

空氣檢測儀的主要應用原理為電化學傳感器，通過傳感器來識別空氣中被測目標的實際濃度，通過連續的測量和數據分析，能夠進一步提高信號處理的效率，提高監測效果。但由于設備的靈敏度有限，在對多種監測目標進行分析時，不同監測對象之間存在互相干擾，因此在對微量氣體或固體污染物進行測量時，可能存在準確度不足的情況。為降低干擾情況，應提高傳感器的靈敏度，使其能夠對空氣中的污染物進行精準識別和分析，同時調整過濾器，提高實際的監測管理準確度。

2.3 氣體監測技術

在對氣體污染物進行監測時，主要是對含氮和含硫的氧化物進行檢測。二氧化硫在空氣中與水蒸氣發生反應，使雨水具有酸性，不僅對農業發展造成嚴重影響，同時會對建筑造成破壞，并且對人體健康產生影響。氮氧化合物種類較多，并且較為不穩定，在光熱條件下容易互相轉化，形成氮氧化物混合氣體，該氣體被稱為硝煙，具有一定的毒性，對人體健康和環境生態平衡均具有嚴重的不良影響。

在對污染氣體進行監測時，可以使用專門的氣體監測設備，如二氧化硫監測儀等，或使用精密的分析儀器對污染物進行全面分析。在監測時，需要對監測區域進行布點采集樣本，對樣本進行分析和計算，得到氣體中的污染物含量情況。

3 大氣環境監測技術應用

3.1 多傳感器環境監測系統構建

設計多傳感器環境監測系統時，應明確實際的監測需求以及系統運行流程。在大氣環境污染問題不斷加重的今天，為提高環境治理效率，應提高對大氣污染情況監測的精準度，結合監測結果制定相應的應對方案。因此，在實際的監測過程中，應結合多種傳感器，對大氣環境的不同類型數據進行檢測，進一步了解大氣污染情況。為構建較為完善的大氣污染監測系統，應明確系統構建方案，優化系統運行流程。首先，通過多傳感器對大氣環境的實際變化情況進行監測，如有毒有害氣體的濃度、固體懸浮顆粒的含量等。對該類型數據進行采集和傳輸。其次，將傳感器中采集的信息傳輸到數據處理平臺中。使用網絡或總線傳輸的方式進行信息傳輸，數據處理系統對大氣污染相關數據進行分析和處理，轉化為相關污染物報告。最后，將處理后的數據傳輸到服務器和數據儲存中心，數據中心管理人員根據大氣污染情況制定大氣污染治理方案，在數據儲存后，構建相應的數據庫，便于后續查看和分析。

通過對多傳感器環境監測系統運行流程的分析，總結出系統中的重點功能需求，結合功能需求情況對系統硬件和軟件進行完善。硬件設計時：①數據采集功能。將傳感器與網線進行連接，同時連接電源，傳感器在采集和識別空氣中四氣二塵以及大氣基本參數后，及時通過網線上傳數據，完成信息采集與傳輸工作。②監測功能。在監測時，主要對象包括大氣污染數據變化情況、傳感器設備運行情況以及網絡和電源連接情況。因此，應設置相應的監測系統，分別對目標對象的運行情況進行監控和管理，確保系統的正常運行。③遠程控制。整體系統運行應受到服務端控制，通過對實際設備運行情況的監測和分析，對傳感器和以及線路運行情況進行監督管理，可以控制系統通電連接情況以及傳感器信息采集情況。根據實際的功能情況，對系統框架進行合理設計，并按照需求完善相應的電路，如圖1所示。

圖1 系統電路運行設置

系統軟件設計時，根據處理平臺需求不同選擇兩種軟件，其一為STM32，其在微處理器中應用，能夠連接傳感器與數據平臺，在運行時，有效連接不同傳感器和功能模塊，確保整體系統的正常運行，避免不同模塊之間互相影響。在SYN32軟件中安裝uCOSII系統，提高系統的實際開發和操作效果。其二為JETSP3450軟件，該軟件功能較為強大，能夠并行多個神經網絡，在開發和操作的過程中，能夠對多組傳感器回傳數據進行處理和解析，從而進一步提高數據分析處理的效率。

3.2 空氣質量預警技術應用

在大氣質量監測的過程中，當發現異常情況時需要及時進行識別并發出警報，以便快速了解情況并進行處理。因此，應結合實際的監測系統完善空氣質量預警技術，并將技術落實到實際應用中。為提高監測預警效果，應合理選擇神經網絡，構建相應的運算模型，提高對數據的計算效率，使預警的速度與精準性得到提升。

神經網絡中存在大量的節點，不同節點中存在相應的運算函數，數據通過系統控制在不同節點中運行，按照要求進行計算，最終通過運算的結果進行分析，進一步加深對數據的挖掘效果。如在STM軟件中，其內部的神經元結構與其他結構存在不同，其內部具有三個控制門：遺忘門、輸入門、輸出門。以遺忘門為例進行分析，其主要控制節點中對信息的識別和刪除，根據實際的輸入狀態，決定節點中保留和舍棄多少數據。通過函數方式表達時，可以使用公式：

其中：ft為遺忘門計算輸出結果；σ為sig函數；Wt為權重矩陣；ht-1為上一刻中遺忘門隱藏狀態；xt為當前時刻下的實際輸入情況；bf為偏置函數。在運算過程中得到相應的數值，根據數值判斷舍棄的內容情況。

在神經網絡的基礎上構建空氣質量預測模型，并對模型系統進行訓練，使其能夠更快地適應相應的數據處理方式，進一步提高數據處理和分析效率，使模型構建質量得到提升。一方面，應使用數據對模型進行清洗，準備大量的數據，使模型在數據中進行訓練和分析，使模型在樣本數量和特征的基礎上進行升維，利用神經網絡計算的方式，增加新的維度，使信息數據更為完善。另一方面，對模型進行訓練。在初始化模型的網絡權值后，將數據輸入到模型中，按照不同的要求傳輸到不同節點進行計算和輸出，系統對計算過程中的積累誤差進行收集，并計算相應的權重情況，對本身的權重設置進行調整和更新，使其更適合環境測量工作中的實際需求。結合結果對模型的收斂情況分析，不符合標準的情況下再次進行訓練，滿足后結束訓練。在完成訓練后，可以進行實際應用，在應用時，需要對其實際運行情況進行評估。

實際應用空氣質量預測模型，對實際的運行狀態和結果進行監測。由于模型在訓練后的收斂不斷減小，損失情況具有明顯下降，可以判斷其實際的應用表現相對良好。因此在實際適應時，系統對大氣環境采集數據進行分析，根據實際的訓練要求進行計算，得到相應的計算結果。將實時監測運算數據繪制成相應表格，將運算數據與標準數據進行對比，在二者距離較遠時，說明實際環境中大氣污染情況與標準要求相距較大，存在異常情況，需要對其進行上報處理，完成整體的模型應用。

3.3 環境空氣自動監測技術

環境空氣質量自動監測技術是一種能夠固定的監測點，能對該區域大氣環境進行實時動態測量的技術，通過系統對空氣質量數據的采集、處理和分析，更加充分地了解該區域的空氣污染情況。該技術的應用主要依賴空氣質量自動監測系統，在系統應用過程中，能夠對環境中不同類型的污染物進行識別，并計算污染區的含量情況。在運行時，設置監測子站，對空氣中污染物情況進行監測和分析，并將相關數據傳輸到系統中，系統按照實際需求進行進一步數據處理，得到結果后上傳到數據記錄器中，管理人員能夠在記錄器中獲取一段時間內的空氣污染物情況。

自動監測系統在應用過程中能夠對大氣復合污染進行有效監測，因此其實際的功能模塊內容較為全面。系統主要包括：①預測分析模塊，該模塊對污染情況進行預報和評價。②數據控制模塊，該功能模塊主要對大氣污染數據進行采集和監控，同時支持數據的查詢與補遺。③數據分析模塊，該模塊對采集的數據進行充分的統計和分析，深度挖掘數據含義，并制定相應的圖譜和報表。在對顆粒污染物進行分析時，使用不同的方式進行詳細分析，深度了解污染物的來源和整體情況。④設備監測模塊。該模塊主要對監測設備的實際運行情況進行監控和管理，以確保系統設備的正常運行。⑤地圖模塊，通過地圖來分析城市監測點分布情況，了解城市污染變化的實際趨勢。⑥系統管理模塊。該模塊對各個站點和系統運行節點進行管理和觀察，確保系統正常運行。

在大氣污染自動監測技術實施過程中，首先，結合被測區域的地形情況，設置相應的監測點。通過合理布控來明確自動監測點中探測器的位置，并安裝網線和電源線。在選擇監測點時，應明確監測范圍和監測點數量，以便合理進行網點布置。其次，調整系統，設置采樣的時間和頻率。一般情況下，在自動監測過程中，其監測和數據上傳時間為60s，按照時間要求進行數據的采集和上傳。再次，系統對上傳的數據進行分析，通過計算和對比，了解當前污染物種類、含量以及變化情況，統計結果并匯集成報表進行上報。最后，在控制中心查詢監測結果，并結合每日、每月和每年的大氣污染情況進行對比和分析，制定相應的應對措施。

4 結束語

大氣污染已經成為全球范圍內的環境治理難點，為提高治理效果，應提高環境監測精準度，結合污染物的實際情況和特點，制定恰當的應對措施，能夠使大氣污染治理得到事半功倍的效果。相關人員應不斷提高環境監測技術水平，進一步加快大氣污染治理效率。