環境空氣質量自動監測的發展及優勢探析

文_孫松華 董偉鋼 俞斌

1 浙江省紹興生態環境監測中心 2 紹興市柯橋區環境保護監測站

1 環境空氣質量自動監測的發展歷程

1.1 初步建立階段

環境空氣質量自動監測的初步建立階段為20 世紀70 ～80 年代，相關部門為了滿足城市環境管理需求，開始建立環境空氣質量監測系統，將環境空氣質量監測納入環境監測體系，并且構建了監測制度及技術標準，初步發展自動監測技術體系。在80 年代后期，我國環境監測總站開始進行全國范圍內的城市環境空氣質量監測數據收集，并且基于現有監測技術，構建了相應的環境空氣質量評估標準及方法，為自動監測系統的后續完善打下了堅實基礎。

1.2 鞏固發展階段

環境空氣質量自動監測的鞏固發展階段為20 世紀90 年代至2003 年，自動監測試點工程逐步在城市環境空氣質量監測中落實，并且取得了較為理想的監測效果，有效解決了我國當時的環境空氣污染問題，大幅提高了城市環境空氣質量，為自動監測技術在全國環境空氣質量監測中的應用提供了技術支持。截止到2004 年，我國279 個地級以上城市中，已經有214 個城市及40 個縣級市建立了640 套環境空氣質量自動監測系統。同時，環境監測總站針對重點城市開設了專門的環境空氣質量監測點，實現了對自動監測數據的聯網處理，有效監管各個地區相關部門開展環境空氣質量監測工作。

1.3 綜合發展階段

環境空氣質量自動監測的綜合發展階段2004 年至今，環境監測總站完善了環境空氣質量自動監測技術標準及應用方法，這為相關部門展開環境空氣質量管理工作提供了規范和依據。同時，自動監測點從原本的660 個增加到了1624 個，環境空氣質量自動監測數據聯網已經從原本的113 個重點城市擴展為了362 個地級市，國家級別的環境空氣質量自動監測站已經建成了16 個，自動監測項在原有的PM10、NOx、SO2上，增加了PM2.5、CO、O3，這表示我國環境空氣質量自動監測硬件和軟件都在逐步完善，監測水平將持續提高。

2 環境空氣質量自動監測的具體技術

2.1 氣體污染物監測技術

環境空氣質量自動監測中的氣體物質監測技術主要包括點式空氣監測、長光程空氣監測兩種。點式空氣監測在固定位置設置監測點，完成對氣體污染物的監測。長光程空氣監測應用的是光學差分吸收方式，能夠基于各項監測氣體分子的特點展開波長吸收，在反射光從發射端到接收端的過程中，便能夠判斷出監測氣體污染物導致的空氣污染程度。

從氣體污染物采樣空間來看，點式空氣監測能夠完成對小范圍內氣體污染物的數據采樣，長光程空氣監測能夠完成對100m 長度范圍的氣體污染物數據采樣,監測范圍更為廣泛，且監測成本較低、監測設備維護簡單。

從氣體污染物采樣時間來看，點式空氣監測能夠實現對氣體污染物的24h 連續數據采樣，但是每次只能夠完成單項污染物數據采樣作業，計算出監測污染物的當日平均值。長光程空氣監測能夠分時段實現對不同氣體污染物的數據采樣，并且計算得到各個監測污染物的平均值、濃度值，從而獲得污染物濃度變化情況；但是由于需要輪流完成對不同污染物的數據采樣，導致每次采樣時間較短，得到的監測污染物平均值不夠準確。可見有必要同時運用以上兩種氣體污染物監測技術。

2.2 固體顆粒物監測技術

環境空氣質量自動監測中的固體顆粒物監測技術主要包括微量振蕩天平法、重量法、射線法等，不同方法應用的自動監測設備不同。

微量振蕩天平法指的是在質量傳感器安裝振蕩空心錐形管，在管內安裝濾膜，這樣固體顆粒物在震蕩過程中便能夠附著在濾膜上，通過計算振蕩頻率便能夠得到附著在濾膜上的固體顆粒物的質量，隨后結合環境溫度和氣壓、流量便能夠得到固體顆粒物的濃度值。為了減少降溫導致的揮發性物質損失，可以安裝膜動態測量設施。

射線法的應用基于射線衰減理論，通過空氣泵將環境內的空氣抽取到對應的采樣管中，固體顆粒物便能夠附著在濾膜上，射線在經過附著固體顆粒物的濾膜時，會產生衰減效應，通過計算衰減量便能夠得到固體顆粒物的濃度值。為了減少降溫導致的揮發性物質損失，可以安裝溫度動態調節設施。

2.3 空氣質量自動監測技術

2.3.1 環境空氣質量自動監測數據采集技術

現階段應用頻率最高的空氣監測設備為工控機，并且基于個性化監測需求演變為了程序工控機，相比較傳統計算機，工控機抗干擾性能良好、防塵性能良好，具有應用鋼結構體系，并且內部有專用底板及電源，能夠完成持續性工作。環境空氣質量自動監測數據采集流程是空氣監測設備完成對模擬信號的數據采集，中心平臺通過電話撥號形式完成數據采集；空氣監測設備軟件能夠發送儀器通訊協議、獲取采集數據，隨后通過網絡系統將采集數據傳輸至控制中心，并且還能夠將模擬信號傳輸至控制中心。

2.3.2 環境空氣質量自動監測質量控制技術

確保監測質量，必須做好對空氣監測設備的運行維護工作，建立監測數據審核機制，才能及時解決監測過程中出現的各種問題。如，工作人員需要定期檢查空氣監測設備，及時排除管理設備的潛在故障，完成對管理設備的精確校準；考慮到人工檢查效率較低，可以將自動化技術手段運用到設備檢查中。

3 環境空氣質量自動監測的應用優勢

3.1 提高監測可靠性

相比較傳統監測系統，環境空氣質量自動監測系統形成的數據量較為龐大，且數據類型較為繁多，因此需要應用計算機和自動化運算系統。這些都極大地提高了數據處理的可靠性，同時減輕了工作人員的運算負擔，使得工作人員有更多的時間開展環境空氣質量改善方案制定及實施，從而為我國環境進一步改善提供有效助推力。

3.2 提高監測精確度

傳統監測系統在傳輸環境空氣質量監測數據的過程中，需要通過模擬口采集參數，隨后將參數發送至中心站，由于采集和傳輸的數據量較大，再加上技術條件的限制，難免會出現采集及傳輸誤差。而環境空氣質量自動監測系統能夠有效確保采集和傳輸數據的精確程度，這是因為系統能夠完成參數自動化采集作業，并且對參數進行模擬轉換，應用微處理器進行智能處理，這些都能夠大幅度提高數據傳輸的抗干擾性能，降低了數據采集及傳輸出現問題的概率。

3.3 便于掌握空氣質量

自動化監測技術和方法的運用，提高了環境空氣質量監測效率和質量，更便于環境監測總站及相關部門掌握管轄范圍內的控制質量，有利于實現對空氣污染問題的針對性治理。相比傳統的手動采集方式，環境空氣質量自動監測系統獲得的數據具有時效性和地理代表性，從而實現了對特定地區空氣質量的精準反應，有利于相關部門持續性改善特定區域的空氣質量，降低重大空氣污染問題發生的概率，及時采取預防和控制措施。

3.4 便于展開后續維修

環境空氣質量自動監測系統中的大部分設備需要依靠微處理器實現，并且普遍具備RS-232 接口，使工作人員能夠在監測點實現對各項設備運行參數變化的實時了解，通過參數變化判斷和掌握各項設備及整體系統的運行狀態，從而判斷各項設備是否需要進行維護。基于具體的設備運行參數，還能夠尋找故障位置、判斷故障類型、分析故障原因，部分先進環境空氣質量自動監測系統還能夠提供故障維修意見，為工作人員展開后續維修提供了便利條件。

4 結語

我國環境空氣質量自動監測經歷了初步建立、鞏固發展、綜合發展三個階段，在發展過程中形成了氣體污染物監測、固體顆粒物監測等技術，具有提高監測可靠性及監測精確度等應用優勢。因此，為了提高我國整體環境空氣質量，相關部門有必要持續完善環境空氣質量自動監測系統及技術體系，從而順應現代化、自動化環境空氣質量管理趨勢。