大氣污染立體監測技術及其應用探討

摘要：環境污染控制是當前社會關注的焦點，包括大氣污染在內，這要求以完善的技術提供監測方面的支持。以大氣污染立體監測的必要性為切入點，在此基礎上分析具體工作技術及其應用方法，分別就傳感器技術、數據分析技術、物聯網技術以及集成化工作系統建設、工作流程標準化等內容進行探討，為后續大氣污染的立體監測工作提供支持，服務環境污染控制全局活動。

關鍵詞：大氣污染立體監測技術傳感器技術工作系統

中圖分類號：X831

DiscussiononStereoscopicMonitoringTechnologyforAirPollutionandItsApplication

FENGHankun

TangshanEnvironmentalMonitoringCenter，Tangshan，HebeiProvince，063000China

Abstract：Environmentalpollutioncontroliscurrentlyafocusofsocialconcern，includingairpollution，whichrequiressupportinmonitoringthroughadvancedtechnology.Thisarticletakesthenecessityofstereoscopicmonitoringofairpollutionasthestartingpoint，analyzesspecificworktechniquesandtheirapplicationmethodsonthisbasis，andexplorescontentssuchassensortechnology，dataanalysistechnology，InternetofThingstechnology，integratedworksystemconstruction，workflowstandardization，andsoon，providingsupportforsubsequentstereoscopicmonitoringofairpollutionandservingtheoverallactivitiesofenvironmentalpollutioncontrol.

KeyWords：Airpollution;Stereoscopicmonitoringtechnology;Sensortechnology; Worksystem

大氣污染是環境污染的一種，一般是指人類活動或自然過程導致某些物質進入大氣中，積累到一定濃度、危害人體健康和自然環境的現象，常見污染物包括硫氧化物、碳氫化物、氮氧化物、微粒等。我國部分城市工業化發展水平較高、速度較快，工業污染情況比較突出，各類污染物進入大氣后，形成的污染問題也嚴重，包括北京、唐山等工業城市在內。為確切、實時了解大氣污染情況，各地對大氣環境監測工作普遍重視，客觀催生了大氣污染立體監測技術[1]。大氣污染立體監測關注以多樣化水平獲取污染信息，分析其主要技術以及應用方式，具有一定的積極價值。

1大氣污染立體監測的必要性

1.1信息準確性需要

大氣污染立體監測，是提升信息準確性的需要。早期的大氣污染監測以定時采集的數據為基礎，根據定時數據評估污染水平。如唐山等地一般于早間進行PM2.5含量的采集，即便定時數據是準確的，也不能作為本地大氣污染情況的唯一標準[2]。立體監測模式下，可以通過多樣技術進行大氣污染信息的采集、分析，以多時間節點的不同信息，精準有效地反映大氣污染態勢，提升了大氣污染監測工作的總體精準性。

1.2工作實時性需要

大氣污染立體監測，是改善工作實時性的需要。大氣污染情況具有一定的動態性，如出現降水時，各地空氣質量指數往往偏高，日間的空氣污染水平也往往是清晨最高。傳統的大氣污染監測技術比較關注某一時間節點下的靜態分析，能夠呈現該時間點內的污染情況，但缺乏全天范圍內進行信息采集分析的能力。立體監測模式下，可以通過實時信息進行污染情況的敏銳分析，了解不同時間段本地大氣污染水平和變化特點，作為污染控制的依據，工作效率更理想[3-4]。

2大氣污染立體監測技術

2.1共性工作技術

大氣污染立體監測的共性工作技術，主要包括遙感監測技術、地面監測技術和模型模擬技術，上述3項技術是組織大氣污染立體監測必須應用的技術。

遙感監測技術應用于信息采集，主要應用于大范圍內信息的收集，以遙感設備在區域范圍內采集空氣信息，如云圖情況、光圖變化等。地面監測技術也應用于信息采集工作，但主要用于收集地面小范圍區域內的空氣信息，包括空氣溫度、濕度、污染物的含量和成分等。模型模擬技術主要以靜態信息為基礎，根據其變化規律形成動態模型，用以分析本地大氣污染變化情況，也可以用于下一階段大氣污染變化情況預測。遙感監測技術、地面監測技術和模型模擬技術的聯用，可以在一定時間范圍內長期用于大氣污染情況，形成立體化監測的基本技術框架。

2.2傳感器技術

傳感器技術主要應用于地面部分的信息采集，是指利用敏感度較高的傳感器實時采集大氣信息，包括空氣溫度、濕度、污染情況等。傳感器一般分布在室外不同區域，以立體監測為目標，還應關注傳感器配置的隨機性以及高度差，需要選取隨機位置布置傳感器，以保證空氣樣本采集的隨機性，在此基礎上，可以分別在距離地面1.5m、2.0m、2.5m位置放置傳感器，以進一步提升信息采集的空間覆蓋效應，評估不同污染物的分布特點。傳感器選擇時，以精度較高、感知范圍較大的設備為主，如果條件允許應一體采用智能傳感器，減少數據傳輸、處理可能產生的誤差，提升大氣污染立體監測精度[5]。

2.3數據分析技術

數據分析技術是大氣污染立體監測的重點技術之一，由于立體監測模式下每個監測點每日均會生成海量工作信息，這些信息以傳統人工處理的方式進行加工，難以保證工作效率，也可能產生信息遺漏、加工錯誤的問題。通過數據分析技術，海量信息的處理效率和質量均更有保證，如大數據技術、信息挖掘技術等。數據分析技術一般要求能夠滿足大氣污染信息針對性處理的需求，同時兼顧數字化、信息化工作的基本特點。例如：信息挖掘技術通常以大氣污染信息內的關鍵指標為著眼點，通過降維處理的方式挖掘某一類數據的基本規律，可以保證海量數據的處理效率和準確性、針對性。

2.4物聯網技術

各地組織大氣污染立體監測時，需要設置較多的信息采集點位，這些采集點位記錄的信息也往往各有不同，為保證對本地大氣環境分析的深入性、準確性，還需要應用物聯網技術，將各工作點位連為一個整體，進行信息的匯總、共享，并根據遠程管控需求下達各類工作質量。物聯網建設的核心關注點在于形成多元互動的層次化作業網絡，其基本架構如圖1所示。

按照圖1所示模式，唐山本地的大氣污染立體監測工作以當地大氣污染工作部門為中心，直接關聯本地各分區工作部門，包括各縣區一級工作單位；各分區工作部門獨立管控所屬部門的工作設備、設備，利用上述資源進行大氣信息采集和分析；所有分析結果均可被唐山大氣污染工作部門獲取，用于分析本地大氣污染管控情況和動態變化。物聯網模式符合大氣污染立體監測的基本要求，可以實現多點位、多主體工作的一體化。

2.5區塊鏈技術

當某一地區大氣污染立體監測技術應用范圍較大，需要處理的信息較多時，還需應用區塊鏈技術進行分級化處理，如唐山本地總面積為13472km2，常住人口771.95萬人，需在較大范圍內組織大氣污染立體監測，形成的工作數據規模較大，如果單純依賴物聯網進行數據集中處理，其大氣污染工作部門的作業負荷過大，也難以保證大氣污染控制工作的靈活性。可以采用區塊鏈技術作為補充，在常規組織物聯網作業的基礎上，建設區塊鏈作業系統。

各分區工作部門均獨立建設數據庫，詳細記錄本分區大氣污染立體監測工作信息，并統計其特點、挖掘規律，所有信息常規上報至唐山市及大氣污染工作部門，形成總數據庫，總數據庫與各獨立數據庫之間可實時進行信息共享，以服務實際工作部門和分區工作部門的信息交互需要。

3大氣污染立體監測技術的應用方法

3.1建設集成化工作系統

為保證上述大氣污染立體監測技術的應用效果，實際工作中需要首先建設集成化的工作系統，以規范的工作系統為基礎，實現上述技術的運用控制，清晰形成作業邏輯。工作系統建設以通信系統、工作平臺為中心，通信系統方面，為保證信息采集質量，應以5G網絡為基礎建設承載網，所有工作設備均已爭取渠道買入，保證性能優良，可服務大氣污染信息的采集。計算機作為工作平臺，也從虛擬內存、顯存、磁盤空間3個角度提供保障。唐山市等市一級大氣污染工作部門需要處理海量信息，應建設小型計算機群進行工作，物聯網中心以及區塊鏈工作系統內的計算機群，主機和分機性能可參考如表1所示標準。

計算機群建設完成后，可代入各類軟件、連接各類硬件（如傳感器），利用PLC邏輯控制技術、CAN總線技術等搭建現場工作系統，開始進行大氣污染立體監測以及數據處理。

3.2確定工作標準

大氣污染立體監測工作內容多樣，為保證工作質量，需要確定工作標準，提升邏輯清晰度，包括數據處理標準、傳感器信息傳輸間隔標準、數據庫建設標準等，原則上一個地區的工作系統標準也應是一致的。

以數據處理標準為例，在數據總量較大的情況下，可按上文數據處理技術采用降維分析的方式挖掘關鍵參數和規律，提升數據處理效率。默認傳感器采集的一條數據包括如下維度信息：

[……-e；w；09；g7；-0；g4；89；y2；0-；……]（數集1）

上述信息包括空氣溫度、濕度、各類物質的濃度等，實際工作中，相當一部分信息并無價值或價值很小，如空氣中的氧氣含量、氮氣含量，與大氣污染立體監測關聯不大，無須進行分析處理。可以按照大氣污染立體監測目標，確定若干關鍵參數：

[-e；w；09；g7；0-]（數集2）

根據關鍵參數的選取情況，設定計算機工作程序進行數據挖掘，所有數據條只提煉與數集2有關的5個關鍵參數即可，通過此方式可以規范、高效率地完成數據處理，提升大氣污染立體監測技術的應用效應。

3.3應用展望

未來大氣污染立體監測技術與其應用，應在保留現有技術優勢的同時，更多關注信息化作業、智能化作業，信息化強調進一步提升大氣污染立體監測效率，利用信息化設備替代、部分替代傳統人工作業模式，去除可能出現的人工操作誤差、錯誤。智能化作業則關注通過默認的科學程序、作業邏輯組織工作，使大氣污染立體監測技術應用全流程處于智能管控之下，進一步減少出現工作誤差、信息錯誤的可能，為大氣污染立體監測工作提供技術層面的保障。

4結語

綜上所述，大氣污染立體監測技術具有一定的應用價值，可以準確提供污染信息，且能保證信息的實時性，服務長期監測和環境污染控制，未來工作中應予以更多重視。現狀上看，大氣污染立體監測技術包括一般共性技術，此外，還通過傳感器技術、數據分析技術、物聯網技術、區塊鏈技術提供作業支持。具體工作中，上述技術的應用以集成化工作系統建設為基礎，在此基礎上應確定工作的具體標準，以保證技術應用規范得當。未來大氣污染立體監測技術會更多關注信息化、智能化，提升服務效能，服務大氣污染控制。

參考文獻

[1]李志英.生態環境監測在大氣污染治理中的運用分析[J].皮革制作與環保科技，2024，5（2）：37-39.

[2]王賑.環境監測治理技術在大氣污染防治中的應用[J].皮革制作與環保科技，2023，4（13）：112-114.

[3]柳增強.環境監測在大氣污染治理中的重要性及開展路徑研究[J].清洗世界，2023，39（1）：155-157.

[4]王維維.大氣污染天地空一體化監測技術體系建立研究[D].重慶：重慶工商大學，2020.

[5]周旺.基于移動監測系統的化工園區大氣污染溯源研究[D].杭州：浙江大學，2022.