“傳感器+”技術(shù)助力大氣監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

發(fā)表于：2017-09-14  作者：dsm1219  關(guān)注度：131

為精準把脈空氣質(zhì)量狀況，有的放矢地實施科學監(jiān)管，“多、快、好、省”地完成空氣質(zhì)量監(jiān)測的目標，各地都在積極落實各級政府和企業(yè)大氣污染防治責任，有效傳導治霾工作壓力，建設(shè)完善大氣環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系。

　　河北省目前建議，在傳輸通道8城市的1464個鄉(xiāng)鎮(zhèn)推行建設(shè)小型空氣站，主要測定PM2.5和SO2兩個參數(shù)。

　　據(jù)了解，目前市場上存在兩種監(jiān)測方法和產(chǎn)品能滿足上述需求，一種是標準方法的小型空氣站(以下簡稱小型站)，其中PM2.5分析儀采用β射線法，SO2分析儀采用紫外熒光法;另一種是傳感器技術(shù)的微型空氣站(以下簡稱微型站)，其中PM2.5采用光散射法，SO2采用電化學法。

　　作為新型監(jiān)測方法，傳感器方法已在全國近50個城市得到應用，安裝布點近1萬臺。鑒于傳感器技術(shù)的發(fā)展和完善，微型站的監(jiān)測已經(jīng)得到普遍認可。其中，河北省已經(jīng)制定并發(fā)布了網(wǎng)格化監(jiān)測的地方標準(DB13)，中國環(huán)境監(jiān)測總站及北京市環(huán)境監(jiān)測中心已經(jīng)開展相關(guān)技術(shù)規(guī)范的制定工作，中國環(huán)境科學研究院也出具了權(quán)威使用報告。

　　那么，相比傳統(tǒng)的監(jiān)測方法，傳感器技術(shù)在大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測的應用具備哪些突出的優(yōu)勢?能否大范圍推廣呢?

　　? 投資運營成本低 9臺小型站投資可安裝66臺微型站

　　據(jù)了解，目前市場上銷售的小型站價格在30萬～50萬元之間，站房建設(shè)成本約1萬元，年運維費約5萬元;而相比，微型站的價格在6萬～7萬元之間，年運維費約1萬元。

　　以河北省廊坊市香河縣為例，縣轄9個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，共需9臺設(shè)備。以小型站投資計算，設(shè)備總費用一次性投入大約450萬元，年運維費大約45萬元;以微型站投資建設(shè)計算，設(shè)備一次性投入總費用大約60萬元，年運維費大約9萬元，兩者相差近376.5萬元。按9臺小型站的首年總費用估算，可以安裝66臺微型站。

　　河北省傳輸通道8城市有1464個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，因此需要1464臺設(shè)備，如果選用小型站，設(shè)備總費用大約需要7.32億元，運維費用首年大約需要7320萬元，總費用大約共計8億元;如果選用微型站，1464臺設(shè)備費用只需要9516萬元，運維費用首年只需要1464萬元，總費用1.1億元。若按照1464臺小型站的首年總費用計算，大約可以安裝10736臺傳微型站，基本實現(xiàn)河北省傳輸通道8城市網(wǎng)格化密集布點，精準監(jiān)控的功能。

　　? 最大化提升服務(wù)質(zhì)量 滿足快速、準確、

　　全參數(shù)、全場景，多功能監(jiān)測要求

　　成本的大幅降低，并不意味著傳感器方法產(chǎn)品在滿足技術(shù)要求方面打折扣。在現(xiàn)實應用中，標準方法的小型站只能監(jiān)測兩種參數(shù)，對安裝要求高，前期需要方案設(shè)計、點位篩選和站房建設(shè)的準備，在協(xié)調(diào)好電源后，需要包括1名專業(yè)人士在內(nèi)的2人～3人，三天安裝完成。同時，后期維護和數(shù)據(jù)校準繁瑣，需要消耗大量的人力、物力。

　　相對而言，基于云校準+人工智能技術(shù)平臺的傳感器型微站，不僅小巧輕便、易安裝，而且準確性滿足當前環(huán)境監(jiān)測的需求、成本低、能耗少，基本不需要現(xiàn)場運維，充分考慮現(xiàn)代儀器使用的自動化、智能化功能，實現(xiàn)了快速、準確、全參數(shù)、全場景、多功能監(jiān)測的要求。

　　此外，在數(shù)據(jù)的準確性上，傳感器型微型站絕對偏差小、誤差可控，完全符合國家標準的要求。以在河北省某縣所布點的傳感器微型站為例，通過與該縣環(huán)保局標準站的數(shù)據(jù)進行比對(關(guān)于儀器準確性的具體對比方法參照HJ618-2011標準規(guī)定)，將傳感器數(shù)據(jù)與國標站數(shù)據(jù)進行線性回歸分析，以傳感器設(shè)備數(shù)據(jù)為橫軸，標準站數(shù)據(jù)為縱軸，計算回歸曲線的斜率k和截距b(圖①，圖②)，根據(jù)公式(|1-k|)×100%計算，PM2.5、SO2數(shù)據(jù)與國站數(shù)據(jù)對比變化趨勢一致，準確性較好，長期誤差在10%以內(nèi)。

　　? 管理功能更加強大 有效幫助地方落實

　　大氣污染防治責任

　　標準方法的小型站，只是小版本的傳統(tǒng)空氣站，僅能用于表征各鄉(xiāng)鎮(zhèn)空氣質(zhì)量狀況，無法充分完善大氣環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能，達不到精細化溯源的功能。

　　基于云校準+人工智能技術(shù)平臺的傳感器微型站，由于成本低、準確度高，可以實現(xiàn)高密度精細化布點，使得每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)監(jiān)測點位由當前的一個增加到幾十個甚至上百個，由此形成的傳感網(wǎng)絡(luò)可覆蓋從污染源到受體區(qū)域，監(jiān)控污染形成的全過程，通過提供高精度空氣質(zhì)量地圖、區(qū)域熱點分析、污染排名分析和其他基礎(chǔ)統(tǒng)計分析準確定位污染源，通過污染事件監(jiān)控報警、污染溯源分析和專業(yè)的數(shù)據(jù)分析報告為科學精準治霾提供有力支撐，具有更強大的功能。

　　據(jù)了解，目前基于云校準+人工智能技術(shù)平臺的傳感器微型站已經(jīng)在全國二十多個城市安裝布點，實現(xiàn)了高密度精準化監(jiān)管功能。其中，在河北某兩個縣的23個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，一共布點了43臺設(shè)備，總費用約345萬元，實現(xiàn)了以下監(jiān)測功能：一是完善大氣環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);二是實時監(jiān)控各鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道的污染狀況;三是實現(xiàn)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道空氣質(zhì)量排名，提高管理效率;四是精確地找到污染源位置，達到追溯污染源的功能;五是有效幫助各級政府和企業(yè)落實大氣污染防治責任。

　　圖③是大數(shù)據(jù)軟件平臺對某縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)站點一個月內(nèi)(20170720~20170820期間)PM2.5濃度日均值進行排名，從圖中可以看出，某縣污染濃度高的地方集中在周邊的東北部和西北部，幾個站點排名靠前，其中K鎮(zhèn)污染濃度最高，排名第一，而核心區(qū)域內(nèi)PM2.5污染濃度最低，排名靠后。

　　從另一個維度，用事件發(fā)生次數(shù)代表污染源排放情況。通過對該縣監(jiān)測站點顆粒物PM2.5污染事件的統(tǒng)計分析(圖④)和(圖⑤)，可以看出，污染事件的高發(fā)區(qū)域集中在該縣周邊地區(qū)的東北部及西部地區(qū)，而核心區(qū)域內(nèi)污染事件的頻次最低，其中K鎮(zhèn)污染頻次為最高，統(tǒng)計時間段內(nèi)發(fā)生污染次數(shù)為12次，污染頻次最低的H管區(qū)和U管區(qū)集中在核心區(qū)域，觀測期間內(nèi)均發(fā)生3次污染。這與濃度排名分析結(jié)果相符，進一步印證了監(jiān)測數(shù)據(jù)的科學性。

　　綜上所述，基于云校準+人工智能技術(shù)平臺的傳感器微型站費用低，是傳統(tǒng)小型站費用的1/7，技術(shù)上滿足環(huán)境監(jiān)測的要求，而且功能更加智能強大，還有現(xiàn)成的案例可供參考，最大限度地節(jié)省了人力和物力上的投入，適合實現(xiàn)高密度精細化布點，使得每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)監(jiān)測點位由當前的一個增加到幾十個，由此形成的傳感網(wǎng)絡(luò)能覆蓋從污染源到受體區(qū)域，監(jiān)控污染形成的全過程，通過提供高精度污染地圖、多種數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、污染來源追蹤及精準定位等功能，真正實現(xiàn)完善城市大氣環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系功能，有效傳導治霾工作壓力，為科學精準治霾提供有力支撐，實現(xiàn)更多的價值。