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

發(fā)表于：2017-09-14  作者：dsm1219  關(guān)注度：128

為精準(zhǔn)把脈空氣質(zhì)量狀況，有的放矢地實(shí)施科學(xué)監(jiān)管，“多、快、好、省”地完成空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)的目標(biāo)，各地都在積極落實(shí)各級(jí)政府和企業(yè)大氣污染防治責(zé)任，有效傳導(dǎo)治霾工作壓力，建設(shè)完善大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系。

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

　　據(jù)了解，目前市場(chǎng)上存在兩種監(jiān)測(cè)方法和產(chǎn)品能滿足上述需求，一種是標(biāo)準(zhǔn)方法的小型空氣站(以下簡(jiǎn)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(jiǎn)稱微型站)，其中PM2.5采用光散射法，SO2采用電化學(xué)法。

　　作為新型監(jiān)測(cè)方法，傳感器方法已在全國(guó)近50個(gè)城市得到應(yīng)用，安裝布點(diǎn)近1萬(wàn)臺(tái)。鑒于傳感器技術(shù)的發(fā)展和完善，微型站的監(jiān)測(cè)已經(jīng)得到普遍認(rèn)可。其中，河北省已經(jīng)制定并發(fā)布了網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)的地方標(biāo)準(zhǔn)(DB13)，中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站及北京市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心已經(jīng)開展相關(guān)技術(shù)規(guī)范的制定工作，中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院也出具了權(quán)威使用報(bào)告。

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

　　? 投資運(yùn)營(yíng)成本低 9臺(tái)小型站投資可安裝66臺(tái)微型站

　　據(jù)了解，目前市場(chǎng)上銷售的小型站價(jià)格在30萬(wàn)～50萬(wàn)元之間，站房建設(shè)成本約1萬(wàn)元，年運(yùn)維費(fèi)約5萬(wàn)元;而相比，微型站的價(jià)格在6萬(wàn)～7萬(wàn)元之間，年運(yùn)維費(fèi)約1萬(wàn)元。

　　以河北省廊坊市香河縣為例，縣轄9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，共需9臺(tái)設(shè)備。以小型站投資計(jì)算，設(shè)備總費(fèi)用一次性投入大約450萬(wàn)元，年運(yùn)維費(fèi)大約45萬(wàn)元;以微型站投資建設(shè)計(jì)算，設(shè)備一次性投入總費(fèi)用大約60萬(wàn)元，年運(yùn)維費(fèi)大約9萬(wàn)元，兩者相差近376.5萬(wàn)元。按9臺(tái)小型站的首年總費(fèi)用估算，可以安裝66臺(tái)微型站。

　　河北省傳輸通道8城市有1464個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，因此需要1464臺(tái)設(shè)備，如果選用小型站，設(shè)備總費(fèi)用大約需要7.32億元，運(yùn)維費(fèi)用首年大約需要7320萬(wàn)元，總費(fèi)用大約共計(jì)8億元;如果選用微型站，1464臺(tái)設(shè)備費(fèi)用只需要9516萬(wàn)元，運(yùn)維費(fèi)用首年只需要1464萬(wàn)元，總費(fèi)用1.1億元。若按照1464臺(tái)小型站的首年總費(fèi)用計(jì)算，大約可以安裝10736臺(tái)傳微型站，基本實(shí)現(xiàn)河北省傳輸通道8城市網(wǎng)格化密集布點(diǎn)，精準(zhǔn)監(jiān)控的功能。

　　? 最大化提升服務(wù)質(zhì)量 滿足快速、準(zhǔn)確、

　　全參數(shù)、全場(chǎng)景，多功能監(jiān)測(cè)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(shí)應(yīng)用中，標(biāo)準(zhǔn)方法的小型站只能監(jiān)測(cè)兩種參數(shù)，對(duì)安裝要求高，前期需要方案設(shè)計(jì)、點(diǎn)位篩選和站房建設(shè)的準(zhǔn)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(shí)，后期維護(hù)和數(shù)據(jù)校準(zhǔn)繁瑣，需要消耗大量的人力、物力。

　　相對(duì)而言，基于云校準(zhǔn)+人工智能技術(shù)平臺(tái)的傳感器型微站，不僅小巧輕便、易安裝，而且準(zhǔn)確性滿足當(dāng)前環(huán)境監(jiān)測(cè)的需求、成本低、能耗少，基本不需要現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維，充分考慮現(xiàn)代儀器使用的自動(dòng)化、智能化功能，實(shí)現(xiàn)了快速、準(zhǔn)確、全參數(shù)、全場(chǎng)景、多功能監(jiān)測(cè)的要求。

　　此外，在數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性上，傳感器型微型站絕對(duì)偏差小、誤差可控，完全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。以在河北省某縣所布點(diǎn)的傳感器微型站為例，通過(guò)與該縣環(huán)保局標(biāo)準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)(關(guān)于儀器準(zhǔn)確性的具體對(duì)比方法參照HJ618-2011標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定)，將傳感器數(shù)據(jù)與國(guó)標(biāo)站數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析，以傳感器設(shè)備數(shù)據(jù)為橫軸，標(biāo)準(zhǔn)站數(shù)據(jù)為縱軸，計(jì)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(jì)算，PM2.5、SO2數(shù)據(jù)與國(guó)站數(shù)據(jù)對(duì)比變化趨勢(shì)一致，準(zhǔn)確性較好，長(zhǎng)期誤差在10%以內(nèi)。

　　? 管理功能更加強(qiáng)大 有效幫助地方落實(shí)

　　大氣污染防治責(zé)任

　　標(biāo)準(zhǔn)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(wú)法充分完善大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能，達(dá)不到精細(xì)化溯源的功能。

　　基于云校準(zhǔn)+人工智能技術(shù)平臺(tái)的傳感器微型站，由于成本低、準(zhǔn)確度高，可以實(shí)現(xiàn)高密度精細(xì)化布點(diǎn)，使得每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位由當(dāng)前的一個(gè)增加到幾十個(gè)甚至上百個(gè)，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(guò)程，通過(guò)提供高精度空氣質(zhì)量地圖、區(qū)域熱點(diǎn)分析、污染排名分析和其他基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)分析準(zhǔn)確定位污染源，通過(guò)污染事件監(jiān)控報(bào)警、污染溯源分析和專業(yè)的數(shù)據(jù)分析報(bào)告為科學(xué)精準(zhǔn)治霾提供有力支撐，具有更強(qiáng)大的功能。

　　據(jù)了解，目前基于云校準(zhǔn)+人工智能技術(shù)平臺(tái)的傳感器微型站已經(jīng)在全國(guó)二十多個(gè)城市安裝布點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高密度精準(zhǔn)化監(jiān)管功能。其中，在河北某兩個(gè)縣的23個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，一共布點(diǎn)了43臺(tái)設(shè)備，總費(fèi)用約345萬(wàn)元，實(shí)現(xiàn)了以下監(jiān)測(cè)功能：一是完善大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);二是實(shí)時(shí)監(jiān)控各鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道的污染狀況;三是實(shí)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(dá)到追溯污染源的功能;五是有效幫助各級(jí)政府和企業(yè)落實(shí)大氣污染防治責(zé)任。

　　圖③是大數(shù)據(jù)軟件平臺(tái)對(duì)某縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)站點(diǎn)一個(gè)月內(nèi)(20170720~20170820期間)PM2.5濃度日均值進(jìn)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(gè)站點(diǎn)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(gè)維度，用事件發(fā)生次數(shù)代表污染源排放情況。通過(guò)對(duì)該縣監(jiān)測(cè)站點(diǎn)顆粒物PM2.5污染事件的統(tǒng)計(jì)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(jì)時(shí)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(cè)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(jìn)一步印證了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的科學(xué)性。

　　綜上所述，基于云校準(zhǔn)+人工智能技術(shù)平臺(tái)的傳感器微型站費(fèi)用低，是傳統(tǒng)小型站費(fèi)用的1/7，技術(shù)上滿足環(huán)境監(jiān)測(cè)的要求，而且功能更加智能強(qiáng)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(shí)現(xiàn)高密度精細(xì)化布點(diǎn)，使得每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位由當(dāng)前的一個(gè)增加到幾十個(gè)，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(guò)程，通過(guò)提供高精度污染地圖、多種數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、污染來(lái)源追蹤及精準(zhǔn)定位等功能，真正實(shí)現(xiàn)完善城市大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系功能，有效傳導(dǎo)治霾工作壓力，為科學(xué)精準(zhǔn)治霾提供有力支撐，實(shí)現(xiàn)更多的價(jià)值。