大氣環境保護中數字化監測系統的應用

牛建軍

（山西省生態環境監測和應急保障中心（山西省生態環境科學研究院），山西 太原 030027）

當前，全世界都在飽受生態環境問題的困擾。生態環境問題日益嚴重，對人們的健康造成了極大的損害，同時，也直接影響著時代發展。因此，大氣監測工作已成為我國可持續健康發展過程中必不可少的工作。數字化技術的發展是將智能系統、數字化引入大氣監測，使大氣監測全過程數據采集更快，為生態環境保護規劃的制定提供了有力保障。

1 大氣監測系統在環境保護中的重要意義

大氣環境監測在生態環境治理層面具有關鍵的現實意義：①大氣監測是一項持續性、持久性的工作，可以對區域內的空氣污染進行長期連續監測，并獲取相關數據和信息為空氣生態環境保護管理辦法提供指導。此外，對大氣污染監測數據的積累，對多條數據信息進行統計分析，也有利于后續的環境空氣修復工作；②對區域空氣污染進行監測，進一步了解環境空氣，同時提供更便捷的服務項目。霧霾污染會對呼吸系統的健康造成更大的傷害。對霧霾污染進行監測，可以大大減少這種類型的損害[1]。基于數據空氣監測系統的應用，可對空氣環境和空氣污染較嚴重的地區進行24小時動態監測。

2 數字化監測系統與大氣監測的概述

2.1 數字化監測

在具體的操作環節，數字監控系統可以采集數據和信息內容進行計算分析，然后作為附件存儲，存儲后進行數據傳輸，完成數字監控。在大數據時代，數字監控系統不僅具有近距離監控的功能，還具有遠程控制和監控功能，它的遠程控制和監控系統有一個服務器和一個客戶端，服務器還包括互聯網和數據等網絡服務器，移動客戶端具有數據檢索、數據收發、數據分析等功能[2]。

2.2 大氣監測

大氣監測是分析解析大氣環境中的各種成分，進而區分大氣的破壞程度和大氣中污染物的來源。大氣監測的作用是持續或及時對大氣環境中的主要污染物進行實時監測，并根據我國制定的大氣監測標準，區分對環境的破壞程度，由相關部門撰寫報告。在預防措施中，大氣監測提供的數據是制定最新法律法規的有力依據，為環保局提供材料和數據。空氣污染物的主要成分是CO、C（S）金屬氧化物、煙塵顆粒等。大氣監測就是對空氣污染成分進行研究和監測，然后判斷是否超標，并以此為基礎為生態環境保護提供相關對策。不同地區、不同條件的大氣監測形式也不同，應因地制宜地選擇大氣監測方法，以利于更準確地開展日常監測任務[3]。

3 數字化監測系統在大氣監測中的應用

3.1 實現大氣環境監測的數字化

數字監測系統在大氣監測全過程中的應用是非常關鍵的，而大氣環境監測的數字化是關鍵用途之一，需要從多個方面完成大氣環境監測的數字化，包括數據采樣的數字化、數據的存儲、數據的傳輸和數據的接收。其中數據采樣、數據存儲和數據接收都是相互獨立的，不易相互影響。這對系統的管理方法和保護非常有利，同時可以對環境中的整個大氣進行監測，且監測到的數據在傳輸過程中不易發生誤傳。如今，資源共享是一個熱門話題，在大氣環境監測中也是如此。數據資源共享在監測過程中互不影響。例如：在地貌較為復雜、環境極端惡劣的山區，資源相對稀缺，現場獲取大氣環境數據資源非常困難，有關部門將數字監測系統應用于大氣環境監測，并使用數字監測系統、自動化技術及實時監控功能可實現對這種環境進行監控。在這種極端情況下，監控的數據不容易出錯，數據資源可以共享。

3.2 應用于大氣環境監測質量控制

大氣生態環境問題一直是人們關注的焦點，采用數字化監測系統進行大氣監測后，整個系統的配套設施和監測設備對大氣質量的調節實現了智能化和數字化。大氣環境監測質量控制的每個階段都尤為重要，例如，在對數據進行采樣時，采樣點的選擇非常重要，必須具有典型特征，采樣點必須保證能反映監測區域的環境污染濃度值。監測偏差很大一部分來自總采樣流量，因此，應在試驗前制定統一的總采樣流量規范，以保證檢驗的準確性，抽樣后，必須嚴格有效地控制樣品的交接工作，防止樣品不細化。采樣工作完成后，必須在實驗室進行分析。在分析解析環節中，數字監控系統的配套設施中有相應的分析機械設備，但在實驗室中需要保證實驗室關閉，以減少因外界因素對實驗結果造成的偏差。在數字化監控系統具體監控的整個過程中，首先要保證監控質量與所研究的標準測試產品一致，其次要確保在監控過程中嚴格執行相關的規章制度，確保大氣環境監測質量[4]。

3.3 應用于大氣污染物分析

信息化管理的發展趨勢催生了數字監控系統的多個版本號，但基本概念和工作內容大同小異，該數字化監測系統根據大氣監測全過程的需要和重點內容具體使用，可應用于環境污染嚴重地區的大氣污染物分析。以河北石家莊市為例，氣象局利用數字監測系統的各種傳感器設備，采集大氣污染物中SO、NO等成分的數據和信息含量，通過深入分析掌握其影響因素，以治理各工業企業的廢棄物排放和廢氣排放。

3.4 應用于大氣污染實時監測

數字監控系統還具有交互式實時監控功能，例如，天津市環保局利用短視頻數據分析系統識別技術，在大氣污染特別明顯的地區安裝了相應的監控系統，實時監控系統內煤炭、秸稈的焚燒情況。數字監控系統充分利用自動檢索功能發出超標報警，環保局工作人員可及早獲取信息，深入開展監管工作。一般來說，在大氣監測中使用數字監測系統，以大氣環境污染指標值為規范，根據數據和信息內容的分析，可以及早找到導致環境污染的主要因素，減少環境污染。通過實際地圖定位，合理有效的污染治理，顯著提高了現階段環保工作的效率。在使用數字監測系統的同時，必須嚴格控制大氣監測質量，不僅要提高效率，還要保證數據和信息內容的真實性和穩定性，讓環境污染情況清晰地展現在人們面前。數字監控系統在運行過程中需要實時監控采樣總流量的狀態，確保監控數據不易因采樣總流量不規律而出現監控偏差，提高大氣環境污染監測的準確性。因此，將數字監測系統應用于大氣監測中大氣環境污染的實時監測，可以合理提高大氣監測的準確度。

4 大氣監控中的數字化監測系統— 地空一體化技術

4.1 系統框架

從外部經濟學的角度來看，地空一體化技術可以監測大氣環境中污染物的濃度。并且可以基于短視頻進行實時觀察和記錄；從宏觀經濟的角度來看，該技術可以在一定范圍內使用，監測控制大氣粉塵和環境污染，在具體使用的整個過程中，這種技術性有利于檢查人員立即進行監督調查取證，便于進行合理的應急處理。

4.2 空中監測部分

系統的航線監測部分主要是無人機地理信息系統的空氣環境保護監測系統軟件，可以更加客觀、立體地顯示空氣污染物的濃度值、來源和分布。企業科學合理地運用參考數據和信息，不僅制定了有效的解決方案和響應機制，還能有效反饋整改和解決方案的預期效果。與傳統的人機作戰通道和衛星遙感技術相比，無人機地理信息系統具有更長的飛行時間，可以實時傳輸監控圖像，成本更低，圖像分辨率特別高，實際應用的預期效果更為顯著[4]。監控的基本原理主要是基于高像素CCD攝像采集系統和大氣環境相關指標值的圖像數據傳輸，而且，無人機的導航路徑和運動軌跡的引導更方便，可以滿足高精度圖像數據的要求。

4.3 地面監測部分

在各市、各區縣部署燃氣自動監測站和“區域站”，即在企業開發區、居民點等區域建立多個監測網站，并規定此類網站能夠反映區域環境影響，同時保持與其他網站的聯合工作。監測核心還需要與各監測站形成類似于空氣質量指數氣象圖的網格化氣體監測管理系統，以更加科學合理的方式開展大氣環境保護工作。

4.4 設計原則

數字監控系統由優秀的智能系統網絡層——精準的網絡管理服務平臺、更安全有效的數據共享網絡層——物聯網技術、通信技術及其響應更快的認知層——機械設備智能檢測三個部分組成。由于本數字化管控系統將用于大氣環境保護，因此需要選擇可靠、對外開放、可擴展、成本可控的監控系統。

4.4.1 安全可靠

系統必須使用技術先進、技術完善的機械設備，要保證設備的可靠應用、數據的安全分析和存儲、內容的安全顯示和個人行為的監控。輔助大容量移動磁盤，方便系統加速升級、數據合理存儲，安全有保障，無懼丟失。

4.4.2 對外開放，可擴展

數字視頻監控系統必須有通用的傳輸安全通道。選用標準的TCP/IP通訊模塊，完成操作系統的開放操作，可結合當前網絡技術變革和通訊的發展趨勢，選用全透明傳輸安全通道設計方案，可實現提示火災安全、生態環境保護監管機構和自然保護區管理單位等完成多回路聯動，利用IP網絡通信端口完成遠程操作。隨著社會的發展，用戶需求的變化、大氣環境監測主要參數的變化以及系統發揮的作用必須易于擴展，必須升級新的必要的系統控制模塊，使應用更加個性化。

5 大氣環境監控實踐分析

5.1 工程概況

監測區位于北部地區的一個二線城市，監測范圍40平方公里，人口25萬以上，科技園區8個，在具體的數字化監測中，該區域共布置了5個監測定位點。對于人口50萬以下的城市，二氧化碳、二氧化氯、氮氧化物及其漂浮顆粒物的標準監測地點保持在三個，以適應地點布局和區域大氣環境、污染特征等因素，有效布置區域監測定位點，確保數字化監測取得滿意的實際效果。

5.2 環境特征污染物

在進行具體監測之前，需要根據云計算平臺階段目標的百分比深入調查，如區域內大氣環境綜合破壞率、城市環境污染危害程度等。當地住戶反映最普遍的空氣污染問題是煙塵，因此，采用綜合評分法和相關評分指標值來把握具體情況。

5.3 點位優化目標與監測時段

本次研究監測區域涉及住宅區、商業步行街、科技園區等，市中心為商業步行街和住宅區。由于該地區長期為東南風向，氣體和空氣污染對城市中心和居民區的危害較大。因此，有必要對點位設置進行有效改進，以達到空氣污染監測的預期效果。此外，在監測點健全性的基礎上，還需要提高資源的充分利用和管理水平，提高經濟效益。結合區域環境污染特點，本次分析的重點是選取冬季（空氣污染程度較大）10月份連續20天的數據監測進行評析。每日監測時間范圍如下，即早上7：30-8：30、下午14：00-15：00，其中重點監測項目有粉塵、SO、NO、漂浮顆粒等[5]。

5.4 監測點位優化

在監測點升級的整個過程中，要嚴格遵守相關規定和規范。一是確保監測點周邊視野開闊，無不明障礙物，避免數據信息和報文的提交和接收受到阻礙。其次，要保證采樣口的平行線與周圍建筑物絕對高度的夾角在30 °以下，監測點周圍還必須有270 °的采樣空間，以提高檢驗的實際效果和精度。再次，在監測點的推廣上，一定要盡量避開一些吸附性強的花草，一般監測點20 m范圍內不應有灌木。最后要嚴格保證智能檢測系統軟件的重要性和電力安裝工程的影響。在應用中，我們必須整合采樣點規范，從高、中、低三個級別采集不同污染物濃度值的樣本，并按功效等級排序[6]。按照完善合理布局的規律，科技園區空氣污染最嚴重，市區空氣污染垂直居中，居住區空氣污染最小。本次升級后，臨時測量點總數從5個減少到3個，分別于科技園、大城市核心區、日常宿舍區開展居民區污染監測。由于減少了兩個監測點，合理地進行資源利用，從而實現社會效益和經濟效益的雙向發展，最終的監測結果也十分理想。

6 結語

數據監測系統是當今環境污染監測中非常常見的技術，作為信息時代的“清潔工”，數據監測系統激發了空氣污染監測的關鍵作用和優勢，完成了氣體環保監測的智能化、現代化，同時，有效保證了數據監測的真實性和可靠性，為后續檢測提供指導。如今的數據監測系統早已在空氣環保監測系統的諸多方面得到應用和體現，為了更好、更快地提高空氣監測質量，必須加強對智能監測系統的研究，進一步整合和完善系統和相關技術，為空氣監測提供更充分的應用。