摘要：環(huán)境污染控制是當(dāng)前社會關(guān)注的焦點(diǎn)，包括大氣污染在內(nèi)，這要求以完善的技術(shù)提供監(jiān)測方面的支持。以大氣污染立體監(jiān)測的必要性為切入點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上分析具體工作技術(shù)及其應(yīng)用方法，分別就傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及集成化工作系統(tǒng)建設(shè)、工作流程標(biāo)準(zhǔn)化等內(nèi)容進(jìn)行探討，為后續(xù)大氣污染的立體監(jiān)測工作提供支持，服務(wù)環(huán)境污染控制全局活動。

關(guān)鍵詞：大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)傳感器技術(shù)工作系統(tǒng)

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(huán)境污染的一種，一般是指人類活動或自然過程導(dǎo)致某些物質(zhì)進(jìn)入大氣中，積累到一定濃度、危害人體健康和自然環(huán)境的現(xiàn)象，常見污染物包括硫氧化物、碳?xì)浠?、氮氧化物、微粒等。我國部分城市工業(yè)化發(fā)展水平較高、速度較快，工業(yè)污染情況比較突出，各類污染物進(jìn)入大氣后，形成的污染問題也嚴(yán)重，包括北京、唐山等工業(yè)城市在內(nèi)。為確切、實(shí)時了解大氣污染情況，各地對大氣環(huán)境監(jiān)測工作普遍重視，客觀催生了大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)[1]。大氣污染立體監(jiān)測關(guān)注以多樣化水平獲取污染信息，分析其主要技術(shù)以及應(yīng)用方式，具有一定的積極價值。

1大氣污染立體監(jiān)測的必要性

1.1信息準(zhǔn)確性需要

大氣污染立體監(jiān)測，是提升信息準(zhǔn)確性的需要。早期的大氣污染監(jiān)測以定時采集的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)定時數(shù)據(jù)評估污染水平。如唐山等地一般于早間進(jìn)行PM2.5含量的采集，即便定時數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的，也不能作為本地大氣污染情況的唯一標(biāo)準(zhǔn)[2]。立體監(jiān)測模式下，可以通過多樣技術(shù)進(jìn)行大氣污染信息的采集、分析，以多時間節(jié)點(diǎn)的不同信息，精準(zhǔn)有效地反映大氣污染態(tài)勢，提升了大氣污染監(jiān)測工作的總體精準(zhǔn)性。

1.2工作實(shí)時性需要

大氣污染立體監(jiān)測，是改善工作實(shí)時性的需要。大氣污染情況具有一定的動態(tài)性，如出現(xiàn)降水時，各地空氣質(zhì)量指數(shù)往往偏高，日間的空氣污染水平也往往是清晨最高。傳統(tǒng)的大氣污染監(jiān)測技術(shù)比較關(guān)注某一時間節(jié)點(diǎn)下的靜態(tài)分析，能夠呈現(xiàn)該時間點(diǎn)內(nèi)的污染情況，但缺乏全天范圍內(nèi)進(jìn)行信息采集分析的能力。立體監(jiān)測模式下，可以通過實(shí)時信息進(jìn)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(diǎn)，作為污染控制的依據(jù)，工作效率更理想[3-4]。

2大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)

2.1共性工作技術(shù)

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

遙感監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于信息采集，主要應(yīng)用于大范圍內(nèi)信息的收集，以遙感設(shè)備在區(qū)域范圍內(nèi)采集空氣信息，如云圖情況、光圖變化等。地面監(jiān)測技術(shù)也應(yīng)用于信息采集工作，但主要用于收集地面小范圍區(qū)域內(nèi)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(shù)主要以靜態(tài)信息為基礎(chǔ)，根據(jù)其變化規(guī)律形成動態(tài)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(yù)測。遙感監(jiān)測技術(shù)、地面監(jiān)測技術(shù)和模型模擬技術(shù)的聯(lián)用，可以在一定時間范圍內(nèi)長期用于大氣污染情況，形成立體化監(jiān)測的基本技術(shù)框架。

2.2傳感器技術(shù)

傳感器技術(shù)主要應(yīng)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(shí)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(qū)域，以立體監(jiān)測為目標(biāo)，還應(yīng)關(guān)注傳感器配置的隨機(jī)性以及高度差，需要選取隨機(jī)位置布置傳感器，以保證空氣樣本采集的隨機(jī)性，在此基礎(chǔ)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(jìn)一步提升信息采集的空間覆蓋效應(yīng)，評估不同污染物的分布特點(diǎn)。傳感器選擇時，以精度較高、感知范圍較大的設(shè)備為主，如果條件允許應(yīng)一體采用智能傳感器，減少數(shù)據(jù)傳輸、處理可能產(chǎn)生的誤差，提升大氣污染立體監(jiān)測精度[5]。

2.3數(shù)據(jù)分析技術(shù)

數(shù)據(jù)分析技術(shù)是大氣污染立體監(jiān)測的重點(diǎn)技術(shù)之一，由于立體監(jiān)測模式下每個監(jiān)測點(diǎn)每日均會生成海量工作信息，這些信息以傳統(tǒng)人工處理的方式進(jìn)行加工，難以保證工作效率，也可能產(chǎn)生信息遺漏、加工錯誤的問題。通過數(shù)據(jù)分析技術(shù)，海量信息的處理效率和質(zhì)量均更有保證，如大數(shù)據(jù)技術(shù)、信息挖掘技術(shù)等。數(shù)據(jù)分析技術(shù)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(shù)字化、信息化工作的基本特點(diǎn)。例如：信息挖掘技術(shù)通常以大氣污染信息內(nèi)的關(guān)鍵指標(biāo)為著眼點(diǎn)，通過降維處理的方式挖掘某一類數(shù)據(jù)的基本規(guī)律，可以保證海量數(shù)據(jù)的處理效率和準(zhǔn)確性、針對性。

2.4物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

各地組織大氣污染立體監(jiān)測時，需要設(shè)置較多的信息采集點(diǎn)位，這些采集點(diǎn)位記錄的信息也往往各有不同，為保證對本地大氣環(huán)境分析的深入性、準(zhǔn)確性，還需要應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將各工作點(diǎn)位連為一個整體，進(jìn)行信息的匯總、共享，并根據(jù)遠(yuǎn)程管控需求下達(dá)各類工作質(zhì)量。物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的核心關(guān)注點(diǎn)在于形成多元互動的層次化作業(yè)網(wǎng)絡(luò)，其基本架構(gòu)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(jiān)測工作以當(dāng)?shù)卮髿馕廴竟ぷ鞑块T為中心，直接關(guān)聯(lián)本地各分區(qū)工作部門，包括各縣區(qū)一級工作單位；各分區(qū)工作部門獨(dú)立管控所屬部門的工作設(shè)備、設(shè)備，利用上述資源進(jìn)行大氣信息采集和分析；所有分析結(jié)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(tài)變化。物聯(lián)網(wǎng)模式符合大氣污染立體監(jiān)測的基本要求，可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)位、多主體工作的一體化。

2.5區(qū)塊鏈技術(shù)

當(dāng)某一地區(qū)大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用范圍較大，需要處理的信息較多時，還需應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)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(nèi)組織大氣污染立體監(jiān)測，形成的工作數(shù)據(jù)規(guī)模較大，如果單純依賴物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)集中處理，其大氣污染工作部門的作業(yè)負(fù)荷過大，也難以保證大氣污染控制工作的靈活性?？梢圆捎脜^(qū)塊鏈技術(shù)作為補(bǔ)充，在常規(guī)組織物聯(lián)網(wǎng)作業(yè)的基礎(chǔ)上，建設(shè)區(qū)塊鏈作業(yè)系統(tǒng)。

各分區(qū)工作部門均獨(dú)立建設(shè)數(shù)據(jù)庫，詳細(xì)記錄本分區(qū)大氣污染立體監(jiān)測工作信息，并統(tǒng)計其特點(diǎn)、挖掘規(guī)律，所有信息常規(guī)上報至唐山市及大氣污染工作部門，形成總數(shù)據(jù)庫，總數(shù)據(jù)庫與各獨(dú)立數(shù)據(jù)庫之間可實(shí)時進(jìn)行信息共享，以服務(wù)實(shí)際工作部門和分區(qū)工作部門的信息交互需要。

3大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用方法

3.1建設(shè)集成化工作系統(tǒng)

為保證上述大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用效果，實(shí)際工作中需要首先建設(shè)集成化的工作系統(tǒng)，以規(guī)范的工作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)的運(yùn)用控制，清晰形成作業(yè)邏輯。工作系統(tǒng)建設(shè)以通信系統(tǒng)、工作平臺為中心，通信系統(tǒng)方面，為保證信息采集質(zhì)量，應(yīng)以5G網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)建設(shè)承載網(wǎng)，所有工作設(shè)備均已爭取渠道買入，保證性能優(yōu)良，可服務(wù)大氣污染信息的采集。計算機(jī)作為工作平臺，也從虛擬內(nèi)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(yīng)建設(shè)小型計算機(jī)群進(jìn)行工作，物聯(lián)網(wǎng)中心以及區(qū)塊鏈工作系統(tǒng)內(nèi)的計算機(jī)群，主機(jī)和分機(jī)性能可參考如表1所示標(biāo)準(zhǔn)。

計算機(jī)群建設(shè)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(shù)、CAN總線技術(shù)等搭建現(xiàn)場工作系統(tǒng)，開始進(jìn)行大氣污染立體監(jiān)測以及數(shù)據(jù)處理。

3.2確定工作標(biāo)準(zhǔn)

大氣污染立體監(jiān)測工作內(nèi)容多樣，為保證工作質(zhì)量，需要確定工作標(biāo)準(zhǔn)，提升邏輯清晰度，包括數(shù)據(jù)處理標(biāo)準(zhǔn)、傳感器信息傳輸間隔標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)庫建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)等，原則上一個地區(qū)的工作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)是一致的。

以數(shù)據(jù)處理標(biāo)準(zhǔn)為例，在數(shù)據(jù)總量較大的情況下，可按上文數(shù)據(jù)處理技術(shù)采用降維分析的方式挖掘關(guān)鍵參數(shù)和規(guī)律，提升數(shù)據(jù)處理效率。默認(rèn)傳感器采集的一條數(shù)據(jù)包括如下維度信息：

[……-e；w；09；g7；-0；g4；89；y2；0-；……]（數(shù)集1）

上述信息包括空氣溫度、濕度、各類物質(zhì)的濃度等，實(shí)際工作中，相當(dāng)一部分信息并無價值或價值很小，如空氣中的氧氣含量、氮?dú)夂?，與大氣污染立體監(jiān)測關(guān)聯(lián)不大，無須進(jìn)行分析處理?？梢园凑沾髿馕廴玖Ⅲw監(jiān)測目標(biāo)，確定若干關(guān)鍵參數(shù)：

[-e；w；09；g7；0-]（數(shù)集2）

根據(jù)關(guān)鍵參數(shù)的選取情況，設(shè)定計算機(jī)工作程序進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，所有數(shù)據(jù)條只提煉與數(shù)集2有關(guān)的5個關(guān)鍵參數(shù)即可，通過此方式可以規(guī)范、高效率地完成數(shù)據(jù)處理，提升大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用效應(yīng)。

3.3應(yīng)用展望

未來大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)與其應(yīng)用，應(yīng)在保留現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)勢的同時，更多關(guān)注信息化作業(yè)、智能化作業(yè)，信息化強(qiáng)調(diào)進(jìn)一步提升大氣污染立體監(jiān)測效率，利用信息化設(shè)備替代、部分替代傳統(tǒng)人工作業(yè)模式，去除可能出現(xiàn)的人工操作誤差、錯誤。智能化作業(yè)則關(guān)注通過默認(rèn)的科學(xué)程序、作業(yè)邏輯組織工作，使大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用全流程處于智能管控之下，進(jìn)一步減少出現(xiàn)工作誤差、信息錯誤的可能，為大氣污染立體監(jiān)測工作提供技術(shù)層面的保障。

4結(jié)語

綜上所述，大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)具有一定的應(yīng)用價值，可以準(zhǔn)確提供污染信息，且能保證信息的實(shí)時性，服務(wù)長期監(jiān)測和環(huán)境污染控制，未來工作中應(yīng)予以更多重視。現(xiàn)狀上看，大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)包括一般共性技術(shù)，此外，還通過傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)提供作業(yè)支持。具體工作中，上述技術(shù)的應(yīng)用以集成化工作系統(tǒng)建設(shè)為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上應(yīng)確定工作的具體標(biāo)準(zhǔn)，以保證技術(shù)應(yīng)用規(guī)范得當(dāng)。未來大氣污染立體監(jiān)測技術(shù)會更多關(guān)注信息化、智能化，提升服務(wù)效能，服務(wù)大氣污染控制。

參考文獻(xiàn)

[1]李志英.生態(tài)環(huán)境監(jiān)測在大氣污染治理中的運(yùn)用分析[J].皮革制作與環(huán)?？萍?，2024，5（2）：37-39.

[2]王賑.環(huán)境監(jiān)測治理技術(shù)在大氣污染防治中的應(yīng)用[J].皮革制作與環(huán)?？萍迹?023，4（13）：112-114.

[3]柳增強(qiáng).環(huán)境監(jiān)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(jiān)測技術(shù)體系建立研究[D].重慶：重慶工商大學(xué)，2020.

[5]周旺.基于移動監(jiān)測系統(tǒng)的化工園區(qū)大氣污染溯源研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2022.