空气质量自动监测综合示范站建设及管理

裴成磊 黄祖照 刘叶新 邝俊侠

（广州市环境监测中心站，广州510030）

广州市空气质量自动监测综合示范站包含国家灰霾影响空气质量监测试点监测、国家温室气体监测试点监测以及各项研究性监测。综合示范站内配置大量非常规监测仪器，给运行管理提出了更高的要求。本文结合广州市空气质量自动监测综合示范站实际运行经验，介绍了自动监测综合示范站的运行管理方法。

1 概述

广州市环境监测中心站于2008年4月开始空气质量监测综合示范站建设，2009年9月验收运行，每年可获取约120万个有效监测数据，2000张立体图片，为2010年广州市亚运空气质量保障预测预报提供了有力的技术支持。空气质量自动监测综合示范站主要包括三大监测功能：国家灰霾影响空气质量监测试点、国家温室气体监测试点以及针对广州市空气污染特征而进行的各项监测。针对广州市空气污染以复合型污染为主，空气质量自动监测综合示范站除配置常规监测项目、灰霾影响监测项目、温室气体监测项目外，还配置了气溶胶监测、光化学反应产物监测及多种气象监测雷达。空气质量自动监测综合示范站新型监测分析种类众多，监测仪器的稳定运行需要科学的管理作保障，结合工作实践探讨在硬件、数采软件、通信系统等多方面综合管理。

2 空气质量自动监测综合示范站建设

站房面积40平方米，采用彩钢板结构，天面用不锈钢结构，有良好的密封性，具有防腐蚀、抗风、 防渗漏、隔热保温功能，全局布置3D示意图见图1。

图1 全局布置3D示意图

站房内部用仪器柜及实验台的方式安装仪器。另建一2.7米高、面积25平方米的混凝土结构平台以安装风廓线雷达、云高仪、温廓线雷达、多轴差分光谱等光学仪器，避免干扰。站房采用3相5千瓦供电、站房防雷、3级电源防雷、电话线防雷、配3千瓦及5千瓦稳压电源、2台5匹柜式空调以保室内温度恒定、ADSL数据传输。

3 空气质量自动监测综合示范站管理

3.1 数据系统管理

空气质量自动监测系统的异常数据可能由于数采仪或通讯等故障原因造成，这些在日常的巡检时不易被发现［1］。为保障空气质量自动监测综合示范站数据的正常采集，建立了一套数据采集系统，由子站数据系统、中心数据系统和通讯网络组成。子站数据系统负责采集、存储、传输监测数据；中心端系统负责接收、存储数据，并可对数据进行查询和质控；通讯网络负责承载数据的传输。

3.1.1 子站数据系统

子站数据系统由工控机和数据采集软件构成。空气质量监测综合示范站项目众多，为满足仪器数据采集的实时性要求，管理上按照不同的数据采集软件将仪器分为两大类。一类数据结构简单，以数值数据为主且数据量不大，主要有常规监测项目仪器、颗粒物监测仪器、温室气体监测仪器、EC／OC分析仪、VOC气相色谱仪、黑碳分析仪等。此类监测仪器数据可以使用常规空气自动监测子站数据采集软件采集。第二类监测仪器数据结构复杂或原始数据是以图片文件形式存储，数据采集和传输困难，如风廓线雷达、温廓线雷达、激光雷达、粒径铺仪、太阳光度计等。此类监测仪器单独配置数采工控机，加装专业数据采集软件，数据传输采用ftp数据传输方式。

子站数据系统的每台工控机均有固定的远程控制账号，可远程监控站内仪器监测数据、运行状况，并对出现问题的仪器进行前期诊断和维护。

3.1.2 中心数据系统

中心数据系统是由中心系统服务器和系统软件组成。子站数据系统中的第一类仪器数据可直接被中心数据系统接受存储。中心系统可以随时查看30秒实时数据、五分和每个小时的原始值，并可进行数据质控。子站系统中的第二类仪器通过ftp存储于中心系统服务器固定路径下，使用专业软件查看数据。

为确保中心数据系统数据接收可靠性，管理上除主服务器外，另配置两台备用服务器。中心数据系的数据安全是十分重要的，为此，数据库文件实现每日备份（备份收数机器同时接收数据），服务器账号密码半年更新一次，账号和密码的权限按操作人员的职权划分，一般操作人员只能进行数据查看，有管理员级别的操作人员可实现数据质控，报表制作，数据对外发送等操作；操作人员的操作时间、姓名等信息保存于数据库中，方便跟踪判断。

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3.1.3 通讯系统

综合示范站子站端采用ADSL作为主通讯网络，为保障通讯网络的可靠性，组建了3G无线辅助通讯网络。辅助通讯网络采用链路备份功能：正常状态下采用主通讯网络，辅助通讯网络处于预备状态；当主通讯网络失效时，辅助通讯网络随即生效；主通讯网络恢复后，随即切换回正常状态。综合示范站中心端使用两条专用通讯线路，两条线路同时接收数据，通讯线路配以专人进行维护。实践证明这种通讯网络能管理方式能很好地保障数据传输的正常运行。

3.2 仪器运行管理

自动监测仪器运行环境较为一致，按照常规空气自动监测子站做好运行管理［2－4］能较好地保障站内仪器24小时稳定运行，但综合示范站因监测仪器种类繁多，配套监测设备复杂，管理上对以下几点进行了强化：

（1）氢气安全保障：综合示范站内VOC和甲烷非甲烷总体分析仪器需要氢气，氢气是易燃易爆的气体。主要使用氢气发生器，而避免使用氢气钢瓶气，注意站内的通风透气，排气扇24小时连续运行。

（2）激光防护：激光雷达、OC／EC分析仪均使用激光作为光源，激光能量集中，亮度很高，即使是反射光也会对人眼造在伤害，应在激光出口周围加装了防护栏，竖立警示招牌。

（3）温控保障。监测仪器稳定运行需要稳定的环境温度，如温控设备故障，站内温度会迅速升高，过高稳定会导致大多数仪器故障，风廓线仪更会出现过温自动断电的情况。因此，对温控设备要制定严格检修计划，温控电源采用专用线路。

（4）电磁防护：风廓线雷达在工作时发射天线将产生微波，微波辐射会对人体造成伤害。在风廓线发射天线外安装微波防护网，并加锁防止外人进入。

（6）管路密封：仪器日常工作和标定时都会有危害健康的气体排除，所有仪器废气严禁直接排入站内；对各条管路加强仪器管路连接气密性的检查，及时更换破损的管路。

3.3 运行质量管理

采样系统、监测仪器、通讯系统、计算机系统中任何一个环节出现问题都会影响到空气质量自动监测综合示范站正常运行，影响数据的准确性、可靠性，维护人员的责任心与技术水平的差异等都会直接影响数据的准确性。为此，广州市环境监测中心站制定了《GD0507空气质量自动监测系统质量保证管理规定》和《GD0505自动监测仪器维护保养管理规定》，建立了一套行之有效的质量保证和质量控制管理办法［5，6］。

为规范温室气体运行维护保证国家环境空气质量监测网络站的运行质量和数据准确性，中国环境监测总站根据环境空气质量自动监测技术规范，编制了温室气体站自动监测设备的运行维护手册（含质控）。广州市站与2011年8月启用了该手册，按时做好每一项工作。

针对新型监测仪器，目前可借鉴的管理经验不多，多年的运行实践总结了一些对监测数据会造成影响的因素，以便为数据质控提供参考。

3.3.1 湿度影响

（1）在粒径谱仪采样分析时，如果湿度超过50～70%将大大减弱粒子的散射效果，对数据的准确性造成影响。珠三角等南部沿海地区，在春夏时节湿度较大，为保证数据的准确性，需要加强对干燥剂的更换，广州站使用变色硅胶作为干燥剂，更换周期为10～15天。

（2）大气中的水汽会影响风廓线雷达探测的高度，因为湿空气的反射系数变化更大。如果空气很干燥，会发生有一段距离门的风数据缺失，而上下的距离门都有数据。

3.3.2 降雨影响

（1）对于风廓线雷达来说，降雨的回波信号比空气回波信号强，这将会导致雷达波束所探测的风速等信息不准确。因此，降雨时要注意对数据的质控。

（2）激光雷达以激光为光源，通过探测激光与大气相互作用的辐射信号来遥感大气。降雨时，雨滴将对激光信号造成影响，使得测量的信号不再准确，此时数据一般是无效的。

（3）微量震荡天平法监测颗粒物质量浓度的监测仪器，在湿度剧烈变化时监测，监测数据会有异常，需对数据进行质控；在降雨时间较长时会造成测值偏高，降雨停止后一段时间，会出现负值，需对降雨前后数据的质控。滤膜负载过高、切割器阻塞也是数据波动较大的一个原因，在颗粒物浓度较高季节，及时更换滤膜、清洗切割器是数据稳定的重要保障。

（4）太阳光度计有雨量传感器，有降雨时仪器将自动停止运行，不再产生数据。

3.3.3 过滤器影响

（1）粒径谱仪鞘气是通过转配过滤器过滤空气形成的，如过滤器发生阻塞，导致粒径谱仪流量报警并会导致峰位置的偏移，从而影响数据的准确性。珠三角等南部沿海地区，秋冬季较易发生灰霾天气，长时间后会使过滤器超过负载而发生阻塞。因此，在秋冬季节要每天查看仪器流量和监测数据，如发生流量报警或数据偏差过大，要及时更换过滤器。

（2）温室气体甲烷非甲烷总烃分析仪在进行零点检查时，滤膜负载较大会影响零点检查结果。

3.3.4 辅助气体影响

（1）温室气体试点监测项目中甲烷非甲烷总烃分析仪需要氮气作为载气，使用氢气作为燃料气，氮气压力过低，仪器测值将为零，氢气压力过低将导致仪器点火失败并停止运行，产生异常数据。运行管理中，氮气发生器和氢气发生器的压力值是需要密切关注。

（2）甲烷非甲烷总烃分析使用氢气作为燃料气，氢气发生器使用电解水的方法产生氢气，并用干燥剂滤除水分。但氢气发生器使用的干燥剂管容量较小，容易过载。如果氢气水分过滤不充分，将对监测数据和仪器本身造成影响。因此，需要加强对对干燥剂的检查和更换。

4 结语

广州市空气质量监测综合示范站建成运行已有四年，科学合理的运行管理能保障站内各台仪器的正常运行，提高监测数据的可靠性。

［1］包权 .上海市环境空气质量自动监测数据审核体系的构建及其应用［J］.环境科学与管理，2010，35（12）：160－164.

［2］《空气和废弃监测分析方法指南》编委会 .空气和废弃监测分析方法指南（上册）［M］.北京：中国环境科学出版社，2006：77.

［3］王卫 .空气自动监测系统运行管理故障处理［J］.环境监控与预警，2011，3（1）：23－24.

［4］邢梦林，张军，陈向明，郑瑶，李金锋，郭新望 .空气自动监测系统运行影响因素分析［J］.干旱环境监测，2008，22（4）：249－253.

［5］《空气和废弃监测分析方法指南》编委会 .空气和废弃监测分析方法指南（上册）［M］.北京：中国环境科学出版社，2006：116－117.

［6］伦伟明 .空气质量自动监测系统的运行与控制［J］.现代测量与综合示范站管理，2008（2）：50－52.