大气环境保护中数字化监测系统的应用

牛建军

（山西省生态环境监测和应急保障中心（山西省生态环境科学研究院），山西 太原 030027）

当前，全世界都在饱受生态环境问题的困扰。生态环境问题日益严重，对人们的健康造成了极大的损害，同时，也直接影响着时代发展。因此，大气监测工作已成为我国可持续健康发展过程中必不可少的工作。数字化技术的发展是将智能系统、数字化引入大气监测，使大气监测全过程数据采集更快，为生态环境保护规划的制定提供了有力保障。

1 大气监测系统在环境保护中的重要意义

大气环境监测在生态环境治理层面具有关键的现实意义：①大气监测是一项持续性、持久性的工作，可以对区域内的空气污染进行长期连续监测，并获取相关数据和信息为空气生态环境保护管理办法提供指导。此外，对大气污染监测数据的积累，对多条数据信息进行统计分析，也有利于后续的环境空气修复工作；②对区域空气污染进行监测，进一步了解环境空气，同时提供更便捷的服务项目。雾霾污染会对呼吸系统的健康造成更大的伤害。对雾霾污染进行监测，可以大大减少这种类型的损害[1]。基于数据空气监测系统的应用，可对空气环境和空气污染较严重的地区进行24小时动态监测。

2 数字化监测系统与大气监测的概述

2.1 数字化监测

在具体的操作环节，数字监控系统可以采集数据和信息内容进行计算分析，然后作为附件存储，存储后进行数据传输，完成数字监控。在大数据时代，数字监控系统不仅具有近距离监控的功能，还具有远程控制和监控功能，它的远程控制和监控系统有一个服务器和一个客户端，服务器还包括互联网和数据等网络服务器，移动客户端具有数据检索、数据收发、数据分析等功能[2]。

2.2 大气监测

大气监测是分析解析大气环境中的各种成分，进而区分大气的破坏程度和大气中污染物的来源。大气监测的作用是持续或及时对大气环境中的主要污染物进行实时监测，并根据我国制定的大气监测标准，区分对环境的破坏程度，由相关部门撰写报告。在预防措施中，大气监测提供的数据是制定最新法律法规的有力依据，为环保局提供材料和数据。空气污染物的主要成分是CO、C（S）金属氧化物、烟尘颗粒等。大气监测就是对空气污染成分进行研究和监测，然后判断是否超标，并以此为基础为生态环境保护提供相关对策。不同地区、不同条件的大气监测形式也不同，应因地制宜地选择大气监测方法，以利于更准确地开展日常监测任务[3]。

3 数字化监测系统在大气监测中的应用

3.1 实现大气环境监测的数字化

数字监测系统在大气监测全过程中的应用是非常关键的，而大气环境监测的数字化是关键用途之一，需要从多个方面完成大气环境监测的数字化，包括数据采样的数字化、数据的存储、数据的传输和数据的接收。其中数据采样、数据存储和数据接收都是相互独立的，不易相互影响。这对系统的管理方法和保护非常有利，同时可以对环境中的整个大气进行监测，且监测到的数据在传输过程中不易发生误传。如今，资源共享是一个热门话题，在大气环境监测中也是如此。数据资源共享在监测过程中互不影响。例如：在地貌较为复杂、环境极端恶劣的山区，资源相对稀缺，现场获取大气环境数据资源非常困难，有关部门将数字监测系统应用于大气环境监测，并使用数字监测系统、自动化技术及实时监控功能可实现对这种环境进行监控。在这种极端情况下，监控的数据不容易出错，数据资源可以共享。

3.2 应用于大气环境监测质量控制

大气生态环境问题一直是人们关注的焦点，采用数字化监测系统进行大气监测后，整个系统的配套设施和监测设备对大气质量的调节实现了智能化和数字化。大气环境监测质量控制的每个阶段都尤为重要，例如，在对数据进行采样时，采样点的选择非常重要，必须具有典型特征，采样点必须保证能反映监测区域的环境污染浓度值。监测偏差很大一部分来自总采样流量，因此，应在试验前制定统一的总采样流量规范，以保证检验的准确性，抽样后，必须严格有效地控制样品的交接工作，防止样品不细化。采样工作完成后，必须在实验室进行分析。在分析解析环节中，数字监控系统的配套设施中有相应的分析机械设备，但在实验室中需要保证实验室关闭，以减少因外界因素对实验结果造成的偏差。在数字化监控系统具体监控的整个过程中，首先要保证监控质量与所研究的标准测试产品一致，其次要确保在监控过程中严格执行相关的规章制度，确保大气环境监测质量[4]。

3.3 应用于大气污染物分析

信息化管理的发展趋势催生了数字监控系统的多个版本号，但基本概念和工作内容大同小异，该数字化监测系统根据大气监测全过程的需要和重点内容具体使用，可应用于环境污染严重地区的大气污染物分析。以河北石家庄市为例，气象局利用数字监测系统的各种传感器设备，采集大气污染物中SO、NO等成分的数据和信息含量，通过深入分析掌握其影响因素，以治理各工业企业的废弃物排放和废气排放。

3.4 应用于大气污染实时监测

数字监控系统还具有交互式实时监控功能，例如，天津市环保局利用短视频数据分析系统识别技术，在大气污染特别明显的地区安装了相应的监控系统，实时监控系统内煤炭、秸秆的焚烧情况。数字监控系统充分利用自动检索功能发出超标报警，环保局工作人员可及早获取信息，深入开展监管工作。一般来说，在大气监测中使用数字监测系统，以大气环境污染指标值为规范，根据数据和信息内容的分析，可以及早找到导致环境污染的主要因素，减少环境污染。通过实际地图定位，合理有效的污染治理，显著提高了现阶段环保工作的效率。在使用数字监测系统的同时，必须严格控制大气监测质量，不仅要提高效率，还要保证数据和信息内容的真实性和稳定性，让环境污染情况清晰地展现在人们面前。数字监控系统在运行过程中需要实时监控采样总流量的状态，确保监控数据不易因采样总流量不规律而出现监控偏差，提高大气环境污染监测的准确性。因此，将数字监测系统应用于大气监测中大气环境污染的实时监测，可以合理提高大气监测的准确度。

4 大气监控中的数字化监测系统— 地空一体化技术

4.1 系统框架

从外部经济学的角度来看，地空一体化技术可以监测大气环境中污染物的浓度。并且可以基于短视频进行实时观察和记录；从宏观经济的角度来看，该技术可以在一定范围内使用，监测控制大气粉尘和环境污染，在具体使用的整个过程中，这种技术性有利于检查人员立即进行监督调查取证，便于进行合理的应急处理。

4.2 空中监测部分

系统的航线监测部分主要是无人机地理信息系统的空气环境保护监测系统软件，可以更加客观、立体地显示空气污染物的浓度值、来源和分布。企业科学合理地运用参考数据和信息，不仅制定了有效的解决方案和响应机制，还能有效反馈整改和解决方案的预期效果。与传统的人机作战通道和卫星遥感技术相比，无人机地理信息系统具有更长的飞行时间，可以实时传输监控图像，成本更低，图像分辨率特别高，实际应用的预期效果更为显著[4]。监控的基本原理主要是基于高像素CCD摄像采集系统和大气环境相关指标值的图像数据传输，而且，无人机的导航路径和运动轨迹的引导更方便，可以满足高精度图像数据的要求。

4.3 地面监测部分

在各市、各区县部署燃气自动监测站和“区域站”，即在企业开发区、居民点等区域建立多个监测网站，并规定此类网站能够反映区域环境影响，同时保持与其他网站的联合工作。监测核心还需要与各监测站形成类似于空气质量指数气象图的网格化气体监测管理系统，以更加科学合理的方式开展大气环境保护工作。

4.4 设计原则

数字监控系统由优秀的智能系统网络层——精准的网络管理服务平台、更安全有效的数据共享网络层——物联网技术、通信技术及其响应更快的认知层——机械设备智能检测三个部分组成。由于本数字化管控系统将用于大气环境保护，因此需要选择可靠、对外开放、可扩展、成本可控的监控系统。

4.4.1 安全可靠

系统必须使用技术先进、技术完善的机械设备，要保证设备的可靠应用、数据的安全分析和存储、内容的安全显示和个人行为的监控。辅助大容量移动磁盘，方便系统加速升级、数据合理存储，安全有保障，无惧丢失。

4.4.2 对外开放，可扩展

数字视频监控系统必须有通用的传输安全通道。选用标准的TCP/IP通讯模块，完成操作系统的开放操作，可结合当前网络技术变革和通讯的发展趋势，选用全透明传输安全通道设计方案，可实现提示火灾安全、生态环境保护监管机构和自然保护区管理单位等完成多回路联动，利用IP网络通信端口完成远程操作。随着社会的发展，用户需求的变化、大气环境监测主要参数的变化以及系统发挥的作用必须易于扩展，必须升级新的必要的系统控制模块，使应用更加个性化。

5 大气环境监控实践分析

5.1 工程概况

监测区位于北部地区的一个二线城市，监测范围40平方公里，人口25万以上，科技园区8个，在具体的数字化监测中，该区域共布置了5个监测定位点。对于人口50万以下的城市，二氧化碳、二氧化氯、氮氧化物及其漂浮颗粒物的标准监测地点保持在三个，以适应地点布局和区域大气环境、污染特征等因素，有效布置区域监测定位点，确保数字化监测取得满意的实际效果。

5.2 环境特征污染物

在进行具体监测之前，需要根据云计算平台阶段目标的百分比深入调查，如区域内大气环境综合破坏率、城市环境污染危害程度等。当地住户反映最普遍的空气污染问题是烟尘，因此，采用综合评分法和相关评分指标值来把握具体情况。

5.3 点位优化目标与监测时段

本次研究监测区域涉及住宅区、商业步行街、科技园区等，市中心为商业步行街和住宅区。由于该地区长期为东南风向，气体和空气污染对城市中心和居民区的危害较大。因此，有必要对点位设置进行有效改进，以达到空气污染监测的预期效果。此外，在监测点健全性的基础上，还需要提高资源的充分利用和管理水平，提高经济效益。结合区域环境污染特点，本次分析的重点是选取冬季（空气污染程度较大）10月份连续20天的数据监测进行评析。每日监测时间范围如下，即早上7：30-8：30、下午14：00-15：00，其中重点监测项目有粉尘、SO、NO、漂浮颗粒等[5]。

5.4 监测点位优化

在监测点升级的整个过程中，要严格遵守相关规定和规范。一是确保监测点周边视野开阔，无不明障碍物，避免数据信息和报文的提交和接收受到阻碍。其次，要保证采样口的平行线与周围建筑物绝对高度的夹角在30 °以下，监测点周围还必须有270 °的采样空间，以提高检验的实际效果和精度。再次，在监测点的推广上，一定要尽量避开一些吸附性强的花草，一般监测点20 m范围内不应有灌木。最后要严格保证智能检测系统软件的重要性和电力安装工程的影响。在应用中，我们必须整合采样点规范，从高、中、低三个级别采集不同污染物浓度值的样本，并按功效等级排序[6]。按照完善合理布局的规律，科技园区空气污染最严重，市区空气污染垂直居中，居住区空气污染最小。本次升级后，临时测量点总数从5个减少到3个，分别于科技园、大城市核心区、日常宿舍区开展居民区污染监测。由于减少了两个监测点，合理地进行资源利用，从而实现社会效益和经济效益的双向发展，最终的监测结果也十分理想。

6 结语

数据监测系统是当今环境污染监测中非常常见的技术，作为信息时代的“清洁工”，数据监测系统激发了空气污染监测的关键作用和优势，完成了气体环保监测的智能化、现代化，同时，有效保证了数据监测的真实性和可靠性，为后续检测提供指导。如今的数据监测系统早已在空气环保监测系统的诸多方面得到应用和体现，为了更好、更快地提高空气监测质量，必须加强对智能监测系统的研究，进一步整合和完善系统和相关技术，为空气监测提供更充分的应用。