基于车联网的大气自动监测网络对环境治理的促进作用

2021-03-10陈烨

绿色科技 2021年2期

陈烨

(苏州市吴江环境监测站,江苏苏州 215200)

1 引言

随着现代社会的进步，工业水平和体系的不断完善，中国制造走出了国门。在社会发展的同时，环境污染导致的社会问题以凸显出来，已然成为了社会讨论的焦点话题。汽车尾气、工业排放、PM2.5、重金属污染、化工原料的泄露和爆炸等一些列的问题，使得空气环境污染越来越严峻。在环境污染日益严峻的情况下，大气污染问题已经严重危害大众的身体健康，同时对于大气污染的问题国家也出台了相关的文件，各地都在积极探讨解决和治理环境污染的途径和措施。

单丞斌从自动化判别思路对自动监测网络数据有效性进行了研究[1]；王国华通过对人工确认和计算机程序识别进行比对证明了自动监测网络数据的真实性[2]；江明，黄建彰等通过研究物联网控制技术设计了B/S架构的自动监测平台进行应用[3]；杨文武通过对乡镇空气自动监测站的实际应用证明了自动监测网络能达到污染源精确定位的作用[4]；胡丽莎通过研究车载监测站实现了数据的移动采集和分析[5]；赵求实通过对自动监测系统管理中存在的问题提出了数据信息化网络管理[6]；严威，张明提出当前环境自动监测系统的数据已成为环境判断的重要依据[7]；滕曼，庄鹏等提出了激光雷达的技术符合大气环境监测的研究领域[8]；席胜伟阐述了大气污染对于身体的危害[9]；丁剑平提出了当前阶段大气污染的严峻情况[10]；许德旺在文章中分析了大气污染的主要起因和危害[11]；关雪，李彦妍提出大气污染治理当前是环境工程中的主要课题[12]；孟凡亮在文中分析中国当前的环境状况是“先污染后治理”的路径[13]；徐方从工业和生活方面对大气污染源的鉴别进行了研究[14]；周悦先，李红根据统计资料对大气污染造成的经济损失进行了研究[15，16]；李耀远，吴凡，孙云飞通过对大气污染的危害性研究提出了防治的对策[17～19]；赵蕾研究了基于车联网的大气监测系统的设计思路和可行性[20]。

所以，针对日益严峻的大气污染问题，建立针对大气自动监测的网络可以从根本上查清污染源、了解清楚污染成分，根据当前环境的管理现状和社会发展的需求，可以更好地改善环境质量。

2 我国的大气污染现状

气态污染物和固态污染物共同造成了大气污染，空气中的污染物质达到一定的浓度，就会通过呼吸作用和皮肤被吸入人体，从而直接影响人体健康，同时还可以通过污染食物、水体和大气而影响城市环境质量。大气主要污染包括SO2、NOx(NO、NO2)、CO、O3、H2S、NH3、VOC、重金属等。即便在能见度较高的天气中，人体也可能正在吸入数百万的颗粒物，这些颗粒物被称作“气溶胶”，大小从几纳米到几微米不等，分布在地球大气的各处，从沙漠上空到海洋上空，从地表到平流层。它们成分不同，大小不同，来源也不相同，包括灰层、粉尘、煤烟、烟雾等，大多数具有危害性。它们能够在大气中停留很长时间，也很容易穿越人体的防线，随着呼吸轻松进入人的气管或肺中，影响人身体健康。比如，电厂、制造业用的各种化石燃料，它们燃烧时产生的二氧化硫会生成硫酸盐气溶胶，开荒烧地产生的烟雾含有大量的有机碳和炭黑，在室内，抽烟、烹饪、烧烤、燃烧蜡烛灯也是气溶胶的来源。近些年来，我国对大气环境治理不断加大力度，希望可以改善大气环境污染问题，但是在整个环境治理方面依然存在严峻的考验。

3 基于车联网的大气自动监测网络的应用

大气自动监测是监测空气质量的系统，它可以监测了解空气中的各种污染物成分，例如SO2、NOx(NO、NO2)、CO、重金属的成分含量。传统的大气监测系统首先需要建立监测网络，然后分成很多个监测站和一个监测总站，每个监测站和监测总站之间进行连接，由监测总站进行控制和指挥。每个监测点都会实时对空气质量进行数据的采集，并监测和分析气体中的成分和浓度，同时进行校准，再把分析处理后的结果通过互联网向监测总站输送并进行存储，再由计算机对数据进行处理并生成数据报表，展示空气质量和其他有害气体的种类和浓度，一旦发现某种污染物的浓度超标，系统马上会自动发出警报。

传统的大气监测站维护成本高，固定化的监测站无法满足全地区覆盖要求，基于车联网的大气自动监测网络，可通过部署在公交车、出租车和专用监测车上的车载终端，省去高昂的自动监测站点的建设费用，通过部署在汽车上的传感器连接2G/3G/4G网络进行数据交互传输，同样实现车载设备和自动监测平台之间的连接(图1)，通过大气自动监测网络的空气质量监测，可以为环境保护部门和政府提供数据和决策支撑，为民众提供权威的空气质量预报。

图1 基于车联网的大气自动监测网络架构

4 基于车联网的大气自动监测网络对环境的促进作用

4.1 推动环境监测工作的转型

通过物联网和大气自动监测工作相结合，借助于物联网车载检测终端的便捷性、移动性，弥补了传统大气自动监测站场地固化的缺点，解决了现有大气环境监测治理工作模式单一的问题。通过大数据和算法对基于车联网大气自动监测网络采集数据进行优化校准，有着传统自动监测站无法比拟的成本低等优点，为大气自动监测平台提供了更多的采集入口，更多的数据来源，促进了环境治理工作的决策优化。

4.2 减少各行业污染物排放

结合各个城市目前的整体情况来看，大气的污染物主要来自于化工污染、汽车排放、城市建设等。由于城市管理松散、居民对环境污染的不重视、各大工业企业的肆意排放，加上监测技术和设备的落后，致使我国环境污染问题比预想中更加严峻。目前大气污染成分中的硫化物、颗粒物、重金属等对环境已经造成了严重的污染，并对人体健康造成严重的危害，大气颗粒物中的重金属污染物具有不可降解性，通过呼吸进入人体后，造成各种人体机能障碍，甚至引发各种疾病。部分工厂在生产经营中为了获取更多的效益，完全不顾国家废气排放标准，肆意生产和排放，导致废水、废气严重超标，这种情况只能通过大气自动监测平台进行监测管理。在各大工业区、化工厂、建筑地等区域安装流动和固定自动监测系统，对工业区、化工厂、建筑地的空气质量进行监测和管理，严格管控使其按照排放标准进行排放，一旦排放超标，自动监测系统将发出警报，当地管理人员便可以对其进行管控，对企业违规情况进行处理，最终达到改善环境污染问题的作用。

4.3 为环境治理工作提供来源依据

国内的空气污染情况非常严峻，主要以PM2.5为代表的颗粒漂浮物，O3为主要的污染源。PM2.5等颗粒漂浮物主要的生成原因有一次产生和间接转化，针对一次产生的情况，通过强有力的管控颗粒物发生源可以有效地降低颗粒物浓度。但是间接转化的成因比较复杂，在特定的光照和气候条件下，气态存在的污染物将进行固化转换，产生以颗粒存在的污染物。O3的污染主要是以N2O、NO、NO2、N2O3等氮氧化物和VOCs，在光照和特定的气温影响下，经过复杂的转化，产生O3污染物，O3的污染主要发生在夏、秋高温天气。针对O3和PM2.5的污染的治理，则需要建立监测网络，利用车联网技术的移动性和广泛性，对监测数据高效的信息传输，对O3和PM2.5的产生机制和产生原因进行监测分析，对污染源的治理提供依据，从源头上降低O3和PM2.5的生成。大气污染治理工作，监测和治理需要两手抓，要想科学的治理，就需要从源头上进行监测，为治理提供数据支撑，同时，也需要针对监测分析结果制定相应的治理和防范方案，并对治理和防范方案不断进行优化，两者结合、科学治理，才能事半功倍。

5 展望

随着互联网和车联网以及传感技术的不断进步和发展，大气自动监测将会更加智能高效，结合AI技术进行卷积化自我学习分析大气特征，并不断进化，可在无人工干预的情况下完成自动采集、上传、整理、分析、学习、报告、预警、并且将会成为全国各地大气污染治理问题的重要手段。大力建设各地的大气自动监测平台，完善基于车联网的大气自动监测网络，可以有效地监测各个城市的空气状况，最终实现环境空气质量的持续改善。