TZ5040XJCJXM6A 大气环境监测车的设计及走航监测案例

赵衍平 文

This paper introduces the development background and structural composition of TZ5040XJCJXM6A atmospheric environment monitoring vehicle, operation principle of monitoring instrument, and cruise monitoring case. The vehicle plays an important role in real-time and rapid monitoring of atmospheric quality and accurate traceability.

近年来我国环境保护日益得到社会的重视。但在国家提出2030 年实现“碳达峰”和2060 年实现“碳中和”的“双碳”目标下，传统的环境监测站(固定站)已经不能完全满足环境应急监测的需求；我国已将各大中城市及突发灾害事故的大气环境进行实时监测纳入预案，并将实施常态化管理；因此，环境监测车因具有机动、灵活、功能集成性的特点，能够快速、高效地完成特定区域内环境的应急监测工作

基于上述背景开发的基于福特江铃全顺长轴高顶V348(JX6581TA- M6)柴油客车底盘改装的TZ5040XJCJXM6A大气环境监测车(下简称：监测车)，可保证工作人员拥有宽敞舒适的工作环境，并为系统的运行和维护提供符合技术要求的环境条件。

该车拥有先进的安全实验室环境、智能控制供配电(电源)系统、监测仪器储存系统，综合运用了现代环境应急检测技术及其他数据处理技术；具有现场样品分析、数据整理等功能，可及时处置和提供快速、准确、可靠的科学依据。

该车保障了良好的动力性和操作性，满足国Ⅵ排放标准，符合用户使用要求——包括使用环境、应用功能等。

下面对整车的结构特点、监测仪器的工作原理和走航监测案例予以介绍。

1 整车改装部分设计

整车改装结构示意图，如图1～图4。

图1 整车改装结构布置俯视图

图4 整车改装结构布置后侧视图

1.1 改装后的监测车不影响原底盘车的动力性、制动性、通过性、承载能力等技术特性，充分计算原车前后桥最大载荷，合理布置全车配重，保证前后桥载荷不超原车允许范围。

1.2 车载设备固定可靠、耐冲击，具有良好的减震性，可保证设备和人员安全，具有良好人机关系，操作方便。

1.3 车体造型美观，内饰布局合理舒适，具有良好的保温、防雨、防尘等特性。

1.4 整车设计方案，按应急监测和移动实验室2 种使用方式设计，可适应多种应急监测及实验室操作。

1.5 整车底盘以上分为3 个区域，从前到后依次为：驾驶区、工作区、装备区。其中：

(1)驾驶室：可乘座3 人。

(2)工作区：长度1 400 mm 左右；工作区与驾驶区用隔断墙(前隔断墙)隔开；前隔断墙采用高分子材料(颜色为浅色)；前隔断墙工作区一侧安装有显示屏；工作区前侧安装一张办公桌和2 把办公座椅，办公桌面为实木。

图2 整车改装结构布置左侧视图

图3 整车改装结构布置右侧视图

(3)装备区：长度1 180 mm 左右，工作区与装备区实验台隔开，实验台桌面采用30 mm 厚的多层面板；实验台具有专用仪器柜，配有专用设备固定导轨和固定装置，可存放监测仪器并进行减震保护。实验台中部安装有减震平台，减震平台上安装监测仪器，中间仪器侧面共有8 个风扇(副驾驶侧5 个，主驾驶侧3 个)定向主驾侧吹风，主驾墙体上开有通风口；实验台副驾侧安装工控机、配电盘、取力发电机控制器与电气控制总成相连，监测仪器后部安装装饰板并预留监测仪器的采样气管经过装饰板的穿板口；装备区后部安装后上车踏步(方便人员上下车)，实验台上部安装有中部吊柜(用于存放随车文件)。监测仪器设备固定在工作区后、后桥之前装备区的设备机柜内，此位置为全车颠簸最小的位置，既对仪器最安全，又是最便于操作之区域。仪器固定牢固、可靠；确保在行车、刹车、驻车状态下仪器设备安全、无任何损坏。

2 车辆供配电系统

该车供配电系统设计合理、可靠，其供电方式包括：市电供电、取力供电、锂电池供电。其中，市电模式能为全车所有设备不限时供电；取力发电机模式能为除驻车空调之外的全车所有设备不限时供电；锂电模式能为除驻车空调之外的全车所有设备供电，不小于6 h。即：驻车空调只在停车、市电条件下使用。

3 种供电方式的切换由4 档开关手动选择完成。由于3 种外电为不同属性的电源，因此不可以并行接入，只能由开关选择其中一种。

由于设计了UPS 供电保障系统，在15 min 内完成供电方式切换，不会影响设备的正常使用。

供配电系统可以为车载设备提供可靠优质的交流电；同时也设计了交流转直流的电源，以对直流设备供电。

配电控制单元，可保证系统用电互不干扰。

此外，该系统还进行了电磁兼容性设计。电子设备对电磁环境很敏感，需要进行电磁防护。对电磁干扰的防护程度与屏蔽、接地的质量有密切关系。为了将电子设备之间可能产生的电磁干扰降至安全范围，方法是：选用屏蔽性能良好的插接件；采用防静电装饰材料；良好的车体接地及配备接地针设计；各分机采用多点接地，以避免较长接地线引起的分布电容。

该车还配有工控机、显示器、视频传输等设备，为监测数据的显示、存储、远程传输提供条件。

3 监测仪器的工作原理

监测仪器是大气监测车的核心设备。其工作原理，如图5 所示。它以车载的在线挥发性有机物(VOCs)质谱监测系统(移动监测平台)为基础，利用半透膜采集空气中的VOCs，利用真空紫外灯和电离系统得到物种分子离子，利用飞行时间质谱法对多物种同时检测。该仪器使用分子量进行定性，并通过标准样品进行定量，可实时获取不同物种的浓度分布和变化规律。另外，由于不同行业、不同企业排放特征不同，通过模型计算，结合污染源分布和实时风向，以及走航定位污染区域，能够对VOCs 的污染源进行实时追溯，精准判定污染区域、行业，甚至污染企业。

图5 监测仪器的工作原理

该监测仪器的优点：监测能力强——理论上可同时监测300 多种VOCs；时间分辨率高——可以做到1 s 内对空气中300 多种VOCs 气体同时监测达100 次，真正做到实时监测。

4 走航监测的具体案例

走航监测，是对大气独特的监测手段。它是指利用移动监测平台——大气环境监测车，在监测目标范围内边行驶、边监测、边反馈；通过车载的质谱走航监测系统，对环境空气中的VOCs进行快速检测；根据检测出的污染物总浓度，描绘污染地图。环保部门从污染地图上可以直观地看到区域及企业污染物排放情况，从而可以全面、快速地锁定重点污染区域。通过对重点污染区域、重点企业、重点工艺VOCs 开展定点分析，准确掌握VOCs 特征因子排放状况，快速锁定疑似污染排放源头企业，有利于开展精准执法和整治行动。下面介绍该车的3 个走航监测案例。

4.1 整体摸排，把控区域内VOCs 污染情况

通过对不同区域开展科学、系统的网格化走航，全面、快速、精准诊断VOCs 污染的整体分布情况，锁定重点污染区域。图6 为VOCs 全面快速摸排思路展示。

图6 VOCs 全面快速摸排思路展示

4.2 高新区污染摸排，锁定污染点位，精准管控，动态评估

在工业聚集区开展摸排、业务化巡查、问题点位锁定、问题企业锁定等工作，针对企业污染情况，分级管控。针对各个企业的污染情况开展长期的、多维度的分析，包括厂界监测、厂内工段排查、昼夜排放对比、关键VOCs 污染物种锁定等工作。

图7 案例，为2018 年4 月，在某市高新区开展的为期2 周的VOCs 走航监测工作情况。通过区域摸底，共发现10 个问题点位，进而针对10 个问题点位周边企业展开更细致的排查，从而锁定问题企业和问题工段，直击污染排放源头。

图7 在某市高新区走航监测

4.3 对投诉点位开展异味溯源，找到肇事企业，解决投诉问题

利用在线溯源技术，可以对异味投诉较多点位开展精准溯源，找到异味排放点位及关键物种，排查可疑污染源，精准打击和管控。图8 所示，为在某地监测过程中，通过VOCs 走航确定了异味来源地。

图8 在某地进行异味溯源，捕捉恶臭物种点位

总之，大气环境监测车的推广应用，能够对排污进行精准定位和治理，让污染无处遁形，为保卫碧水蓝天发挥重要作用。S