大气环境立体监测技术及应用

袁思宇

（江苏省环科院环境科技有限责任公司，江苏 南京 210000）

较高的灵敏度、较为清晰的监测图像以及较好的监测环境适应性是大气环境立体监测技术的应用特点，也是此类技术的基本应用要求。技术人员在应用此类技术时，须注意分析不同类型监测技术的技术应用平台的特点，包括地基技术应用平台、车载技术应用平台以及机载技术应用平台等。针对大气环境中的各类成分，技术人员也应注意分析不同成分的监测指标，确保监测工作的准确性和有效性。另外，由于大气环境具有动态变化的特点，同一区域的立体监测过程可能需要在时间和空间上进行一定的适应性变化，工作人员应注意灵活选用具体的大气环境立体监测技术，或者联合使用多种监测技术，进而提高大气环境立体监测工作的整体质量。

1 大气环境立体监测技术的应用趋势分析

从大气环境立体监测技术的应用趋势角度分析，在线类型监测技术的应用需求呈爆发式增长，并且在信息技术的支持下，技术人员可使用非接触式的监测技术监测大气环境的整体质量，并将数据实时传输至智慧化大数据平台，其监测的准确性、实时性、有效性显著高于传统的手工监测。另外，近些年，远程遥感类型的大气监测技术也得到了广泛应用，虽然此种技术的应用与其他类型的大气环境监测技术的应用的融合过程还不够成熟，但已经能在一定程度上提高大气环境立体监测工作的质量和效率，并促使大气环境立体监测技术朝着智能化、体系化以及主动化的方向发展[1]。

2 大气环境立体监测技术及应用

2.1 色谱监测技术

色谱监测技术是常见的大气环境监测技术。在对大气有机污染物质的监测中，一般采用气相色谱和质谱监测联用技术，此项技术有较高的监测准确度、灵敏度和响应度，且对监测设备的使用环境有较高要求，实际的技术应用成本也相对较高。气相色谱的流动相是气体，其中涉及气—固体色谱、气—液体色谱。作为流动相的气体在色谱柱中流动时不会产生较大的阻力，其扩散系数也相对较大，在组分两相之间能够实现物质的快速传递，使得分离更加快速、高效。在实际监测中，色谱设备严格记录色谱柱的流出时间，并绘制相应的色谱监测图像，并在图中明确标示出峰值时间以及相应的顺序信息。在应用此类技术时，技术人员需要对此类技术的应用原理进行详细地了解，明确此类监测技术的使用环境、应用范围和注意事项。

2.2 电化学监测技术

电化学传感器可应用于监测各种各样的有毒性气体，并显示出了良好的敏感性与选择性。电化学传感器的工作原理是其与通过传感器的被测气体反应并产生与浓度成正比的电信号。气体首先通过微小的毛管型开孔与传感器发生反应，然后通过疏水屏障层，达到电极的表面。当气体达到电极表面时，气体与传感器就会发生反应，产生电信号。通过电极之间的电阻，与被测浓度成正比的电流会在正极与负极之间流动，通过测量电流的大小就可以确定气体的浓度。但此类技术的应用系统较为复杂。技术人员需要在单片机中设置有效的主控指令，并引导其串联传感模块、通信模块以及执行模块，方可现实有效的监测工作。另外，这种技术在实际运用中容易受到监测环境的影响，其中，环境温度、湿度、大气中颗粒物浓度等对其应用效果影响较大[2]。

2.3 污染气体光学法监测技术

光学监测技术具有更广泛的应用范围，并且此种大气环境监测技术具有较好的技术应用扩展性。在污染气体监测方法上，一般分为主动的傅里叶红外光谱法（FTIR ）、差分光学吸收光谱法（DOAS）和可调谐二极管激光吸收光谱法（TDLAS）等，在应用此种类型的污染气体监测技术时，技术人员需要确定实际的监测环境目标，从气体特征、光吸收程度等方面考察污染气体的监测技术应用要求。其中，FTIR技术利用迈克尔逊干涉仪使样品路和参考路的光产生干涉，并通过傅立叶变换将干涉图转换为红外光谱图，从而得到气体成分的光谱信息。DOAS是在紫外和可见波段对气体分子的特征吸收进行监测分析的技术。DOAS将经过气体吸收后的光学厚度变化分为随波长的快速变化部分（即所谓的“高频成分”）和随波长的缓慢变化部分（即“低频成分”）。TDLAS技术是根据Lambert-Beer定律和波长随注入电流和温度改变的特性，实现对分子吸收谱线的测量，然后通过对气体吸收后的光进行光谱分析，可以准确得出被测各项气体的指标参数[3]。

2.4 颗粒物立体监测技术

对大气环境中颗粒物的立体监测较多使用激光雷达技术，借助激光雷达的高密度探测射线，可对区域内的大气环境进行立体高频的质量监测。此种技术具有高时空分辨率的特点，并且具有较高的探测高度，可在同一时间传输较多的监测数据，具有较好的监测数据同步效率。更为关键的是，此种颗粒物监测技术的实际监测精度相对较高，并且不容易受到其他环境因素的影响，在激光大气传输、全球气候监测以及气溶胶气候监测等方面应用广泛。在应用此类监测技术时，技术人员首先应选择合适的激光雷达仪器设备，主要考虑的选择因素包括实际的监测功率、可持续高精度监测的周期以及硬件设备的布置需求和算法的处理精度等；其次，技术人员也应对常见的颗粒物的结构特点进行了解。一般而言，常见颗粒物的直径较小，但颗粒物之间的变化范围较大（一般为0.3～20 μm），在这种较高范围的监测过程中，技术应用过程也具有了一定的动态应用特点。

2.5 机载遥感监测技术

大气污染机载遥感技术是近些年的热点，在应用此类机载遥感技术时，技术人员首先要选择合适的机载平台，常见的机载平台包括飞艇、飞机、气球和无人机等。其中，无人机的机动性更好，实际操控性能也更强，并且类如大疆工程用机的续航时间也相对较长，可满足周期性的机载遥感监测技术应用要求。此间，技术人员需要明确机载遥感技术的应用目的，如果想要对大气系统进行立体监测，则需要选择具有动态分析监测功能的机载系统，实际的机载系统应用形式应符合具体的监测应用要求，包括较短的操作滞后性以及高速的数据传输等；其次，如果在应用此种机载遥感监测技术时，实际的监测高度变化较为明显，则在选择具体的机载遥感监测设备时，技术人员应确保系统中包含自适应的高度监测模块，这样在出现监测高度变化时，系统可自行修正监测参数，进而降低手动操作的误差。

2.6 星载遥感监测技术

星载遥感技术的应用平台为人造卫星，其实际的大气环境监测范围较广，可覆盖地球的大部分区域，并可根据实际的大气环境监测需求，灵活变化具体的技术应用指标。技术人员在选用此类星载遥感监测技术时，应从技术应用成本的角度对技术应用的实际效能进行考察，虽然星载遥感监测技术的监测效率较高，并且可借助不同类型的光谱实现多光谱监测，但是此类监测技术的应用过程需要多部门的密切配合，对技术人员的能力要求也相对较高。卫星遥感监测技术相较于其他类型的大气环境监测技术，其可以更好地反映大气层的平均状况，并且可从整体上对大气层的基本情况进行分析，在监测污染平均分布情况以及技术指标制定等方面具有相对明显的优势。在应用此种星载遥感技术时，技术人员需要注意选择合理的监测视角，主要包括的视角选择元素为视场角度（此角度现阶段可以达到114°）。在选定视场角度之后，技术人员需要选择具体的气体监测类型，常见的气体监测类型包括二氧化硫、二氧化氮、臭氧以及氧化溴等。以此为基础，技术人员应尽量选择多通道类型的光谱仪器设备，避免出现光谱仪杂散光抑制之类的问题[4]。

3 结语

总之，大气环境立体监测技术的应用形式较多，实际的技术应用效果存在差异，其不仅与技术应用的内在原理相关，也与实际的技术应用环境相关。技术人员在选用此类大气环境立体监测技术时，一定要明确技术应用的实际需求，这样方可提高技术应用的整体适应性，无论是地基遥感监测技术，还是机载遥感监测技术，或者是星载遥感监测技术，都应兼顾技术应用的成本要求，这样才可以充分利用技术条件，提高大气环境立体监测技术的整体应用效能。