环境空气质量自动监测的发展及优势探析

文_孙松华 董伟钢 俞斌

1 浙江省绍兴生态环境监测中心 2 绍兴市柯桥区环境保护监测站

1 环境空气质量自动监测的发展历程

1.1 初步建立阶段

环境空气质量自动监测的初步建立阶段为20 世纪70 ～80 年代，相关部门为了满足城市环境管理需求，开始建立环境空气质量监测系统，将环境空气质量监测纳入环境监测体系，并且构建了监测制度及技术标准，初步发展自动监测技术体系。在80 年代后期，我国环境监测总站开始进行全国范围内的城市环境空气质量监测数据收集，并且基于现有监测技术，构建了相应的环境空气质量评估标准及方法，为自动监测系统的后续完善打下了坚实基础。

1.2 巩固发展阶段

环境空气质量自动监测的巩固发展阶段为20 世纪90 年代至2003 年，自动监测试点工程逐步在城市环境空气质量监测中落实，并且取得了较为理想的监测效果，有效解决了我国当时的环境空气污染问题，大幅提高了城市环境空气质量，为自动监测技术在全国环境空气质量监测中的应用提供了技术支持。截止到2004 年，我国279 个地级以上城市中，已经有214 个城市及40 个县级市建立了640 套环境空气质量自动监测系统。同时，环境监测总站针对重点城市开设了专门的环境空气质量监测点，实现了对自动监测数据的联网处理，有效监管各个地区相关部门开展环境空气质量监测工作。

1.3 综合发展阶段

环境空气质量自动监测的综合发展阶段2004 年至今，环境监测总站完善了环境空气质量自动监测技术标准及应用方法，这为相关部门展开环境空气质量管理工作提供了规范和依据。同时，自动监测点从原本的660 个增加到了1624 个，环境空气质量自动监测数据联网已经从原本的113 个重点城市扩展为了362 个地级市，国家级别的环境空气质量自动监测站已经建成了16 个，自动监测项在原有的PM10、NOx、SO2上，增加了PM2.5、CO、O3，这表示我国环境空气质量自动监测硬件和软件都在逐步完善，监测水平将持续提高。

2 环境空气质量自动监测的具体技术

2.1 气体污染物监测技术

环境空气质量自动监测中的气体物质监测技术主要包括点式空气监测、长光程空气监测两种。点式空气监测在固定位置设置监测点，完成对气体污染物的监测。长光程空气监测应用的是光学差分吸收方式，能够基于各项监测气体分子的特点展开波长吸收，在反射光从发射端到接收端的过程中，便能够判断出监测气体污染物导致的空气污染程度。

从气体污染物采样空间来看，点式空气监测能够完成对小范围内气体污染物的数据采样，长光程空气监测能够完成对100m 长度范围的气体污染物数据采样,监测范围更为广泛，且监测成本较低、监测设备维护简单。

从气体污染物采样时间来看，点式空气监测能够实现对气体污染物的24h 连续数据采样，但是每次只能够完成单项污染物数据采样作业，计算出监测污染物的当日平均值。长光程空气监测能够分时段实现对不同气体污染物的数据采样，并且计算得到各个监测污染物的平均值、浓度值，从而获得污染物浓度变化情况；但是由于需要轮流完成对不同污染物的数据采样，导致每次采样时间较短，得到的监测污染物平均值不够准确。可见有必要同时运用以上两种气体污染物监测技术。

2.2 固体颗粒物监测技术

环境空气质量自动监测中的固体颗粒物监测技术主要包括微量振荡天平法、重量法、射线法等，不同方法应用的自动监测设备不同。

微量振荡天平法指的是在质量传感器安装振荡空心锥形管，在管内安装滤膜，这样固体颗粒物在震荡过程中便能够附着在滤膜上，通过计算振荡频率便能够得到附着在滤膜上的固体颗粒物的质量，随后结合环境温度和气压、流量便能够得到固体颗粒物的浓度值。为了减少降温导致的挥发性物质损失，可以安装膜动态测量设施。

射线法的应用基于射线衰减理论，通过空气泵将环境内的空气抽取到对应的采样管中，固体颗粒物便能够附着在滤膜上，射线在经过附着固体颗粒物的滤膜时，会产生衰减效应，通过计算衰减量便能够得到固体颗粒物的浓度值。为了减少降温导致的挥发性物质损失，可以安装温度动态调节设施。

2.3 空气质量自动监测技术

2.3.1 环境空气质量自动监测数据采集技术

现阶段应用频率最高的空气监测设备为工控机，并且基于个性化监测需求演变为了程序工控机，相比较传统计算机，工控机抗干扰性能良好、防尘性能良好，具有应用钢结构体系，并且内部有专用底板及电源，能够完成持续性工作。环境空气质量自动监测数据采集流程是空气监测设备完成对模拟信号的数据采集，中心平台通过电话拨号形式完成数据采集；空气监测设备软件能够发送仪器通讯协议、获取采集数据，随后通过网络系统将采集数据传输至控制中心，并且还能够将模拟信号传输至控制中心。

2.3.2 环境空气质量自动监测质量控制技术

确保监测质量，必须做好对空气监测设备的运行维护工作，建立监测数据审核机制，才能及时解决监测过程中出现的各种问题。如，工作人员需要定期检查空气监测设备，及时排除管理设备的潜在故障，完成对管理设备的精确校准；考虑到人工检查效率较低，可以将自动化技术手段运用到设备检查中。

3 环境空气质量自动监测的应用优势

3.1 提高监测可靠性

相比较传统监测系统，环境空气质量自动监测系统形成的数据量较为庞大，且数据类型较为繁多，因此需要应用计算机和自动化运算系统。这些都极大地提高了数据处理的可靠性，同时减轻了工作人员的运算负担，使得工作人员有更多的时间开展环境空气质量改善方案制定及实施，从而为我国环境进一步改善提供有效助推力。

3.2 提高监测精确度

传统监测系统在传输环境空气质量监测数据的过程中，需要通过模拟口采集参数，随后将参数发送至中心站，由于采集和传输的数据量较大，再加上技术条件的限制，难免会出现采集及传输误差。而环境空气质量自动监测系统能够有效确保采集和传输数据的精确程度，这是因为系统能够完成参数自动化采集作业，并且对参数进行模拟转换，应用微处理器进行智能处理，这些都能够大幅度提高数据传输的抗干扰性能，降低了数据采集及传输出现问题的概率。

3.3 便于掌握空气质量

自动化监测技术和方法的运用，提高了环境空气质量监测效率和质量，更便于环境监测总站及相关部门掌握管辖范围内的控制质量，有利于实现对空气污染问题的针对性治理。相比传统的手动采集方式，环境空气质量自动监测系统获得的数据具有时效性和地理代表性，从而实现了对特定地区空气质量的精准反应，有利于相关部门持续性改善特定区域的空气质量，降低重大空气污染问题发生的概率，及时采取预防和控制措施。

3.4 便于展开后续维修

环境空气质量自动监测系统中的大部分设备需要依靠微处理器实现，并且普遍具备RS-232 接口，使工作人员能够在监测点实现对各项设备运行参数变化的实时了解，通过参数变化判断和掌握各项设备及整体系统的运行状态，从而判断各项设备是否需要进行维护。基于具体的设备运行参数，还能够寻找故障位置、判断故障类型、分析故障原因，部分先进环境空气质量自动监测系统还能够提供故障维修意见，为工作人员展开后续维修提供了便利条件。

4 结语

我国环境空气质量自动监测经历了初步建立、巩固发展、综合发展三个阶段，在发展过程中形成了气体污染物监测、固体颗粒物监测等技术，具有提高监测可靠性及监测精确度等应用优势。因此，为了提高我国整体环境空气质量，相关部门有必要持续完善环境空气质量自动监测系统及技术体系，从而顺应现代化、自动化环境空气质量管理趋势。