大气环境在线监测理论应用研究

秦皇岛市科为环保科技开发有限公司 刘静

中国经济社会发展必须兼顾生态环保问题，而大气环境质量又和人类的正常生活水平以及中国经济社会的可持续发展密切相关。现阶段，由于面临雾霾、空气污染等重大环保问题，政府必须强化环境监控，针对实际情况采取控制措施。而大气环境在线监测技术将是最关键的工具，对提升大气环境监测技术水平、进一步提高大气环境管理效益而言，有着重要意义。

一、大气环境在线监测技术概述

大气环境实时监测技术具有高度系统性，集计算机技术、遥感技术、精密检测技术、自动控制技术于一身，检测对象涵盖了空气质量、大气污染等领域[1]。大气环境在线监测技术的应用，能让人们更准确地看到大气环境及生态环境问题，从而迅速地作出反应，避免了因处理不及时而发生大范围的环境不良影响。

二、大气环境在线监测系统的构建思路

（一）基础架构

当前，要以国际领先的环境信息技术为基础，整合先进硬件设备，形成软硬件相互协调的大气环境在线监控体系。按照工作过程，该体系共可区分为五个层面，即基础层、传输层、大数据管理层、应用层和决策层；覆盖的细分指标主要体现在浓度、气温、湿度等方面，具有即时监控、自动抓拍、及时告警、信息录入和便捷化检索等功能[1]。

（二）系统关键部分

1.无人机监测模块

大气环境实时监控要具备二十四小时不间断的特性，通过无人机监控的方式，防止盲目依靠人力，从而提高监测数据的准确性。监测数据产生后可供技术数据分析，对其环境污染原因、产生机理、危害程度等进行评估，从而制定可行的大气环境整治举措。而无人驾驶飞行器环境监测的进行，也需要遥感技术的帮助。该技术的应用优点很明显，比如，影像具备全面性和高分辨率，数据具有便捷性。当合理设置无人驾驶航空器监控模型后，能够精确地规划监控作业内容和行驶轨迹，并对监测数据进行传输、预处理以及相应作业。由于无人机监控技术具备诸多优点，能够将其融入自然大气环境在线监控中，为日常监控管理工作的实施提供技术保障。

2.地面综合监测模块

大气环境的在线监控也必须具备全面性，所以全国各地都必须设置空气质量自动监测站，高度关注在工业区等污染排放量很大、环境被污染程度较严重的地方，并加强对监测站点的设置力度，逐步扩大设置数量，才能比较全面地反映当地的大气环境质量。各监测站之间必须存在紧密的联系，共同建立完备的网格化大气环境监测系统[2]。

三、大气环境在线监测系统的功能实现

（一）数据采集

大气环境质量在线监测的基本目标就是获取所有用来反映大气环境品质的数据，所以数据收集也必须作为控制系统设计中着重考察的内容。在数据采集中，计算机系统及其输入/输出接口设备等软硬件平台是最重要的硬件支撑。输入/输出接口设备的应用，能够实现数据处理的输入、输出要求，并能根据模拟信号进行放大、转换等运算，从而产生数字信号。

（二）数据传输

当收集丰富的大气环境信息后，要将其传送至专门的数据处理平台，对信息做进一步的研究。感知层收集的信息应当加以高效的管理，并利用局域网的链接功能，直接传输至人机交互平台，但全程必须确保数据的高效性和完整性，不得发生传输滞后性过强、传送期间的信息损坏等问题[3]。

四、大气环境在线监测技术的实际应用

（一）大气环境监测数字化的实现

大气环境在线监控管理系统以客户功能与服务器功能两大模块为核心，对各自的工作都具备高度自主性，从而降低了影响因素，提升了监控效果。为了从根本上达到将大气环境在线监测数字化的目标，还可以利用全球定位技术实现大气环境遥感。在此技术配合下，还可以检测水蒸气浓度、电子浓度总量等重要指数，所得到的数值极具指导意义。

（二）大气环境监测质量控制

1.保证持续足量的资金

大气环境在线分析是一个长期性的工作，它必须获得软硬件、人员等一系列方面的保障，其根本要求即是获得持续足量的资金投入。有关机构必须高度重视经费的支持，按照实际需要配套经费，克服项目受经费约束的困难。同时必须维护经费使用的科学性，以科学合理的方法选择专业仪器，吸纳优秀人员，防止经费损失。科技日新月异，部分老旧的监测仪器经过长时间应用后存在稳定性不足、准确性较差等现象，所以要适时引入先进的仪器，进一步提高大气环境在线监测能力[4]。

2.创建并优化质量管理体系

大气环境实时监控管理必须具备秩序性。为此，应当针对现场监控环境建立一个健全的管理制度，为日常管理工作进行清晰的指导。作为环境监测机构，必须从自身状况入手，准确判断企业环境监测过程所面临的困难，进行深层次的研究，以具有可行性的方法逐个攻破，在现有质量管理的基础上不断提升。

3.规范开展现场采样管理

大气环境在线监测时，样本的收集是关键工作，必须确保所选取的样本具备典型性，以便正确表达现场状况，避免对大气环境整治项目的实施带来错误的指导。环境监测机构必须深入现场开展调查工作，仔细核实数据，按照标准选择取样时间，选择正确的取样频次和时间，并保证样本具有真实性和可信度。在现场取样管理中，要充分考虑取样装置的工作功能，不得因为装置异常而发生不能正常取样的现象[5]。

4.加强对试验室的监督管理

取样后，试样必须转至试验室中进行分析。为了保证分析结论的正确性，要设置标准化试验室，对其实行质控管理方法。因此，部分实验含有严重的污染物，因此应利用通风柜，在该处组织测试研究工作，最大程度降低污染物对人类身体健康的影响。另外，应针对试验装置的工作性质和日常测试工作程序，建立一个完善的标准化管理体系，增强管理的科学性。

5.提高员工的综合素质

大气环境在线监控具备专业化，必须由高水平的技术人员进行。环境监测机构要高度重视培训任务，给相关人员提供更广阔的培训机会。通过系统训练之后，巩固理论知识与基础知识，进一步提升其实际运用能力，从而在日常操作中以理论为导向，合理运用仪器设备，进行取样、分类等有关操作。另外，职业道德素质也应该作为相关人员培训的重要内容，提高社会责任感，使之尽心尽职地完成本职工作任务。

6.关注细节

每个细节都会对大气环境在线监测的最后结论产生影响。工作人员必须注意每个细节，确保各个环节的工作都能够落实到位。以取样环节为例，技术人员必须选择具备代表性的取样地点，管理好取样地点的数量和频次，按照标准取样，以合理的方法妥善保存样本。再以监测仪器的日常管理工作为例，需要定期检验仪器设备，确定其有无存在偏差，如有则逐步确定其有无超过允许范围，以便针对实际状况作出针对性的调节，尽量降低监测仪器的工作偏差，使得监测结果能够真正体现实际状况。唯有抓好各项细节工作，方可为海洋生态环境质量的评估带来正确的数据。

（三）SO2的监测

大气环境污染物的类型很多，其中SO2等是最主要的物质，它对大气自然环境的破坏力比较强。SO2等的来源大多与煤炭焚烧相关，该过程生成了大量的SO2、烟气等物质，其中又以SO2等的环境污染较为强烈，严重危害环境质量。同时如果未根据煤炭焚烧过程选择适当管理办法，在焚烧期间还将排放大量的SO2等气体，并与大气环境质量接触后易产生强酸雨。所以，对SO2的有效监控和预防工作至关重要，并将之视为中国大气环境监测的工作重心。为切实缓解SO2环境污染的问题，从多视角着手，共同推动防治工作的有效实施。一是逐步转变过去过分依靠燃煤能源的局面，积极探索其他燃料使用途径，以降低燃煤的使用率，进而逐步减少SO2的生成量，从根源上避免了SO2等所产生的海洋生态环境问题。二是进一步强化政府监督力度，增强了煤炭资源利用方法的合规性，并要求有关单位实施节能环境保护措施，以消除煤矿燃烧中产生的SO2等。三是通过合理使用海洋生态环境的在线监测技术，了解海洋SO2等的浓度情况，评估其对海洋大气环境品质的危害，从而制定管理对策。针对SO2，现阶段可选择的检测方式较多。因此，虽然紫外荧光法、紫外光吸附法已在国外得到了普遍的使用，但由于它在检测SO2的能力还比较受局限，仅应用在煤使用量较小、SO2等排放量较低的场合中。反观在中国，工业等领域的煤炭应用普遍存在着规模化特点，使得这种方法没有可行性，所得到的监测结论也普遍存在着完整性不足、准确度较差的问题。面对这些问题，中国科研人员不断进行深入研究，试图寻找更具备适应性的SO2检测方式。在现阶段，以定位电方法比较经典，所适配的就是电化学气体传感器。该设备可以更加全方位监检测大气环境中的SO2等，从而确定其含量、分布区域等方面的状况。同时经过与大气环境监测系统的结合使用，还能够形成集数据采录、传递、数据处理等各环节于一身的流程化作业模型，得到的SO2等检测结论将具备更高的可行性，从而能够更好地适应大气环境监测需求。

（四）挥发性有机物的监测

大气环境中的挥发型有机质以挥发型化合物(VOCs)居多，它们都是在光化学污染环境中新形成的污染产物，可以迅速和周围空气中的细微颗粒物融合，从而导致更严重的污染物，并具有一定的经济社会危险性，如不进行科学有效的管理，将很容易影响市民的健康。所以，做好对VOCS等发挥性有机质的监控工作具有一定重要性，应将其纳入大气环境实时监控的主要工作内容之中，以科学合理的方式监控，并根据所出现的环保问题适时制定解决方法。现阶段，对挥发性有机物的监测技术手段形式各异，目前使用比较普遍的是激光光谱方法、飞行时间及质谱技术等，在相应的操作标准、操作方法以及注意事项上也存在一定差异。因此，在实际使用中必须区别对待情况，以针对性的方法使用相应监测手段。另外，也必须把对挥发性有机物的监测方法纳入对海洋生态环境的检测体系，通过全面采集海洋安全监测数据，组织科研人员对海洋安全环境监测数据进行研究。针对海洋挥发性有机物的具体状况，提出更具体的方法，以针对性的方法切实处理海洋挥发性有机物可能产生的海洋环境污染问题。

五、我国环境在线监测技术的发展现状

环境在线监测系统经过长期的发展，已经相当完善。取得该成就，主要依赖地理信息系统的完善以及仪器仪表的智能化。然而只是有发展依旧不足，随之会出现许多问题，就必须要利用规范化才可以解决。要想将这些问题有效解决，必须要有规范管理。我国环保总局先后编写很多规范性文件，然而制定规范的速度非常缓慢，与应用发展存在滞后性，这是由于我国特有的情况而造成的。我国仪器设备种类各种各样，因为各个地区都有较大的差异性，很难真正实现统一规范。对于相同指标的测量，由于使用不同的方法而造成结果不同的问题出现。该不统一的数据，造成测量技术人员不相信仪器测量的精确性以及数据的真实性。若不能迅速处理该情况，就容易存在安全隐患，加大环境保护工作的开展难度。除了以上问题，也要重视其他的问题，即系统方案不够全面。大气环境自动监测是规模很大的工程建设项目，因为缺乏丰富的经验以及技术水平低下，在制定方案过程中会出现一些小错误，造成系统计划缺乏科学性和完整性。而且匆忙动工，容易导致系统相当粗糙，后续的改造扩展工作不能顺利进行。当前，我国环境在线监测技术依旧不具有较强的针对性以及目的性[6]。

六、环境在线监测技术的今后发展趋势

（一）将无机有机进行结合，全方位监测污染情况

立足我国企业的实际情况，许多企业依旧是密集型的污染能力很强的企业，这些企业污染物中主要是有毒有害物质。因此，强化有机物的监测，能够迅速将水或者空气中包含的有毒有害物质监测到。然而这是重大的难点，也是全球环境在线监测技术很难突破的问题。所以政府必须要对这个方面的投资引起重视，应该积极培养高素质的人才，与我国科技研发人员扬长避短，一起研究全方位高端的有机污染物监测技术。

（二）监测仪器设备缩小化，及时监测

现阶段，我国多数环境在线监测设备都是非常大的，数据传输范围不大。有些企业能够对自己的监测数据进行控制，这样就不能确保监测结果是完全真实的。我国在线环境监测技术今后的发展趋势，势必是监测内容越来越全面、监测结果越来越准确、监测数据越来越及时、设备越来越便捷。今后的监测设备必须要缩小体积，便于随身携带。作为监测人员，能够自己携带仪器设备，监测每个企业污染物的实际排放情况，这样就能确保监测数据的精确性，而且能够确保监测情况的时效性，防止因为数据不能迅速更新而导致环境治理工作被延误。

（三）提升自动化程度，降低人工参与

环境在线监测技术通常依赖监测仪器设备自动化的监测，然而当前我国环境在线监测系统依旧有许多过程是人工参与的，这样容易出现因为人为更改数据等因素而造成监测结果不够真实。因此，今后的发展趋势必须要显著提升环境监测自动化程度，降低人工参与。这样既可以节约人力资源的资金，又能确保数据的真实性，节约的人力资源资金还能够在其他方面的研究开发中运用，获得良好的效果。在数据传送上，必须要增强数据传送的自动化水平，研究和开发对应的传送技术，让监测到的数据可以立刻向每个网络终端进行传送。

七、结语

大气环境保护的在线控制，也是生态环境监管领域的重要内容。为了做好这项工作，要正确使用环保在线监控信息技术，并适配高精度、高可靠性的设备。环境监测工作必须在科技与手段优化、体制运行、人才等层面上进行工作，以提高大气环境监测工作能力。而唯有进行不断地摸索，才可以推陈出新，在大气环境在线监测技术的基础上进行技术创新，以更好地进行对大气环境的检测与服务，从而针对检测成果及时制定环保整改举措，以还原"绿水青山、蓝天白云"的人们赖以生存的自然环境和工作环境。