(山東省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站,山東濟(jì)南250013)

萬 黎,李 彥,崔志偉,劉 玉

空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)運(yùn)行率和準(zhǔn)確率統(tǒng)計(jì)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的探討

(山東省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站,山東濟(jì)南250013)

萬 黎,李 彥,崔志偉,劉 玉

山東省在城市空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控管理中,設(shè)計(jì)了反映子站運(yùn)行管理的量化指標(biāo)和計(jì)算程序,用軟件統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算儀器設(shè)備的運(yùn)行率和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率,實(shí)現(xiàn)了全省監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一確認(rèn),使質(zhì)量保證的監(jiān)管措施得以自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)。詳細(xì)介紹了該任務(wù)的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)方式。

空氣質(zhì)量;自動(dòng)監(jiān)測(cè);運(yùn)行率;準(zhǔn)確率;監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

為全面真實(shí)地反映城市空氣質(zhì)量狀況,山東省建立了由全部設(shè)區(qū)城市共144個(gè)空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站組成的、高覆蓋面積的城市空氣監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)全部子站與省、市環(huán)保局實(shí)行聯(lián)網(wǎng),統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集,統(tǒng)一數(shù)據(jù)確認(rèn)管理。覆蓋所屬轄區(qū)全部子站的省控空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)尚無先例,已有環(huán)境空氣信息管理系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象只局限于單個(gè)城市,不涉及獲取信息本身準(zhǔn)確程度的判別。而我省空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站位多、對(duì)象復(fù)雜,對(duì)獲取信息本身準(zhǔn)確程度的評(píng)判是全省統(tǒng)一數(shù)據(jù)確認(rèn)的關(guān)鍵。

子站系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理工作的指標(biāo)是設(shè)備運(yùn)行率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率,而以往對(duì)運(yùn)行率、準(zhǔn)確率的統(tǒng)計(jì)只是依據(jù)管理人員每日對(duì)數(shù)據(jù)肉眼觀察,發(fā)現(xiàn)不合理或故障情況進(jìn)行手工記錄,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)抽查和遠(yuǎn)程控制,判定其數(shù)據(jù)是否合理。人工登記難免因標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一和工作量巨大而出現(xiàn)遺漏或差錯(cuò),不可能做到全面、完整和公正,必須采用自動(dòng)化的管理手段。設(shè)計(jì)反映子站運(yùn)行管理的量化指標(biāo)和計(jì)算程序,建立空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行評(píng)價(jià)體系,實(shí)現(xiàn)全省監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一確認(rèn)。

經(jīng)過反復(fù)地將獲取數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)儀器運(yùn)行情況進(jìn)行觀察、總結(jié)、比對(duì),將一系列復(fù)雜的人工管理量化,歸納提煉形成數(shù)學(xué)模型,用軟件模擬人工操作,我省獨(dú)創(chuàng)設(shè)計(jì)了符合我省空氣監(jiān)測(cè)子站運(yùn)行實(shí)際情況、比較完善合理、兼顧地域情況、體現(xiàn)人性化管理、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)行率和準(zhǔn)確率統(tǒng)計(jì)程序,解決了各子站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)運(yùn)行率、準(zhǔn)確率自動(dòng)判別的問題,做到了測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的同質(zhì)化,實(shí)現(xiàn)了全省空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一確認(rèn)。

1 設(shè)計(jì)原則

1.1 運(yùn)行率統(tǒng)計(jì)

自動(dòng)統(tǒng)計(jì)每天全省所有子站監(jiān)測(cè)儀器的數(shù)據(jù)采集頻率,對(duì)不滿足國(guó)家規(guī)范[1]要求的,扣除該天的運(yùn)行率。

1.2 準(zhǔn)確率統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)出現(xiàn)以下幾種現(xiàn)象系統(tǒng)自動(dòng)判定該天、該子站、該監(jiān)測(cè)儀器數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確:

(1)24 h內(nèi)小時(shí)濃度均值變化幅度過小

數(shù)據(jù)在24 h內(nèi)變化幅度太小不符合污染物變化規(guī)律。歸納的數(shù)學(xué)模型為24 h內(nèi)污染物濃度的最大值(max)減最小值(min)小于一個(gè)常規(guī)合理差值。由于地域的關(guān)系,沿海城市和內(nèi)地城市以及不同的季節(jié)這個(gè)差值是不同的。為使管理公正,系統(tǒng)設(shè)計(jì)了統(tǒng)計(jì)參數(shù)表(見圖1),管理人員根據(jù)季節(jié)和地域設(shè)置不同的、相對(duì)合理的差值參與統(tǒng)計(jì)。如對(duì)于威海市,一般情況下二氧化硫等氣態(tài)污染物的這個(gè)差值設(shè)為10μg/m3,但由于其地理位置為三面環(huán)海,夏天雨季可能出現(xiàn)監(jiān)測(cè)值在一天內(nèi)變化小于這個(gè)設(shè)定值,經(jīng)多次的觀察和現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)確定,統(tǒng)計(jì)時(shí)就可合理地將該季節(jié)的這個(gè)差值設(shè)定減小至5～8μg/m3。

(2)濃度日均值小于該污染物最低檢出限

(3)24小時(shí)內(nèi)小時(shí)濃度均值出現(xiàn)5個(gè)以上負(fù)值

圖1 運(yùn)行狀況統(tǒng)計(jì)參數(shù)表

(4)24小時(shí)內(nèi)小時(shí)濃度均值出現(xiàn)連續(xù)5個(gè)以上小時(shí)完全無變化

(5)日均值濃度小于該城市全部點(diǎn)位濃度日均值[2](該點(diǎn)參加均值計(jì)算)的一個(gè)設(shè)定倍數(shù)(如一半)。這個(gè)倍數(shù)由管理人員根據(jù)城市的區(qū)域范圍及點(diǎn)位的具體位置預(yù)設(shè)在統(tǒng)計(jì)參數(shù)表中。

(6)管理人員通過數(shù)據(jù)審核或現(xiàn)場(chǎng)抽查判定該天該項(xiàng)數(shù)據(jù)無效,不能參加全市均值統(tǒng)計(jì)的,通過軟件的數(shù)據(jù)編輯功能將數(shù)據(jù)標(biāo)記上無效符號(hào)。如:同一時(shí)間、同一監(jiān)測(cè)項(xiàng)目,某一測(cè)站與全市、尤其是相鄰測(cè)站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線相關(guān)性太差,數(shù)據(jù)明顯異常等情況。

軟件在判定時(shí)只要出現(xiàn)上述情況中的一項(xiàng)則停止繼續(xù)判斷,避免重復(fù)計(jì)算。

2 計(jì)算方法

點(diǎn)位運(yùn)行率和準(zhǔn)確率表格式樣見表1和表2。

表1為各城市每一點(diǎn)位的異常情況清單。如表中2008年12月,濟(jì)南市泉城廣場(chǎng)子站,“數(shù)據(jù)量不足”項(xiàng)目中SO2列值為1,表明SO2監(jiān)測(cè)儀有一天的數(shù)據(jù)量不足18個(gè)小時(shí),即為該子站有一天SO2數(shù)據(jù)未獲取;“5個(gè)以上小時(shí)值 ≤0”項(xiàng)目中PM10列為2,表明PM10監(jiān)測(cè)儀有兩天出現(xiàn)了連續(xù)5個(gè)以上小時(shí)值≤0,即為該子站有兩天 PM10數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。實(shí)際應(yīng)用的表1是每一個(gè)故障項(xiàng)目下均有 5 列 ,分別為考核因子 SO2、NO2、PM10、CO和O3,限于篇幅這里只示意性列出SO2和 PM10兩列。

表2為各城市運(yùn)行率和準(zhǔn)確率匯總表,是根據(jù)下述的計(jì)算公式將表1匯總統(tǒng)計(jì)所得。

2.1 運(yùn)行率

一個(gè)城市的儀器運(yùn)行率即為其全部站點(diǎn)儀器的數(shù)據(jù)獲取率,是在選擇的時(shí)間段內(nèi)該城市全部站點(diǎn)數(shù)據(jù)采集量達(dá)到規(guī)范中要求的數(shù)據(jù)采集頻率的數(shù)據(jù)天數(shù)之和。取表1中該城市全部站點(diǎn)“數(shù)據(jù)量不足”項(xiàng)目中 SO2、NO2、PM10、CO 和 O3這 5列之和計(jì)入“未獲取次數(shù)”。該城市的儀器運(yùn)行率為:

2.2 準(zhǔn)確率

根據(jù)系統(tǒng)準(zhǔn)確率的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)原則將表1中同一城市全部站點(diǎn)除“數(shù)據(jù)量不足”之外其它項(xiàng)目之和計(jì)入“不準(zhǔn)確次數(shù)”。按 SO2、NO2、PM10、CO和O3這5個(gè)參數(shù)統(tǒng)計(jì),該城市的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率為:

表1 全省城市空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站運(yùn)行情況(2008年12月) 天

表2 全省城市空氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)運(yùn)行率準(zhǔn)確率統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)語

本功能軟件現(xiàn)已在山東省以及全部市級(jí)監(jiān)控中心應(yīng)用。山東省環(huán)保局每月進(jìn)行通報(bào)的城市空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站儀器運(yùn)行率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率考核表由該軟件自動(dòng)生成。由于其指標(biāo)統(tǒng)一、透明度高、公正性強(qiáng),極大地提高了空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)質(zhì)量管理的監(jiān)管力度、效率和水平,以往多見的數(shù)據(jù)缺失、數(shù)據(jù)異?，F(xiàn)象大大減少,為全面、公正的監(jiān)控管理、確保數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性提供了切實(shí)有效的技術(shù)保障。

以上的設(shè)計(jì)指標(biāo)是根據(jù)調(diào)查、歸納、比對(duì)山東省的實(shí)際情況而設(shè)計(jì)出來的,各地空氣質(zhì)量及污染源的分布情況不一致,可靈活進(jìn)行指標(biāo)設(shè)計(jì),進(jìn)一步完善自動(dòng)化監(jiān)管工作。

[1]《環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T193—2005)

[2]中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站文件(總站辦字[2000]026號(hào),關(guān)于發(fā)布《城市空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)技術(shù)規(guī)定》的通知

[3]廣州省環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站.珠江三角洲區(qū)域空氣監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)QA/QC手冊(cè)[M].廣州:廣東科技出版社,2007.9:693-711.

[4]周發(fā)武.鮑建國(guó).環(huán)境自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)與管理[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2007.9:301-321.

[5]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局空氣和廢氣監(jiān)測(cè)分析編委會(huì).方法空氣和廢氣監(jiān)測(cè)分析方法(第四版增補(bǔ)版)[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2003.9:252-271.

[6]《環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)規(guī)范》(試行)

The Realization Process of Automatic Calculating the Operation Rate and Accuracy of Ambient Air Quality Automatic Monitoring Network

Wan Li,Li Yan,Cui Zhiwei,Liu Yu
(Shandong Provincial Environmental Monitoring Center,Jinan Shandong 250013)

In the supervision management for the urban ambient air quality automatic monitoring network,the quantitative index and calculation program for evaluating the working status of the monitor equipments have been designed in Shandong province.By using the computer software,the equipment operation rate and accuracy of monitoring data can be automatically calculated.Follow that,the monitoring data can be achieved by unified confirmed,and the quality assurance and regulatory measures can be automated to achieve for the w hole province.In this paper,the realization process of this automatic method has been described in detail.

urban ambient air quality;auto-monito ring;equipment operation rate;accuracy monitoring data

X84

A

1008-813(2010)02-0051-03

10.3969/j.issn.1008-813X.2010.02.014

2010-01-18

萬黎(1958—),女,山東蓬萊人,畢業(yè)于解放軍信息工程大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè),高級(jí)工程師,從事環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)及綜合評(píng)價(jià)工作。