季寅星

（江蘇省南通市生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心，江蘇 南通 226001）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷增強(qiáng)，社會(huì)各界人士對(duì)大氣污染防治要求關(guān)注度與重視度進(jìn)一步提高。另一方面，隨著我國(guó)工業(yè)技術(shù)的快速優(yōu)化更新和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，大氣環(huán)境污染問(wèn)題在一定程度上更加嚴(yán)峻，并且污染范圍和污染程度逐步擴(kuò)大，而大氣環(huán)境質(zhì)量與人類健康以及可持續(xù)未來(lái)生活發(fā)展等息息相關(guān)，因此，必須加強(qiáng)對(duì)大氣污染防治的重視。在此背景下，該文對(duì)大氣污染防治中的網(wǎng)格化系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行了深入研究，也就具備一定的理論意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

1 大氣污染防治網(wǎng)格化的目的

采用大氣污染網(wǎng)格化系統(tǒng)對(duì)周圍大氣環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控與管理，能為大氣污染網(wǎng)格化系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)的相關(guān)單位提供大氣環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)資料，也能為相關(guān)單位提供大氣環(huán)境質(zhì)量超標(biāo)的報(bào)警信息或示警信號(hào)。在此過(guò)程中，大氣環(huán)境網(wǎng)格化監(jiān)控系統(tǒng)主要通過(guò)對(duì)覆蓋范圍內(nèi)的大氣環(huán)境進(jìn)行網(wǎng)格化監(jiān)管。確保網(wǎng)格化系統(tǒng)監(jiān)管得到的數(shù)據(jù)信息、地理位置信息以及氣象數(shù)據(jù)信息等精確科學(xué)，再利用該部分信息對(duì)整個(gè)覆蓋范圍內(nèi)的大氣環(huán)境進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析，對(duì)轄區(qū)內(nèi)的大氣環(huán)境污染情況進(jìn)行定期診斷和或不定期監(jiān)控，在結(jié)合各專業(yè)數(shù)據(jù)信息分析軟件的基礎(chǔ)上，利用相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)大氣污染網(wǎng)格化系統(tǒng)轄區(qū)范圍內(nèi)的實(shí)際污染情況進(jìn)行評(píng)估，再深度剖析造成該范圍內(nèi)污染狀況的主要污染源，為相關(guān)單位提供更加準(zhǔn)確的大氣環(huán)境監(jiān)控信息，最后針對(duì)性地提出消除大氣環(huán)境污染源的科學(xué)合理的管理措施。在此基礎(chǔ)上，相關(guān)單位還可以進(jìn)一步開(kāi)展大氣污染防治網(wǎng)格化系統(tǒng)應(yīng)用后評(píng)估工作。

另一方面，大氣污染防治網(wǎng)格化系統(tǒng)的應(yīng)用，還能對(duì)城市的主要污染物排放情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督與管理，并且該管理系統(tǒng)還能夠重點(diǎn)管理城市中的部分重工業(yè)較為集聚的特色區(qū)域，即通過(guò)對(duì)特色重點(diǎn)區(qū)域的把控而加強(qiáng)對(duì)整個(gè)城市大氣環(huán)境污染的管控力度。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)所有大氣環(huán)境進(jìn)行監(jiān)管和對(duì)重點(diǎn)區(qū)域的監(jiān)管，準(zhǔn)確找到城市區(qū)域內(nèi)所存在的主要污染源，科學(xué)合理地評(píng)估城市大氣污染，確保定向治理和定向減排等諸多工作開(kāi)展成效，為當(dāng)?shù)卣块T開(kāi)展大氣環(huán)境污染防治工作提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐，更為改善城區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量和提升空氣質(zhì)量、保證城區(qū)人民身體健康等做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

2 國(guó)內(nèi)外大氣污染防治網(wǎng)格化技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外現(xiàn)狀

從國(guó)際范圍看，大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)技術(shù)主要采用網(wǎng)格化傳感器技術(shù)，是對(duì)其空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)信息監(jiān)測(cè)工作中的對(duì)比測(cè)試和小范圍使用的基礎(chǔ)工作，而實(shí)踐應(yīng)用于空氣污染監(jiān)測(cè)的傳感器仍舊處于技術(shù)開(kāi)發(fā)早期，并未出臺(tái)關(guān)于空氣監(jiān)測(cè)傳感器應(yīng)用于網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)規(guī)程。美國(guó)和歐盟從2013年開(kāi)始關(guān)注網(wǎng)格化傳感器技術(shù)在大氣污染防治網(wǎng)格化系統(tǒng)中的應(yīng)用與監(jiān)測(cè)管理，但是現(xiàn)階段絕大部分微型傳感器應(yīng)用于空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)和管理研究仍舊多為民間組織和學(xué)校實(shí)驗(yàn)，并未開(kāi)啟大范圍區(qū)域內(nèi)的空氣質(zhì)量狀況研究。同時(shí)，國(guó)外關(guān)于大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的主流制造商現(xiàn)階段仍舊處于小型空氣傳感器設(shè)備試驗(yàn)階段，并未實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化和工業(yè)化生產(chǎn)。

2.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

為了進(jìn)一步重視城市大氣環(huán)境監(jiān)管效能，我國(guó)生態(tài)環(huán)境部早在2018年即啟動(dòng)千里眼計(jì)劃，利用衛(wèi)星遙感技術(shù)等高科技技術(shù)加強(qiáng)對(duì)城市大氣環(huán)境的監(jiān)管，并進(jìn)一步提出利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)平臺(tái)和微型監(jiān)測(cè)站等諸多方式，探索構(gòu)建熱點(diǎn)網(wǎng)格、地面監(jiān)測(cè)和移動(dòng)式監(jiān)測(cè)設(shè)備相結(jié)合的工作模式，精確監(jiān)測(cè)城區(qū)范圍內(nèi)大氣環(huán)境中的污染物濃度變化和遷移狀態(tài)，不斷提高城區(qū)大氣污染監(jiān)管水平。目前，各類型大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于我國(guó)重點(diǎn)區(qū)域大氣環(huán)境精細(xì)化管理，成為有效推動(dòng)我國(guó)城區(qū)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)智能化、科技化和高效化的重要推手，更為應(yīng)對(duì)我國(guó)城區(qū)散亂污等各類污染源的治理奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另一方面，由于大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)設(shè)備成本較低、運(yùn)行維護(hù)量較低以及安裝便捷等諸多優(yōu)勢(shì)，北京、深圳甚至河北、廣東等諸多省份率先開(kāi)啟了大氣污染防治網(wǎng)格化系統(tǒng)應(yīng)用工作，部分地區(qū)甚至出臺(tái)了大氣污染防治網(wǎng)格化系統(tǒng)監(jiān)測(cè)地方標(biāo)準(zhǔn)，為大氣污染物防治與監(jiān)管做出了一定的貢獻(xiàn)。

3 網(wǎng)格化監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

3.1 技術(shù)組成與原理

大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)控系統(tǒng)主要包括監(jiān)測(cè)單元、質(zhì)控單元和數(shù)據(jù)處理分析單元等3個(gè)部分，其架構(gòu)示意圖如圖1所示[1]。監(jiān)測(cè)單元主要包括多臺(tái)微型空氣監(jiān)測(cè)站，該類設(shè)備可以具體分為微型六參數(shù)監(jiān)測(cè)站、微型顆粒物監(jiān)測(cè)站以及其他監(jiān)測(cè)站，主要是對(duì)大氣環(huán)境中的各類數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理，確保將大氣環(huán)境中的相關(guān)參數(shù)信息傳遞到數(shù)據(jù)處理分析單元。質(zhì)控單元?jiǎng)t主要包括大氣環(huán)境模擬艙和質(zhì)控設(shè)備等，質(zhì)控設(shè)備可以進(jìn)一步根據(jù)具體質(zhì)量控制需求選擇相應(yīng)的設(shè)備類別，而監(jiān)測(cè)單元在出廠前，為了確保其大氣環(huán)境數(shù)據(jù)信息測(cè)量的準(zhǔn)確性，應(yīng)該在大氣環(huán)境模擬艙內(nèi)經(jīng)過(guò)一定的質(zhì)量設(shè)備控制校準(zhǔn)，監(jiān)測(cè)單元安裝后也應(yīng)該定時(shí)進(jìn)行質(zhì)量控制設(shè)備校準(zhǔn)，確保大氣環(huán)境數(shù)據(jù)信息監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度與科學(xué)性。最后是數(shù)據(jù)處理分析單元，該部分主要包括數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、運(yùn)算模塊甚至數(shù)據(jù)分析與管理模塊等，主要負(fù)責(zé)將監(jiān)測(cè)單元所測(cè)得的大氣環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行深度分析處理，對(duì)整個(gè)大氣環(huán)境污染情況進(jìn)行定性判斷。

就大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)原理來(lái)說(shuō)，不同類別的污染物可以形成截然不同的監(jiān)測(cè)技術(shù)，為了提高數(shù)據(jù)信息監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度與科學(xué)性，也應(yīng)該采取不同的技術(shù)原理，保證網(wǎng)格化數(shù)據(jù)系統(tǒng)信息具備的指導(dǎo)價(jià)值。例如，在PM污染物的檢測(cè)分析過(guò)程中，可以借助光散射法作為基本的監(jiān)測(cè)原理和監(jiān)測(cè)條件，而在對(duì)射線吸收法進(jìn)行處理時(shí)，需要定位不同數(shù)據(jù)狀態(tài)下的污染物條件?？傮w來(lái)說(shuō)，大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)單元和質(zhì)量控制單元對(duì)大氣環(huán)境中的各污染物進(jìn)行系統(tǒng)分析，其原理見(jiàn)表1。

表1 分析原理統(tǒng)計(jì)表

3.2 技術(shù)要求

大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)控技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)模式下大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的有效補(bǔ)充和升級(jí)改造，在網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中，大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該滿足以下技術(shù)要求：首先是監(jiān)測(cè)參數(shù)的全面性。針對(duì)大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，應(yīng)該嚴(yán)格按照國(guó)家關(guān)于《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中空氣污染物的一般項(xiàng)目檢測(cè)要求，完成對(duì)大氣環(huán)境中的顆粒物、硫化物、一氧化碳、二氧化碳等諸多物質(zhì)的周密監(jiān)測(cè)[2]。

其次是數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性，大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，必須實(shí)現(xiàn)覆蓋范圍內(nèi)的全過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括對(duì)居民、商業(yè)區(qū)、城市道路、建設(shè)用地以及工業(yè)聚集排放園區(qū)等環(huán)境監(jiān)測(cè)對(duì)象的監(jiān)測(cè)把關(guān)，確保不同監(jiān)測(cè)對(duì)象之間具有環(huán)境的差異性，保證大氣網(wǎng)格監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠應(yīng)用于不同場(chǎng)景，并確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息具備可靠性和準(zhǔn)確性。再次是分辨率要求。在大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用中，由于大氣污染物呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化和遷移狀態(tài)，較高分辨率才能捕捉大氣環(huán)境中更多的空氣質(zhì)量信息，而在實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中，大氣污染監(jiān)測(cè)網(wǎng)格化系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)分辨時(shí)間應(yīng)小于15 min，較常規(guī)空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)提升了4倍。

最后是數(shù)據(jù)信息傳遞的穩(wěn)定性，在大氣污染防治網(wǎng)格化系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中必須實(shí)時(shí)傳遞所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)信息，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息能實(shí)時(shí)匯集到數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行深度剖析，保證大氣污染分析最終結(jié)果的可靠性。

3.3 功能實(shí)現(xiàn)

大氣污染防治網(wǎng)格化系統(tǒng)應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)以下7個(gè)功能。1）能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳遞和超標(biāo)數(shù)據(jù)信息的報(bào)警。大氣污染防治網(wǎng)格化系統(tǒng)應(yīng)用，能借助網(wǎng)格化點(diǎn)位數(shù)據(jù)信息得出整個(gè)覆蓋范圍內(nèi)的大氣污染物濃度值以及相關(guān)氣象數(shù)據(jù)信息，而數(shù)據(jù)信息更新周期往往為每分鐘一次，對(duì)大氣環(huán)境中的污染源排放監(jiān)測(cè)跟蹤監(jiān)管，甚至可以根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)保局要求設(shè)置超過(guò)一定規(guī)范數(shù)值后的報(bào)警預(yù)警信息，方便當(dāng)?shù)丨h(huán)保局部門對(duì)其進(jìn)行快速響應(yīng)與管理，進(jìn)行污染源的排查并實(shí)施對(duì)應(yīng)管控措施。2）對(duì)區(qū)域空氣質(zhì)量的評(píng)價(jià)。大氣污染防治網(wǎng)格化系統(tǒng)的應(yīng)用，能通過(guò)對(duì)某段時(shí)間所覆蓋范圍內(nèi)的空氣質(zhì)量綜合指數(shù)、重污染天數(shù)以及優(yōu)良天數(shù)比例等進(jìn)行判斷，得出該轄區(qū)內(nèi)的空氣質(zhì)量總體評(píng)價(jià)結(jié)果，為區(qū)域空氣質(zhì)量查詢提供支撐。3）大氣污染防治網(wǎng)格化系統(tǒng)能借助微型站設(shè)備，對(duì)其監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、監(jiān)控信息甚至大氣擴(kuò)散與遷移狀態(tài)、數(shù)據(jù)分析模型等，以熱力圖形式展示轄區(qū)范圍內(nèi)的不同污染物參數(shù)信息分布情況和偏移情況，最終對(duì)污染源分布情況進(jìn)行評(píng)估。4）能對(duì)敏感區(qū)域以及周邊污染物分布區(qū)域和潛在排放源進(jìn)行篩選。在大氣污染防治網(wǎng)格化系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，能根據(jù)各方位總體平均值的計(jì)算，繪制得到大氣污染物玫瑰圖，分析大氣污染物的實(shí)際來(lái)源，在分析邊界點(diǎn)輸入輸出情況的基礎(chǔ)上，通過(guò)掌握污染源的監(jiān)控點(diǎn)位變化數(shù)據(jù)，探究可能存在的污染源類型及其排放時(shí)間特征等，對(duì)污染源進(jìn)行定性分析。5）污染源排放規(guī)律和污染特征分析，能根據(jù)大氣污染網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，分析不同類別的污染源對(duì)道路、工地甚至是重工業(yè)區(qū)的排放污染，對(duì)其參數(shù)類型進(jìn)行計(jì)算，確保不同生產(chǎn)或生活功能區(qū)的排放時(shí)間規(guī)律。6）對(duì)污染時(shí)間進(jìn)行追本溯源。針對(duì)突發(fā)性的污染事件或特殊污染現(xiàn)象，能通過(guò)對(duì)其數(shù)據(jù)信息的監(jiān)測(cè)和氣象數(shù)據(jù)的把控，確定污染源的類別和所在區(qū)域，并對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性管控。7）對(duì)轄區(qū)內(nèi)的空氣質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)研判和管控措施建議，能根據(jù)具體分析結(jié)果，針對(duì)主要污染源地區(qū)和污染源類別提出相對(duì)應(yīng)的管控措施。最后是減排效果評(píng)估，能對(duì)覆蓋范圍內(nèi)的污染源管控效果進(jìn)行后評(píng)估，通過(guò)分析大氣污染擴(kuò)散模型等模擬污染物管控措施實(shí)施前后周邊污染貢獻(xiàn)的變化情況，為相關(guān)部門污染物管控措施提供參考。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

4 實(shí)際應(yīng)用案例分析

該文以某市大氣污染防治網(wǎng)格系統(tǒng)應(yīng)用為研究對(duì)象，由于該市大氣污染情況日益嚴(yán)重，該市實(shí)施了大氣污染防治網(wǎng)格化系統(tǒng)應(yīng)用，圖2即為市區(qū)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。以國(guó)家控制點(diǎn)為中心，結(jié)合了六參數(shù)微型站和射線揚(yáng)塵站等諸多監(jiān)測(cè)設(shè)備，建立了大氣污染網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)該轄區(qū)范圍內(nèi)的敏感點(diǎn)位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和科學(xué)管控。通過(guò)對(duì)該市大氣污染防治網(wǎng)格化系統(tǒng)精確監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)信息的探究可知，由于該市地理位置特殊，偏東風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)，并且其城區(qū)三面環(huán)山，小風(fēng)、靜風(fēng)頻率出現(xiàn)較高，一旦遇到不利氣象條件，該地區(qū)污染物很容易大量累積。

同時(shí)，外來(lái)污染物的輸入，一定程度上加重了該市大氣環(huán)境污染。鑒于該地區(qū)污染條件和地理位置狀況，迫切需要調(diào)整布局，統(tǒng)籌協(xié)作。因此，該市的政府部門購(gòu)買了大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)體系，提高了大氣環(huán)境系統(tǒng)監(jiān)管的智能化水平與自動(dòng)化管理水平，利用高密度設(shè)置的微型監(jiān)測(cè)站等實(shí)時(shí)把控大氣環(huán)境中質(zhì)量細(xì)微變化，并且第一時(shí)間將相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳送到平臺(tái)層，進(jìn)行數(shù)據(jù)的剖析和自動(dòng)修正，使相關(guān)執(zhí)法部門開(kāi)展工作能具有針對(duì)性和系統(tǒng)性。

另一方面，該市根據(jù)高科技打造的大氣污染防治網(wǎng)格化系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)污染源并積極上報(bào)，利用展示平臺(tái)遠(yuǎn)程控制幾百米之外的排污企業(yè)，加強(qiáng)政府部門決策力度，提高污染嚴(yán)重時(shí)期政府部門對(duì)排污企業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控力度，減少對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量的不良影響。

5 結(jié)論

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快和工業(yè)進(jìn)程的不斷變革，城市環(huán)境問(wèn)題在一定程度上不斷凸顯，城市人居環(huán)境建設(shè)和管理難度逐步提高。面對(duì)交通堵塞、大氣環(huán)境污染等多種城市病，改善城市人居環(huán)境質(zhì)量已然成為城市可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域的重要內(nèi)容，利用自動(dòng)化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的大氣污染防治網(wǎng)格化系統(tǒng)，能為快速解決城市大氣環(huán)境污染問(wèn)題提供一定數(shù)據(jù)支撐和決策依據(jù)，能構(gòu)建網(wǎng)格化城市管理模式，有效整合城市大氣環(huán)境管理資源，不斷提高大氣環(huán)境管理效能，形成以大氣污染防止網(wǎng)格化體系為基礎(chǔ)、GIS系統(tǒng)為平臺(tái)、城市環(huán)境問(wèn)題為對(duì)象的反應(yīng)快速的城市環(huán)境管理模式，為有效解決城市環(huán)境問(wèn)題提供支撐。

圖2 某市區(qū)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)