劉 燁 李 雯

（泰安市生態(tài)環(huán)境局 山東泰安 271000）

引言

環(huán)境治理是全球公共管理的重要議題。隨著我國工業(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)境污染問題也隨之而來，表現(xiàn)在污染范圍和污染程度有所擴(kuò)大。大氣環(huán)境質(zhì)量與人類健康以及可持續(xù)未來生活發(fā)展等息息相關(guān)。同時(shí)，隨著我國城市化發(fā)展進(jìn)程不斷推進(jìn)，使得社會大眾的可持續(xù)化發(fā)展觀念不斷增加，因此，必須加強(qiáng)對大氣污染防治的重視。

當(dāng)前環(huán)境大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”為政府創(chuàng)新環(huán)境治理手段提供了新的思路，已經(jīng)成為推進(jìn)環(huán)境治理體系和治理能力現(xiàn)代化的重要手段。自動化、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)境污染問題通過提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)以提供決策依據(jù)，以促進(jìn)網(wǎng)格化城市管理模式的構(gòu)建。本文通過探討我國大氣環(huán)保發(fā)展趨勢的背景下，研究大氣污染網(wǎng)格化監(jiān)測與傳感器技術(shù)的應(yīng)用，旨在為我國大氣污染防治網(wǎng)格化系統(tǒng)應(yīng)用水平的不斷提高提供參考。

1 網(wǎng)格化監(jiān)測技術(shù)原則

現(xiàn)階段我國大氣污染形勢嚴(yán)峻，因此需要利用大氣污染網(wǎng)格化監(jiān)測與傳感器技術(shù)，以此作為基礎(chǔ)條件，進(jìn)一步突破傳統(tǒng)空氣質(zhì)量監(jiān)督結(jié)構(gòu)體系以及評價(jià)系統(tǒng)的約束和限制，進(jìn)一步構(gòu)建并且保證外部環(huán)境質(zhì)量監(jiān)督控制網(wǎng)格化管理，致使傳感器技術(shù)以及重點(diǎn)區(qū)域大氣污染區(qū)域等不同類型的網(wǎng)格監(jiān)督管理模式，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)和完成對監(jiān)督區(qū)域以及全范圍的精準(zhǔn)覆蓋，以此不斷減少和消除監(jiān)督區(qū)域、數(shù)據(jù)測量的盲區(qū)，不斷實(shí)時(shí)掌控和管理監(jiān)督區(qū)域的內(nèi)部環(huán)境污染程度、環(huán)境分布實(shí)際情況以及大氣變化流程等，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)部空氣以及環(huán)境質(zhì)量的精細(xì)化管理。如表1，我國某地空氣污染網(wǎng)格化參數(shù)。

表1 我國某地空氣污染網(wǎng)格化參數(shù)

2 大氣環(huán)保發(fā)展趨勢

為了大氣環(huán)保政策進(jìn)度，我國相繼發(fā)布了大氣十條先關(guān)政策，進(jìn)而對大氣污染和環(huán)保治理提出了更加清晰和明確的發(fā)展目標(biāo)，并且在大氣污染防治基礎(chǔ)期間該技術(shù)成為了治理中心，而在十三五政策發(fā)展期間，我國大氣污染治理主要為生活污染防治，為此技術(shù)人員需要以此作為基礎(chǔ)條件，積極推進(jìn)地方燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)綜合改造、揮發(fā)性有機(jī)物、非電行業(yè)脫硫脫硝等工作，由此可見，我國在網(wǎng)格化監(jiān)測與傳感器技術(shù)應(yīng)用方面已經(jīng)十分成熟和廣泛，特別在火電行業(yè)煙氣治理、垃圾焚燒尾氣處理、煤炭清潔行業(yè)、冶金行業(yè)超凈排放、環(huán)境監(jiān)測和揮發(fā)性有機(jī)物綜合整治方面構(gòu)成了系統(tǒng)化的生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈，進(jìn)而符合市場要求。

現(xiàn)階段我國互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算以及網(wǎng)格化監(jiān)測與傳感器技術(shù)等方面得到了快速發(fā)展，為此智能化設(shè)備、傳感器、電子商務(wù)平臺等方面同樣得到了快速增長，致使互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)必然成為了環(huán)保治理創(chuàng)新的全新技術(shù)手段，為環(huán)保技術(shù)創(chuàng)新和推廣創(chuàng)新提供了技術(shù)支持。

3 傳感器種類

（1）趨近式傳感設(shè)備

傳感設(shè)備實(shí)施過程中，趨近式傳感器能夠進(jìn)一步有效檢測附近區(qū)域的物體是否存在，無需利用物理性連接，一般情況下，磁性趨近式傳感器需要通過設(shè)備自身有效定位執(zhí)行設(shè)備跌基礎(chǔ)磁性結(jié)構(gòu)體，進(jìn)一步測試設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中是否能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)位置。但是由于該設(shè)備自身并不具備移動功能，為此在實(shí)際操作和使用過程中的使用壽命相對較長。而對于設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有簧片零部件的趨近式傳感設(shè)備，則需要使用機(jī)械接觸位置點(diǎn)，所以該模式下的設(shè)備使用壽命相對較短，但是經(jīng)濟(jì)支出成本同樣較低，一般需要使用在高溫環(huán)境下。

（2）位置傳感器

位置傳感設(shè)備普遍具備模擬數(shù)量輸出，并且需要根據(jù)執(zhí)行設(shè)備上磁性結(jié)構(gòu)體，能夠進(jìn)一步展現(xiàn)執(zhí)行設(shè)備的具體操作位置，其中從傳感器控制角度來說，其位置傳感設(shè)備具有靈活性特點(diǎn)，為此技術(shù)人員需要根據(jù)傳感器設(shè)定參數(shù)，以及系統(tǒng)組件進(jìn)行相互組合。在傳感器技術(shù)實(shí)施過程中，由于以上位置所使用的傳感器需要以磁性結(jié)構(gòu)體系作為基礎(chǔ)條件，所以必須從相同渠道進(jìn)行引進(jìn)，進(jìn)一步簡化控制，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化。

（3）霍爾傳感器

霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化技術(shù)、檢測技術(shù)及信息處理等方面?；魻栃?yīng)是研究半導(dǎo)體材料性能的基本方法。通過霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測定的霍爾系數(shù)，能夠判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。

霍爾傳感器分為線性型霍爾傳感器和開關(guān)型霍爾傳感器兩種。

線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。開關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，它輸出數(shù)字量。

霍爾電壓隨磁場強(qiáng),度的變化而變化，磁場越強(qiáng)，電壓越高，磁場越弱，電壓越低?；魻栯妷褐岛苄。ǔＶ挥袔讉€(gè)毫伏，但經(jīng)集成電路中的放大器放大，就能使該電壓放大到足以輸出較強(qiáng)的信號。若使霍爾集成電路起傳感作用，需要用機(jī)械的方法來改變磁場強(qiáng)度。當(dāng)葉輪葉片處于磁鐵和霍爾集成電路之間的氣隙中時(shí)，磁場偏離集成片,霍爾電壓消失。這樣，霍爾集成電路的輸出電壓的變化，就能表示出葉輪驅(qū)動軸的某一位置，因此利用這一工作原理，可將霍爾集成電路片用作用點(diǎn)火正時(shí)傳感器?；魻栃?yīng)傳感器屬于被動型傳感器，它要有外加電源才能工作，這一特點(diǎn)使它能檢測轉(zhuǎn)速低的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

4 大氣污染影響因素

大氣污染源頭相對比較復(fù)雜，其中人為因素主要指的是由于社會大眾生活模式、工廠環(huán)境污染以及汽車尾氣等所產(chǎn)生的污染物質(zhì)對大氣環(huán)境以及自然環(huán)境所造成的污染。而自然環(huán)境因素則主要指的是大量植物被破壞，進(jìn)而造成大氣污染問題。所以從總體方面來看，現(xiàn)階段我國大氣污染問題仍然存在，并且在工業(yè)發(fā)展不斷加快的背景環(huán)境下，其污染狀況時(shí)有加劇，所以我國必須采取合理的管理模式，進(jìn)而增加對大氣環(huán)境污染情況的關(guān)注力度，在充分了解大氣環(huán)境污染因素后，制定出詳細(xì)且合理的管理策略。如圖1，大氣污染影響因素[1]。

圖1 大氣污染影響因素

（1）工業(yè)污染

隨著我國工業(yè)發(fā)展進(jìn)程快速進(jìn)步，使得該行業(yè)逐漸成為城市發(fā)展與人們生活水平的重要經(jīng)濟(jì)保證和基礎(chǔ)條件，然而工業(yè)行業(yè)在進(jìn)步的同時(shí)，所產(chǎn)生的廢棄物質(zhì)對自然環(huán)境與大氣環(huán)境造成了較大的影響和污染，甚至直接影響社會大眾正常的生活環(huán)境與居住條件[2]。

第一，大氣自然環(huán)境所造成的污染問題，其主要形成原因和基礎(chǔ)條件是工業(yè)生產(chǎn)與產(chǎn)品制造的基礎(chǔ)污染問題，加上由于工業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)與產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，無論是設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，還是技術(shù)應(yīng)用都需要使用可燃燒的物質(zhì)充分燃燒后，產(chǎn)生熱力能量，但是此種模式在燃燒時(shí)，會產(chǎn)生大量的污染氣體，一旦進(jìn)入大氣環(huán)境后，必然會造成大量的環(huán)境污染問題。第二，在大氣污染問題研究過程中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所造成的大氣污染問題同樣成為了現(xiàn)階段自然環(huán)境與大氣環(huán)境的主要原因之一，加上現(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，濃密內(nèi)在農(nóng)作物種植階段和生長階段過度依賴大量的化肥物質(zhì)、農(nóng)藥試劑等，以上化學(xué)試劑在農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)上雖然能夠增加最終農(nóng)作物產(chǎn)量，但是會在作用工程中產(chǎn)生了揮發(fā)，從而造成大量的空氣污染問題。

（2）生活污染

在城市化發(fā)展進(jìn)程不斷被推進(jìn)的今天，人口逐漸增加，致使城市每天會產(chǎn)生大量的生活類垃圾，根據(jù)目前我國城市生活垃圾發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行綜合分析，大多數(shù)生活類的垃圾物質(zhì)在處理技術(shù)的選擇上，普遍側(cè)重與燃燒模式，但是選擇此種模式后，會產(chǎn)生許多廢氣物質(zhì)以及煙塵物質(zhì)。以上有害物質(zhì)會具有一定穿透性、穩(wěn)定性以及系統(tǒng)性，一旦進(jìn)入大氣層后，會對臭氧層造成了一定的破壞，從而造成了大氣環(huán)境污染。

（3）氣候因素

在大氣污染因素研究中，植物的生產(chǎn)與氣候因素通常會造成較為嚴(yán)重的大氣污染問題。

第一，近幾年我國部分林區(qū)產(chǎn)生隨意破壞植物、亂砍亂伐等現(xiàn)狀，雖然我國已經(jīng)制定了植物砍伐相關(guān)制度和發(fā)展策略，但是卻無法防止出現(xiàn)綠色植物數(shù)量逐漸減少等情況。加上綠色植物普遍可以吸收二氧化碳物質(zhì)，通過自身的光合作用下產(chǎn)生大量氧氣物質(zhì)，因此植物自身生產(chǎn)過程中能夠有效凈化大氣內(nèi)部的有害氣體和物質(zhì)，進(jìn)而提升地區(qū)的空氣質(zhì)量水平。第二，大氣環(huán)境污染還與風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、濕度等氣象因素息息相關(guān)，因此在工廠選址期間要合理的考慮這些氣象因素，從而降低環(huán)境污染的影響程度[3]。

5 網(wǎng)格化監(jiān)測與傳感器技術(shù)的環(huán)保作用

在大氣污染網(wǎng)格化監(jiān)測與傳感器技術(shù)研究和探索過程中，技術(shù)人員針對網(wǎng)格化監(jiān)測以及傳感設(shè)備等全新模式和操作技術(shù)進(jìn)行整體性方案規(guī)劃，并且以此作為基礎(chǔ)條件，進(jìn)一步完成對自然環(huán)境環(huán)保目的的全面改革。其中大氣污染網(wǎng)格化監(jiān)測系統(tǒng)成功針對部分地區(qū)進(jìn)行全面控制和管理，同時(shí)全面建設(shè)出線條與區(qū)域相結(jié)合、點(diǎn)狀與現(xiàn)狀延伸等無縫銜接的網(wǎng)格化管理結(jié)構(gòu)體系，從而進(jìn)一步完成對環(huán)境保護(hù)區(qū)域進(jìn)行全覆蓋操作，并且在傳感技術(shù)的輔助下，可以為地區(qū)環(huán)境保護(hù)提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的信息數(shù)據(jù)監(jiān)控，從根本上滿足大氣污染基礎(chǔ)防治需求。

在未來城市化基礎(chǔ)建設(shè)和發(fā)展中，大氣污染網(wǎng)格化監(jiān)測與傳感器技術(shù)所起到的環(huán)保作用十分顯著，并且隨著以上技術(shù)的不斷提升與進(jìn)步，可以最大限度轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)大氣監(jiān)控模式，進(jìn)而向互聯(lián)網(wǎng)模式、實(shí)時(shí)模式以及精準(zhǔn)模式轉(zhuǎn)變，大大提高環(huán)境監(jiān)管的工作效率和能力，由此可見，大氣污染網(wǎng)格化監(jiān)測與傳感器技術(shù)是現(xiàn)階段保護(hù)自然環(huán)境保護(hù)的重要條件與基礎(chǔ)平臺。

6 網(wǎng)格化監(jiān)測與傳感器技術(shù)應(yīng)用策略

（1）數(shù)據(jù)校準(zhǔn)

首先，技術(shù)人員需要在大氣質(zhì)量監(jiān)測過程中，在專業(yè)實(shí)驗(yàn)區(qū)域針對氣體結(jié)構(gòu)傳感器進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)測量，進(jìn)而保證測量物質(zhì)內(nèi)部的校準(zhǔn)性，為此技術(shù)人員需要使用多種操作標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行相互混合，并且在不同類型的混合結(jié)構(gòu)比例、不同物質(zhì)濃度以及不同自然環(huán)境條件下，針對傳感器進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定。并且利用基因計(jì)算方式，針對氣體物質(zhì)傳感設(shè)備進(jìn)行交叉干擾研究，在此基礎(chǔ)條件上開展系統(tǒng)化的修正和完善，進(jìn)而確保氣體傳感設(shè)備的基礎(chǔ)量程范圍能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。其次，如果測試地點(diǎn)在室外環(huán)境時(shí)，技術(shù)人員則需要使用國家的大氣標(biāo)準(zhǔn)條件，使用專業(yè)設(shè)備開展網(wǎng)格化檢測，并且利用基因計(jì)算技術(shù)方式有效適應(yīng)外部環(huán)境的變化，進(jìn)而不斷確保傳感器技術(shù)能夠在不同環(huán)境條件下的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量水平。

（2）傳感器技術(shù)修正

本次實(shí)驗(yàn)想要保證大氣污染現(xiàn)狀數(shù)據(jù)精準(zhǔn)程度，需要使用標(biāo)準(zhǔn)物校準(zhǔn)技術(shù)，以及系統(tǒng)馴化傳感設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)分析，而實(shí)驗(yàn)需要使用至少5 臺傳感器，進(jìn)而保證設(shè)備在實(shí)驗(yàn)流程中達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)技術(shù)人員還需要將設(shè)備所檢測到的數(shù)據(jù)和信息與空氣自動站附近數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，其中1-4 號之間的傳感器使用網(wǎng)格化監(jiān)測技術(shù)，而5 號傳感器則沒有使用任何技術(shù)措施，并且整個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)間需要保證14 天左右，其傳感器與空氣自動站數(shù)據(jù)對比見表2。

表2 傳感器數(shù)據(jù)偏差（%）

由表2 數(shù)據(jù)能夠進(jìn)一步分析出，已經(jīng)使用大氣污染網(wǎng)格化監(jiān)測技術(shù)的傳感器，其數(shù)據(jù)接收精準(zhǔn)程度相對較大，并且數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性能夠達(dá)到0.75以上，而5 號傳感設(shè)備沒有使用任何的技術(shù)模式，所得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和信息與大氣站數(shù)據(jù)收集偏差已經(jīng)超過了30%左右，其中除了顆粒物檢測以外，相關(guān)數(shù)據(jù)同樣不斷降低。

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證

根據(jù)大氣污染網(wǎng)格化監(jiān)測與傳感器技術(shù)應(yīng)用前后信息以及數(shù)據(jù)變化進(jìn)行相互對比，最終能夠有效總結(jié)出：經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)測量以及網(wǎng)格化監(jiān)測技術(shù)后的傳感器，所得到的測量信息和數(shù)據(jù)偏差相對較大，并且傳感器經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)化處理后，其大氣濃度檢測數(shù)據(jù)與空氣自動站變化趨勢相同。除此之外，大氣污染網(wǎng)格化監(jiān)測與傳感器技術(shù)應(yīng)用前后的數(shù)據(jù)誤差經(jīng)過對比后，其傳感器與空氣自動站產(chǎn)生的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)程度從初始的0.77 提升至0.93[4]。

結(jié)語

隨著我國工業(yè)化的發(fā)展以及城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，也相應(yīng)的引發(fā)了一些城市環(huán)境問題，城市人居環(huán)境建設(shè)和管理難度逐步提高。現(xiàn)階段我國大氣污染問題仍然嚴(yán)峻，其中影響大氣污染的因素相對比較復(fù)雜，大氣污染的相關(guān)因素不僅對自然生態(tài)環(huán)境有所影響和破壞，并且在一定程度上影響人們生活水平和人身安全。傳統(tǒng)環(huán)境治理模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代環(huán)境污染治理的需要。大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)控監(jiān)測與傳感技術(shù)應(yīng)用是對傳統(tǒng)模式下大氣環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的有效補(bǔ)充和升級改造，在網(wǎng)格化監(jiān)測技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用過程中，大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)測系統(tǒng)能為環(huán)境治理提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)和決策依據(jù)。因此在環(huán)境治理過程中，需要重視大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)測的應(yīng)用，提升大氣污染防治的工作效率和效果。在以上基礎(chǔ)上管理部門必須不斷增加對大氣污染問題的管理和治理水平，根據(jù)現(xiàn)階段大氣污染實(shí)際情況，制定出相應(yīng)的管理策略。只有這樣才能從根本上減少大氣污染，進(jìn)一步確保生態(tài)環(huán)境的平衡。