王 帆

（山西云鼎環(huán)境工程有限公司，山西 太原 030000）

引言

現(xiàn)階段我國(guó)正大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)，環(huán)境治理需要遵循經(jīng)濟(jì)社會(huì)和生態(tài)建設(shè)的運(yùn)行規(guī)律，環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)也要圍繞國(guó)家戰(zhàn)略新要求和新目標(biāo)進(jìn)行升級(jí)與變革。當(dāng)前我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)以更高精度、更多成分、更大范圍、更加智慧的趨勢(shì)發(fā)展，今后要基于我國(guó)建設(shè)需求和國(guó)情進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的系統(tǒng)升級(jí)、算法優(yōu)化和信息處理，以推動(dòng)我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的高質(zhì)量發(fā)展。

1 環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)存在的問(wèn)題

5G、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、核心算法等信息技術(shù)已經(jīng)廣泛用于我國(guó)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，能夠?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域提供數(shù)據(jù)傳輸、信息獲取、指標(biāo)統(tǒng)計(jì)的前沿功能。但當(dāng)前此類前沿信息技術(shù)并未納入我國(guó)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的戰(zhàn)略規(guī)劃中，而傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)所依托的4G 信息傳輸網(wǎng)絡(luò)和SQL Server 等數(shù)據(jù)系統(tǒng)只能提供層級(jí)單一、數(shù)據(jù)收集速率低、數(shù)據(jù)深度挖掘淺的功能，無(wú)法滿足當(dāng)前的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)需求。并且，目前我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍有限、監(jiān)測(cè)信息質(zhì)量低，難以精準(zhǔn)、及時(shí)對(duì)環(huán)境治理問(wèn)題和污染事故進(jìn)行防范預(yù)警，嚴(yán)重制約我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)體系的構(gòu)建和生態(tài)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。

2 環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)路徑

2.1 基于前沿信息技術(shù)，全面優(yōu)化環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和獲取傳輸方式

步入5G 商用時(shí)代后，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不再受制于落后的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，推動(dòng)了環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的高效獲取的快速傳輸。比如，對(duì)于室內(nèi)環(huán)境問(wèn)題，就可以借助5G 等前沿信息技術(shù)構(gòu)建底層硬件云環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)精準(zhǔn)傳輸，從而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫度、濕度、二氧化碳濃度、甲醛等有害氣體的含量等，并能夠及時(shí)越限報(bào)警；還可以將前沿信息技術(shù)與傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)相結(jié)合，形成由Sink 節(jié)點(diǎn)、無(wú)線傳感器、云端控制、移動(dòng)端WAP 組成的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的手機(jī)端實(shí)時(shí)查看。

基于區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)等前沿信息技術(shù)，將環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行升級(jí)與技術(shù)融合，可有效提升環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)收集和傳輸質(zhì)量，通過(guò)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)值、監(jiān)測(cè)時(shí)間、監(jiān)測(cè)定位、監(jiān)測(cè)圖像可實(shí)時(shí)采集被監(jiān)測(cè)對(duì)象的全方位變化信息，并將信息及時(shí)傳輸和轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)字段，通過(guò)前沿信息技術(shù)的共識(shí)機(jī)制使信息無(wú)法刪除、無(wú)法更改、無(wú)法追溯來(lái)源，以此有效避免監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變動(dòng)、干擾和惡意偽造。依托于信息前沿技術(shù)對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行全面優(yōu)化，通過(guò)環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備向通訊設(shè)施和計(jì)算處理器實(shí)時(shí)傳輸CO、SO2、NO2、O2、PM2.5、污水COO、土壤污染指數(shù)等指標(biāo)，并實(shí)時(shí)處理與呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)和手機(jī)端WAP 軟件，形成環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸和處理的系統(tǒng)架構(gòu)，如圖1 所示。有效確保傳輸數(shù)據(jù)參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相一致，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的在線不間斷監(jiān)測(cè)，推動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)從“數(shù)字管理”向“智慧管理”的模式轉(zhuǎn)變[1]。

圖1 基于前沿信息技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)

2.2 基于固相微萃取技術(shù)，監(jiān)測(cè)與分析環(huán)境空氣污染物

固相微萃取技術(shù)是將萃取相暴露于待分析物的樣品機(jī)制中，直到吸附平衡時(shí)，運(yùn)用吸附平衡理論，得到被萃取分析物的值，如式（1）所示。

式中：n是被萃取分析物的計(jì)算值，c0是分析物的初始濃度，VS是樣品體積，Vf是圖層體積，Kfs是樣品和圖層分析物的分配系數(shù)。

將固相微萃取技術(shù)應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)測(cè)中，能夠解決空氣污染物分析的溶劑消耗量大、采集方法繁瑣等問(wèn)題，有效監(jiān)測(cè)環(huán)境空氣中揮發(fā)性硫化物、甲醛、氯苯、多環(huán)芳徑、揮發(fā)性胺物質(zhì)、四氯乙烯等揮發(fā)性物質(zhì)和半揮發(fā)性物質(zhì)，運(yùn)用頂空式、直接浸入式等萃取模式就可實(shí)現(xiàn)分析物質(zhì)的有效監(jiān)測(cè)。環(huán)境空氣污染物質(zhì)的監(jiān)測(cè)與處理還需要選擇萃取涂層，而涂層的選擇需要根據(jù)污染物成分的極性，針對(duì)極性弱的物質(zhì)應(yīng)選用碳分子篩、聚二甲基硅氧烷等涂層，但此類涂層的化學(xué)穩(wěn)定性不適用于污染物的萃取涂層，會(huì)限制萃取能力的正常發(fā)揮。因此，運(yùn)用固相微萃取技術(shù)需要盡快研究熱穩(wěn)定性等特性適宜的涂層和裝置。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外的研發(fā)實(shí)驗(yàn)，可以運(yùn)用碳納米管材料，就可很好的應(yīng)對(duì)商品化涂層適應(yīng)性差的問(wèn)題。針對(duì)極性強(qiáng)的物質(zhì)，應(yīng)通過(guò)衍生化技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為極性弱或非極性物質(zhì)。但在衍生化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生干擾物質(zhì)，所以需要進(jìn)一步優(yōu)化固相微萃取技術(shù)，經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外的研究成果表明，可以運(yùn)用箭形固相微萃取裝置，且空氣污染物質(zhì)和溫度、濕度不會(huì)影響裝置運(yùn)行，使固相微萃取涂層的吸附能力、抗干擾能力增強(qiáng)，保障固相萃取技術(shù)的高效精準(zhǔn)的空氣污染物采樣與分析[2]。

2.3 基于光學(xué)遙感技術(shù)，構(gòu)建空氣環(huán)境的立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)

光學(xué)遙感技術(shù)的不斷升級(jí)與革新使環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)也開(kāi)啟的全新的發(fā)展階段，實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的超遠(yuǎn)距離目標(biāo)監(jiān)測(cè)，節(jié)省近距離處理、取樣、檢測(cè)等步驟，環(huán)境監(jiān)測(cè)效率得到大幅度提升。近年來(lái)，環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)廣泛運(yùn)用了差分吸收光譜（DOAS）、傅立葉變換紅外光譜（FTIR）、衛(wèi)星遙感技術(shù)等?，F(xiàn)階段我國(guó)所應(yīng)用的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)可滿足環(huán)境監(jiān)測(cè)的基本需求，但還需進(jìn)一步發(fā)展與研究高端環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)。

當(dāng)前，應(yīng)基于光學(xué)遙感技術(shù)、光譜技術(shù)等致力于解決環(huán)境污染源控制問(wèn)題、復(fù)雜污染物處理問(wèn)題、節(jié)能減排問(wèn)題，圍繞高分辨率紫外線、質(zhì)譜分析與測(cè)量等方面進(jìn)行技術(shù)突破，以此真正實(shí)現(xiàn)圍繞空氣污染物質(zhì)、重金屬、揮發(fā)性物質(zhì)等的全細(xì)節(jié)、高靈敏、高分辨率的監(jiān)測(cè)，以適應(yīng)當(dāng)下建設(shè)生態(tài)社會(huì)和環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)可言的需要?；诟道锶~變換紅外光譜技術(shù)構(gòu)建立體化、多平臺(tái)的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的污染源排放區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，可實(shí)現(xiàn)全天候的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和防護(hù)預(yù)警，運(yùn)用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就可對(duì)檢測(cè)范圍進(jìn)行無(wú)組織的排放監(jiān)測(cè)，精準(zhǔn)測(cè)量污染物排放氣體的柱濃度信息，采用車載式掩日法對(duì)監(jiān)測(cè)范圍進(jìn)行全面循環(huán)的走航監(jiān)測(cè)，還可結(jié)合氣候信息測(cè)算和預(yù)估污染物排放通量，以及計(jì)算整個(gè)監(jiān)測(cè)范圍的污染物總體排放情況[3]。光學(xué)遙感技術(shù)、光譜監(jiān)測(cè)技術(shù)等在目前的環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域依然具有深度的發(fā)展?jié)撃芎蛷V闊的應(yīng)用前景，為我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展與環(huán)境治理帶來(lái)更多機(jī)遇和可能。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展與生態(tài)文明建設(shè)緊密相關(guān)，技術(shù)的革新既要符合我國(guó)發(fā)展戰(zhàn)略，又要結(jié)合國(guó)情與國(guó)際技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀。當(dāng)前，我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)積極運(yùn)用前沿信息技術(shù)、固相微萃取技術(shù)、光學(xué)遙感技術(shù)、紅外光譜監(jiān)測(cè)技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)傳輸、數(shù)據(jù)的智能處理、數(shù)據(jù)獲取方式的優(yōu)化以及大范圍的智慧系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，促進(jìn)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)向大數(shù)據(jù)、全要素、立體化的信息技術(shù)方向發(fā)展。