刘瀚文

摘 要：大气扬尘造成的污染对自然环境和公众健康都造成了严重的危害，因此，对大气扬尘进行有效的监管就显得至关重要。基于城市空气质量管理的迫切需要，文章介绍了一个可对大气扬尘进行智能监管的系统，展示了该扬尘智能监管系统的建设目标、系统架构、组成和系统功能，并提出深入、充分挖掘监测数据，加强监测数据共享的理念。

关键词：大气扬尘；智能监管；数据挖掘

随着产业经济发展和城市规模的不断扩大，城区空气污染问题日益严峻，尤其是大气颗粒物污染，更是严重影响了公众的身体健康。而学者研究结果表明，“我国城市都面临着某些相似的问题，例如扬尘、二次生成、燃煤和机动车排放是大多数城市颗粒物污染的重要来源。”[1]

目前，在大气污染治理中存在一些亟待解决的问题，“我国正处于城市建设的快速发展期，工程施工每天都在众多的、分散的地点同时进行着。而监管部门人员数量有限，不可能每天都到各个施工地点去巡查”[2]；大气污染治理环节多、扬尘来源广、管理成本高、信息不能实现及时共享。

因此，建立一套针对大气扬尘的“智能监管系统”显得尤为重要。借助该系统，监管部门就可以通过整体布局，对区域内建筑工地与企业工厂等扬尘源的状况进行实时自动化监测，提供科学准确的监测數据；全面了解区域内的扬尘源附近的空气质量及其实时变化，探明污染来源，为各级环境监管部门的工作提供宝贵的决策依据。

1 建设目标

通过建立针对大气扬尘的“智能监管系统”，创新监管机制，实现数字化管理。实时监测各个建设工地、企业工厂等的扬尘排放对区域环境影响的总量，可以及时确定不同区域扬尘排放突出的项目，并且能够定量确定环境监管执法的重点，给环境监测与管理活动提供技术与数据支撑。

2 系统架构

“扬尘智能监管系统”是一个集实时监测、数据采集、数据分析、超标报警、数据评估、执法监督等多项功能于一体的综合性应用平台。数据平台的各层模块相互提供服务支撑能力，并存在递进式的服务关系，整个系统划分为3层。

（1）感知层：核心设备为在线监测仪，监测、监控参数包括：PM10、PM2.5，还可扩展监测噪声、气象参数，并辅以视频监控。

（2）传输层：传输层支持有线、无线等方式传输各种监测数据。

（3）管理平台（平台层/应用层）：通过建立数据服务云平台，依托扬尘监测仪器的在线数据，进行系统分析，提供跨区域、全时间、多层次的数据挖掘和对比，为科学治理扬尘提供数据支撑。

应用层面向基于管理部门、建筑工地、企业工厂等不同用户的客户端系统，实现基于颗粒物和噪声、视频、气象等实时数据的在线监测与超标报警的功能，并能够提供面向不同管理层的各种统计分析与管理建议。

3 在线监测仪

3.1 工作原理

颗粒物浓度检测的主要方法有重量法、β射线吸收法、振荡天平法、激光散射法等。其中重量法、β射线吸收法、振荡天平法主要应用于对于颗粒物浓度检测精度要求较高的场合，“不足之处在于工作量大、步骤繁琐，测量过程不能满足实时性的要求。”[3]“激光散射检测法的优点是实时在线测量、测量速度快、测量精度较高等，因此，在颗粒物测定方面得到了广泛应用。”[4]

光散射法原理：“当光照射在空气中悬浮的颗粒物上时，将会形成散射光的现象。在颗粒物性质一定的条件下，颗粒物的散射光强度与其质量浓度成正比。通过测量散射光强度，应用质量浓度转换系数，即可求得颗粒物的质量与浓度。”[5]激光散射法原理最为适合“扬尘智能监管系统”对于数据的精确性、实时性的较高要求，因此，本系统配备的在线监测仪将采用光散射法来检测颗粒物浓度。

3.2 设备组成

在线监测仪是前端感知层的核心设备，主要由现场监测传感器、显示单元、无线传输单元、定位单元、设备控制单元、供电单元等组成。

3.2.1 现场监测传感器

现场监测传感器包括颗粒物传感器（可检测PM2.5、PM10），还可添加噪声传感器、气象传感器、摄像头等，可根据不同的功能需求选择配置。

3.2.2 显示单元

设备采用LED显示屏方式对采集的实时数据进行现场显示。

3.2.3 无线通讯单元

设备采用GPRS方式将现场数据通过无线通讯的方式上传给数据中心并储存。

3.2.4 定位单元

内置GPS模块，实时定位，智能上传位置信息。

3.2.5 设备控制单元

设备控制单元采用单片机作为主控中心，实现对现场传感器数据的采集，对采集数据的本地显示以及数据打包上传等控制功能。

3.2.6 设备供电单元

设备采用12 V稳压电源供电，也可以装配太阳能电池，部分使用太阳能供电，以提升续航能力。

4 系统功能

“扬尘智能监管系统”面向不同管理层面设计了分级管理功能，提供适应分级管理的软件功能。管理功能主要包括以下内容。

4.1 基于电子地图的数据发布和管理

可对数据进行各种基于Web-GIS的演示和发布，同时也可生成各种专题图、趋势分析图等GIS图表。

4.2 实时监测功能

实时显示在线监测数据，包括颗粒物浓度、噪声等级、气象参数等。并以曲线、图表等形式展现实时、24小时或任意时间段的监测数据、小时均值等。

4.3 统计报表功能

自动统计小时均值，可自动生成并存储；基本统计报表包括日报表、周报表、月报表、季报表和年报表，包括均值、最大和最小值、超标率和超标倍数等统计数据。

4.4 查询功能

可查询任意时间段内同一监测点的历史监测结果；可查询同一区域不同监测点的历史监测结果；可查询不同监测点同一时间的监测数据，查询结果以图示和报表两种方式显示。可以用Excel格式导出所有监测结果，便于数据归档、整理与分析。

4.5 超标报警提示

可根据监测站点所处位置的环境敏感程度、管理要求的差异等，设置不同的告警标准，当监测数据达到了相应标准时，产生相应的告警。可为每个站点设置告警信息处理人，告警产生时可以自动发送信息通知到该处理人，处理人可以登录系统并录入对该告警的处理情况，系统可以查询统计告警处理情况等。

4.6 数据对比分析

实现不同监测点颗粒物浓度比较，不同区域颗粒物浓度比较，不同工程类型、施工工期比较，以便环境监管部门横向对照辖区内各项目的扬尘污染情况，以作出合理的、有针对性的环境监管决策。

4.7 趋势分析

通过实时和历史趋势分析，本系统可以了解该地某个时间段的扬尘污染情况，从而为监管提供科学依据，整合气象参数，根据既往的扬尘动态变化分析和积累的函数模型，对预期中的空气污染情况作出智能预测与实时预警。

4.8 站点基本信息管理

监测点数量、监测点位置、占地面积、项目负责人等基本监测信息，均可按照行政管理区域实现精确查询。

4.9 数据共享

结合多维度数据的实时收集、整理、无线上传和共享，根据各监管部门提供的定制数据的应用模式，实现以大数据应用为基础的多部门联合监管。

5 结语

应用“扬尘智能监管系统”，可将建筑工地、企业工厂等扬尘污染项目纳入实时在线监控和监管体系中，实现扬尘污染“早发现、早预警、早干预”，对提升环境监管能力意义重大。

另外，在现有系统的基础功能上，还需要充分挖掘分析监测数据，如不同季节数据分析对比、不同项目类型数据分析、不同項目主体、不同项目阶段数据分析等，根据数据分析结果，形成有针对性、可量化的管理措施，提高管理效率。建立跨区域或全国性扬尘监测管理的大数据平台，加强数据共享，对监测数据充分挖掘和分析，梳理管理经验，优化管理流程，提升整体扬尘管理水平。根据监测需求，拓展应用领域，选用不同的气态、颗粒物、气象等传感设备，监测不同环境参数，展开适合不同行业和管理部门的应用。

[参考文献]

[1]李培，王新，柴发合，等.我国城市大气污染控制综合管理对策[J].环境与可持续发展，2011（5）：8-14.

[2]刘建军.建筑工程施工现场扬尘污染在线监控系统研究[J].科技视界，2013（28）：45.

[3]路广，李杏华，肖云龙.光全散射法在城市扬尘在线监测系统中的应用[J].红外与激光工程，2016（11）：1-6.

[4]张所容.基于激光检测法的大气扬尘实时在线监测研究[J].工业安全与环保，2018（7）：68-71.

[5]中华人民共和国卫生部.WS/T206-2001，公共场所空气中可吸入颗粒物（PM10）测定方法—光散射法[S].北京：中华人民共和国卫生部，2002-05-01.