低成本空气传感器国际政策进展及应用——美国、欧盟与中国的比较

低成本、小体积、低功耗传感器技术的发展使得我们能够近乎实时地以高分辨率进行空气质量监测,对已有的大气监测网络进行补充,并使更多的公众积极参与到环境监测中,共同改善空气质量。本文对美国、欧盟和中国推动大气监测领域中低成本传感器技术发展及应用的政策、低成本传感器性能标准的设定情况、应用场景及发展模式进行梳理、对比、分析,最后为低成本空气传感器技术在我国的进一步发展提出了四点建议。第一,自上而下与自下而上的发展模式相结合,加快制定传感器技术标准和规范;第二,拓宽应用场景,让更多的公众参与到空气质量改善过程中;第三,促进国际交流与合作,制定区域性或者国际性的传感器技术标准与规范;第四,加大资金支持,实现传感器技术的不断创新。     

《环境与可持续发展》征稿启事

<正>为创新城市大气环境质量监测管控思路,提高区域空气质量监测能力,助力精准执法,推动环境监测行业创新和发展,美国环保协会、南科大工程技术创新中心(北京)、北京环丁环保大数据研究院与《环境与可持续发展》杂志合作,面向全社会征集移动监测领域相关论文,主题包括:移动监测技术应用、监测领域相关政     

基于机器学习利用低成本传感器数据构建城市近地面PM2.5浓度的高分辨率空间分布

PM_2.5是当前影响中国城市空气质量的一种重要污染物,它对人体健康有不利影响,高时空间分辨率的PM_2.5浓度分布是城市大气污染 精细化防控和健康影响评估的重要基础.低成本传感器在中国城市空气质量监测领域得到越来越多的应用,但由于其数据质量不够高,其价值没有得到充分的挖掘.本研究以在长三角地区蚌埠市城区作为研究案例,首先基于国控站监测数据对低成本传感器观测数据进行校准.接着通过6种机器学习模型的预测性能的比较选取随机森林作为本研究的核心方法.然后利用随机森林方法结合土地利用类型、人口密度和通过WRF模式模拟得到的气象数据、监测数据等多源数据,构建了时间分辨率为1 h、空间分辨率为0.005°（接近500 m）的近地面PM_2.5浓度的时空分布.最后对几种方法的结果进行了比较和评估.反演得到的高分辨率PM_2.5浓度的10倍交叉验证结果显示,空间R²=0.95,RMSE=9.32 μg·m^-3,时间R²=0.88,RMSE=9.24 μg·m^-3.结果表明,低成本传感器观测数据可以帮助人们构建具有更高精度的高时空分辨率的PM_2.5浓度 分布,使得低成本传感器数据的时空特征价值得到更好的利用,同时也可为低成本传感器更好地服务于空气质量精细化管理提供一种新的 应用思路.     

环境空气质量臭氧自动监测仪校准方法探讨

目前我国对环境空气质量自动监测系统臭氧监测仪尚无统一的校准方法标准,结合近年来对全省空气质量监测点的臭氧监测仪开展校准工作的情况,就遇到的一些问题展开讨论,尝试性提出臭氧量值溯源与传递的技术方法和技术路线,并通过实验验证方法的可行性,提出下一步改进的意见建议。     

无人机遥测技术在氯气泄漏事故预警监测中的应用

分析了工业园区氯气泄漏预警监测工作的现状以及其缺点,提出了一种用无人机搭载传感器的技术对工业用氯气进行实时监测的构想,并展望了其在安全预警领域中应用的前景。     

基于传感器方法的新型大气监测技术现状与发展建议

本文阐述了基于传感器方法的新型监测技术的主要特征,分析了新技术为我国城市大气污染监管工作带来的机遇,论述了固定监测和移动监测相结合的应用方式对热点网格精细化管控的意义,指出了该技术需要突破的瓶颈问题和解决路径。针对新的技术趋势,本文建议加大监测设备与大数据应用相结合的核心技术研发投入、建立技术创新应用示范平台、推动第三方认证体系、启动移动监测与"千里眼计划"融合研究与试点工作。     

重点区域环境空气质量监测方案与评价方法探讨

我国区域性大气污染问题频频发生,成为当前亟待解决的重大环境问题。区域联防联控工作需要建立相应的区域空气质量监测体系和评价方法,这对已有的监测体系提出了新的要求。在区域监测体系中需要增加臭氧、细粒子等区域性污染物及其前体物的监测,同时设立区域监控点使监测网络覆盖面由城市建成区拓展到广大近郊及农村地区。采用移动式柱浓度监测和卫星遥感监测等多样化监测手段结合超级空气站来增强区域综合监测和源解析能力。在区域内搭建监测信息共享平台和实时发布机制并建立区域空气质量预警预报系统。建立区域内统一的质量管理和质量控制方案,城市监测点质控工作由所在省市管理,区域监控点质控工作由国家统一直管。采用分区分层次的区域空气质量评价方法,评价因子包括所有六项监测指标。     

成都市道路移动源减排对空气质量的短期影响

近年来随着经济社会的高速发展,我国的空气污染问题日渐突出.管控污染源以减少污染物排放是改善空气质量的主要手段,且其效率如何会极大地影响空气质量的改善效果.但通常情况下,单一减排手段的实施对空气质量的改善的实际贡献往往在短时间内较难做出客观评价.本研究借助新冠疫情期间以道路移动源为主的各类污染源排放短期内大量下降的机会,通过疫情管控措施实施前后交通条件和空气质量的对比,分析道路移动源减排对空气质量改善的短期影响.结果表明,实施管控措施后,城市范围内道路交通条件明显改善,拥堵路段基本消失.受此影响,各类主要污染物浓度出现不同程度的下降,其中,受道路移动源贡献较大的NO₂浓度下降比例达40%~60%,PM_2.5因受气象条件影响较大而下降幅度较小.结合实时的交通数据估算其相应的尾气排放结果表明,疫情期间道路移动源排放的NO_x、HC、CO分别下降59.7%、59.9%和58.8%.本研究对于分析短时间内急速减排等应急措施对环境改善的效果,以及削减污染物排放对空气质量改善的潜力有重要的实际参考价值.     

环境空气自动监测中质量保证与控制措施

在我们的日常生活与工作环境中,环境空气自动监测中质量保证与质量控制是十分重要的技术工作和管理工作,包括人员素质、运行和管理机制、标准传递、监测仪器设备的校准、空气质量自动监测仪器的性能审核等。在实际工作中,监测人员可根据仪器的运行状况,定期对仪器进行校准标准物质的传递比对实验验证等用以检查仪器的零度漂移和标准漂移等情况,以确保上报数据的准备性精密性和可比性。本文从环境空气质量自动监测的定义及组成出发,分析了环境空气质量的控制措施,对环境空气自动监测质量控制的管理保证进行了阐述。     

矿山环境遥感自动监测方法与应用分析

对矿山环境及矿产资源开采状况相关数据的有效监测是矿产资源合理开发的基础性工作。遥感技术有着多平台、多种类、多波段的特点,其信息量丰富,动态性和时效性较强,而遥感自动监测则是遥感技术应用的重要研究领域。基于以上,本文简要分析了矿山环境遥感自动监测方法,并探讨了矿山环境遥感自动监测应用的问题及展望,旨在进一步促进遥感自动监测技术的发展和应用。     

光散射原理的大气PM2.5小型传感器监测性能评估研究

随着大气污染治理的不断深入,精细化、精准化和智能化的环境管理需求不断增加,迫切需要在特定区域开展高密度的监测,以弥补现有传统监测的不足.在此背景下,PM_2.5传感器监测方法在国内迅速发展,为研究光散射原理的大气PM_2.5小型传感器监测性能,于2018年7月—2019年7月在北京市建立了比对测试平台,对不同原理、不同品牌的PM_2.5传感器设备进行为期1年的测试与分析.结果表明：(1)激光粒子计数法PM_2.5传感器性能优于红外法PM_2.5传感器,激光粒子计数法PM_2.5传感器设备与自动标准设备比对的相关系数(R²)均大于0.45,红外法PM_2.5传感器设备与自动标准设备比对的R²均小于0.40.采用激光粒子计数法的工业级PM_2.5传感器数据有效率均在95%以上,更适用于业务化PM_2.5监测.(2)多数激光粒子计数法的工业级传感器设备与标准设备有较好的一...     

Review on recent progress in on-line monitoring technology for atmospheric pollution source emissions in China

Emissions from mobile sources and stationary sources contribute to atmospheric pollution in China, and its components, which include ultrafine particles (UFPs), volatile organic compounds (VOCs), and other reactive gases, such as NH₃ and NO_x, are the most harmful to human health. China has released various regulations and standards to address pollution from mobile and stationary sources. Thus, it is urgent to develop online monitoring technology for atmospheric pollution source emissions. This study provides an overview of the main progress in mobile and stationary source monitoring technology in China and describes the comprehensive application of some typical instruments in vital areas in recent years. These instruments have been applied to monitor emissions from motor vehicles, ships, airports, the chemical industry, and electric power generation. Not only has the level of atmospheric environment monitoring technology and equipment been improving, but relevant regulations and standards have also been constantly updated. Meanwhile, the developed instruments can provide scientific assistance for the successful implementation of regulations. According to the potential problem areas in atmospheric pollution in China, some research hotspots and future trends of atmospheric online monitoring technology are summarized. Furthermore, more advanced atmospheric online monitoring technology will contribute to a comprehensive understanding of atmospheric pollution and improve environmental monitoring capacity.     

天地一体化遥感监测大气污染技术进展

天地一体化遥感监测技术通过地基和卫星融合互补,成为研究大气污染来源、传输和影响的重要方法.但目前国外主导的地基和卫星遥感算法不适应国内复杂大气环境,其数据可靠性尚需验证.为进一步推动国内大气研究自主性,厘清天地一体化遥感监测技术发展现状,对相应的平台建设、算法研发及应用实例进行介绍.结果表明:①可通过地基观测网络实时连续监测大气污染物的浓度（柱总量）/廓线信息,目前国内组建并运行了CNEMC空气质量监测网络和USTC地基遥感网络.②可通过紫外-可见波段卫星载荷获取全球/区域尺度大气污染物的浓度（柱总量）/廓线产品,GF-5搭载的EMI填补了国内该类载荷的空白,基于DOAS（BOAS）的柱总量反演算法、基于OE的垂直廓线反演算法是当下国际主流业务算法.③天地一体化遥感监测技术以高精度、广覆盖、准定位的优势得到快速发展,可为亟需解决的大气污染治理成效评估、作用机理研究、区域传输测算及精准溯源等难题提供技术支持.研究显示,天地一体化遥感监测技术需以应用化和业务化为导向,加快观测平台硬件建设,加强相关反演算法研发,深入融合多平台数据,全面推进大气遥感监测技术的立体化和系统化发展.      

应用于船舶与海洋工程结构安全监测的应变传感器技术研究

目的 研制适用于船舶与海洋工程结构安全监测的应变传感器,并提出标定方法。方法 针对海洋环境特点,考虑传感器封装技术,通过结构设计与有限元仿真计算,研制以弹性体和电阻应变片为主要组成的应变传感器。设计传感器专用标定梁,并完成标定流程的制定和数据处理方法的研究,开展标定试验,获取传感器的标定数据,得到传感器的转换系数和非线性误差。开展传感器的环境与可靠性试验验证。结果 传感器的转换系数具有较高的一致性,系数最大为0.342,最小为0.335,偏差为2.05%,试验传感器最大非线性误差为1.3%,并通过了9项环境试验与2.56个循环(共1 980 h)的可靠性试验考核。结论 提出的标定方法适用,传感器可承受海洋环境条件中温度、湿度和盐度的长期作用,满足实船监测需求。     

工业锅炉大气污染物源强核算方法的研究

工业锅炉燃料燃烧过程排放的二氧化硫、氮氧化物、烟粉尘已成为中国大气煤烟型污染和复合型污染的重要诱因,其源强的核算对于大气污染防控、改善空气环境有着重要的意义。详细介绍了环境影响评价过程中工业锅炉废气基本参数的换算、现有锅炉大气污染物实测浓度的折算及新建锅炉大气污染物源强的核算方法,归纳了相关参数、排污系数,并对工业锅炉大气污染物源强核算研究的发展作出了展望,可为从事工业锅炉大气污染防治控制的环保工作者提供参考。     

GIS和情景分析辅助的流域水污染控制规划

总结了流域水污染控制规划中的正向算法和反向算法及其优缺点.以江西赣江流域为例, 以ARCGIS8.1为平台,建立了流域水环境功能区划、污染源、监测断面和排污口等空间数据库. 基于正向算法,利用情景分析法构造了流域水污染控制的4种情景,并在4种情景下生成了对污染源实行逐级控制的10组规划方案. 利用费用函数对各方案的污水处理投资进行估算;结合污染源预测,利用水质模型对各方案进行水质模拟,并将模拟的结果通过GIS的可视化表达来进行辅助决策. 以水质达标和投资费用作为规划方案的决策依据,通过赣江流域水污染治理的经济可承受能力的分析,优选出2套经济上能承受、水质上可接受的流域水污染控制方案.结果表明,GIS和情景分析法对于流域水污染控制规划在综合性、完整性和可持续性等方面具有良好的指导意义.     

厦门市环境空气质量的模糊综合评价

根据模糊数学的基本原理,利用厦门市2004-2010年度环境空气质量监测数据,运用模糊矩阵复合运算方法,对厦门城区环境空气质量进行综合评价。评价结果符合厦门市实际情况,较好地揭示出厦门市环境空气污染程度连续、渐变、模糊的特点,给出了空气污染的程度,客观地反应出厦门市环境空气质量是多因素共同作用的结果。最后提出提高厦门市环境空气质量的合理建议。     

基于GIS的大气污染源项分类体系及臭氧浓度相关性分析

近年来,中国城市的急速发展伴生了严峻的空气污染问题,其中,臭氧污染问题亦十分突出.量化分析各类污染源对空气污染的影响程度是制定相关政策及有效解决空气污染问题的关键.但大气污染源种类繁复,要对所有源项进行细致排查难以实现,随着GIS和地图产品的丰富,地理信息大数据为更便捷详尽地掌握地面源项信息提供了可能.本文以成都为例,对地理信息数据进行分类并建立其与各类源项的表征关系,基于统计分析探讨各类源项与臭氧浓度的相关性,并分析评价各种源项对成都市臭氧问题的影响.结果表明,成都市近年来臭氧问题的加剧与人类活动密切相关,其中,工业源与臭氧浓度相关性最大,机动车服务源的溶剂使用与臭氧浓度也呈正相关.交通源由于NO_x和VOC之间的相互作用会在一定程度上抑制臭氧生成,从而与臭氧浓度的相关性显著水平较低.这些结果的发现对于精细化空气质量管理和污染防治具有非常重要的意义.     

我国重点区域环境大气VOCs监测体系现状及发展方向

科学开展大气挥发性有机物(VOCs)的监测是臭氧(O₃)与细颗粒物(PM_2.5)复合污染成因机制和防控的关键基础,对持续改善我国空气质量具有重要意义. 为优化提升我国VOCs监测体系和效能,提出未来光化学监测发展方向和路径,通过调研、数据挖掘总结评估了国内外VOCs监测体系设计、监测布点、监测项目和时段、监测技术和质控技术等监测要素,结果表明:①我国初步建成了覆盖重点区域的光化学监测网,但监测点位功能相对单一,缺乏区域、输送、排放高值区等关键点位,其优化和完善是提升我国VOCs监测效能的重要途径. ②5—9月是我国O₃污染的重要时段,影响O₃的重要组分则主要为美国环境保护局(US EPA)光化学评估监测站(Photochemical Assessment Monitoring Stations, PAMS)所涉及的组分以及醛酮类组分,其中乙烯、苯系物、甲醛、乙醛等尤为关键,并应关注部分支链烯烃和α-蒎烯、β-蒎烯等天然源烯烃对O₃或颗粒物的影响,最终需结合本地化特点优化监测项目. ③我国VOCs监测技术体系中手工监测和自动监测各具优势,未来发展趋势以自动监测为主、手工监测为辅,监测技术体系应向高精准度化、标准化、小型化、模块化、智能化,以及高时间分辨率和低成本等方向发展;同时持续进行质量体系标准研究,补足空白,提升监测数据质量. 研究显示,我国环境大气VOCs监测应优化监测布点,加强监测技术体系和质量体系标准化,并聚焦重点时段形成我国本地化监测项目,从而科学地优化和完善我国光化学监测体系.      

电力通信机房监控系统对室内空气净化程度检测研究

为解决当前电力通信机房室内空气监控系统抗干扰能力弱,室内空气净化检测精度低等问题.设计了基于ARM的电力通信机房室内空气监控系统,以提高室内空气净化检测精度.选用DHT11温度传感器,引入专用数字单元采集技术和温度传感技术,实现空气温度监控.安设 HS1101传感器,监控空气湿度.采用OLED液晶显示作为系统的可视化窗口,完成电力通信机房监控系统设计.实验结果表明,该系统能耗低,抗干扰能力强,为准确检测室内空气净化程度起到重要作用.