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篇1

1系統(tǒng)工作原理

1.1系統(tǒng)結構圖

本文設計的空氣質量檢測系統(tǒng)實現(xiàn)全天候、自動化、主動獲取空氣質量信息。本文的空氣質量檢測儀原理框圖如圖1所示，采用上下位機相結合的設計方式，下位機由傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊（CC253X芯片）、數(shù)據(jù)傳送模塊等部分構成；上位機由測控計算機、通訊模塊構成。由微處理器通過傳感器模塊采集空氣質量相關數(shù)據(jù)并通過zigbee模塊傳輸至測控計算機，測控計算機完成對空氣質量數(shù)據(jù)的處理分析，為管理人員提供做出判斷或決策的依據(jù)。從而實現(xiàn)對特定區(qū)域內空氣質量實時監(jiān)測。

1.2ZigBee技術簡介

ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡是由許多傳感器以自組織方式構成的無線網(wǎng)絡,它綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、分布式信息處理技術和ZigBee技術,可廣泛應用于工業(yè)監(jiān)測、安全系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測和軍事等領域。ZigBee技術是一種低速率、低功耗、低復雜度、低成本的雙向無線通信網(wǎng)絡技術。

2系統(tǒng)電路設計

本文無線收發(fā)模塊采用芯片CC2530。CC2530是用于2.4-GHzIEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE應用的片上系統(tǒng)(SoC)解決方案。以較低的總的材料成本建立網(wǎng)絡節(jié)點。CC2530結合了領先的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標準的增強型8051CPU，系統(tǒng)內可編程閃存，8-KBRAM和其它強大的功能。充分考慮到應用環(huán)境，結合CC2530具有不同的運行模式，使得它尤其適應超低功耗要求的系統(tǒng)。如圖2所示。

3系統(tǒng)軟件設計

3.1CC2530芯片的軟件設計

設計中CC2530單片機程序的編寫環(huán)境為IAREW8051V8.1集成開發(fā)環(huán)境，使用C語言編寫，使程序移植和調用方便、靈活，能最大程度的提高系統(tǒng)程序的可靠性和穩(wěn)定性。由主程序，AD數(shù)據(jù)轉換，通訊三個模塊組成。數(shù)據(jù)的采集要求每秒采用一次，采用定時中斷的方式執(zhí)行數(shù)據(jù)的采集，將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過AD轉換后通過串行數(shù)據(jù)通信發(fā)送給ZigBee芯片。

3.2應用程序設計

空氣質量檢測系統(tǒng)上位機部分是采用Microsoft公司的VC++6.0進行開發(fā)，以Zigbee通信方式實現(xiàn)空氣質量數(shù)據(jù)（溫度、濕度、PM2.5、PM10等參數(shù)）的存儲與和讀取。根據(jù)實際需求，應用程序份為用戶界面和數(shù)據(jù)管理兩部分。管理人員可以通過用戶界面實時、直觀的了解檢測區(qū)域內相關信息，可對檢測區(qū)域的空氣質量安全的進行評估與決策，數(shù)據(jù)管理部分將所有數(shù)據(jù)以及分析狀況進行儲存，方便用戶隨時查詢。檢測系統(tǒng)軟件界面如圖3所示。

4結論

篇2

關鍵詞： 室內空氣檢測治理措施

Abstract: the indoor air quality and the human body health, in recent years, building decoration materials of the widely used, cause indoor air pollution is serious. In this paper a new company to decorate office building in indoor environment formaldehyde, benzene, ammonia, TVOC testing index analysis, and according to indoor air pollution status are put forward control measure.

Keywords: indoor air monitoring and management measures

中圖分類號：O213.1文獻標識碼：A 文章編號：

1 引言

室內空氣質量與人體健康息息相關，近年來，建筑裝修材料廣泛使用，導致室內空氣污染日益嚴重。目前，廣大居民已經(jīng)意識到室內裝修產(chǎn)生的有害物質對人體健康的危害，紛紛對室內污染情況進行檢測，采取各種措施治理住房內空氣污染。但辦公場所內裝修帶來的室內環(huán)境污染問題也較為突出。本文對某公司新裝修一個月的辦公樓室內環(huán)境中甲醛、氨、苯、TVOC指標進行檢測分析，并根據(jù)室內空氣的污染狀況提出進行治理的措施。

2 材料與方法

2.1 檢測對象和檢測項目

檢測對象： 選擇某公司辦公樓中的3個辦公室，1 個會議室進行室內空氣質量檢測；

檢測的項目：室內空氣中甲醛、氨、苯、TVOC的濃度。

2.2 檢測依據(jù)

GB50325-2010《民用建筑工程室內環(huán)境污染控制規(guī)范》

GB/T18204.26-2000《公共場所空氣中甲醛測定方法》

GB/T18204.25-2000《公共場所空氣中氨測定方法》

GB11737-89《居住區(qū)大氣中苯、甲苯和二甲苯衛(wèi)生檢驗標準方法 氣相色譜法》

2.3 分析儀器

TDP-1000B雙氣路氣體采樣器；

7230G可見分光光度計；

GC112A 型氣相色譜儀；

GC122型氣相色譜儀等。

2.4 采樣方式

依據(jù)GB50325- 2010《民用建筑工程室內環(huán)境污染控制規(guī)范》標準相關條款規(guī)定進行抽檢采樣。選取有代表性的4個房間，采樣點數(shù)分布如表1所示：

采樣前關閉門窗12小時，采樣時關閉門窗；現(xiàn)場檢測點應距內墻面不小于0.5m、距樓地面高度0.8m~1.5m。檢測點應均勻分布，避開通風道和通風口。當房間內有2個以上檢測點時，應在對角線、斜線、梅花式均勻分布設置，并在原始記錄上用示意圖標明。并取各點檢測結果的平均值作為該房間的檢測值。并記錄采樣點的溫度和氣壓。

2.5分析方法

甲醛：按GB/T18204.26-2000《公共場所空氣中甲醛測定方法》用酚試劑分光度法測定其濃度；

氨：按GB/T18204.25-2000《公共場所空氣中氨測定方法》用靛酚藍分光光度法測定其濃度；

苯：按GB50325-2010《民用建筑工程室內環(huán)境污染控制規(guī)范》附錄F室內空氣中苯的測定，測其濃度[1]；

TVOC：按GB50325-2010《民用建筑工程室內環(huán)境污染控制規(guī)范》附錄G室內空氣中總揮發(fā)性有機物(TVOC)的測定，測其濃度。

2.6 評價依據(jù)

GB50325-2010《民用建筑工程室內環(huán)境污染控制規(guī)范》，民用建筑工程室內環(huán)境污染物濃度限量[2]（Ⅱ類民用建筑）：甲醛≤0.10mg/m3，氨≤0.2 mg/m3，苯≤0.09 mg/m3，TVOC≤0.6 mg/m3。辦公樓的室內環(huán)境污染物濃度檢測結果參照該標準。

3 檢測結果分析

對該公司辦公樓抽樣房間的室內空氣質量按照上述方法進行分析檢測，抽樣房間的各項檢測項目的分析結果如表2所示：

表2顯示，各項所檢測的項目中，只有苯的含量，符合GB50325-2010《民用建筑工程室內環(huán)境污染控制規(guī)范》規(guī)定的Ⅱ類民用建筑的技術要求。其余參數(shù)甲醛、氨、TVOC都有不同程度的超標。而會議室內空氣檢測項目超標嚴重，因會議室屬于精裝修，室內使用采用復合地板、膠合板、地毯,壁紙,乳膠漆、吊頂材料等復合化學建材以及辦公家具復合板材等裝修材料, 生產(chǎn)這些材料時用到的膠粘劑、防水劑、稀釋劑等含有大量的甲醛[3 ]等對人體有害的污染物質。裝修后,在使用過程中隨著環(huán)境溫濕度的變化不斷地揮發(fā)到室內,造成室內空氣污染。因此污染物種類及相對含量普遍比較高,使用地毯、復合地板等裝修材料的室內比其他不用這些裝修材料的室內空氣中甲醛、氨、TVOC濃度普遍要高。

4 治理措施

(1) 通風換氣。 通風換氣是一種經(jīng)濟有效的清除室內污染物的方法,通過室內外空氣交換而達到稀釋凈化的目的。測試表明一般室內污染物的濃度都高于室外,室內通風換氣后,有害物質濃度明顯降低。

(2) 使用空氣凈化器。目前已開發(fā)出了多種空氣凈化器治理室內空氣污染, 主要是利用某些有吸附能力的各種多孔性物質吸附有害物質而達到去除有害污染的目的。最為常用的吸附劑為顆?；钚蕴俊⒒钚蕴坷w維等。

(3) 生物法。某些植物對有害氣體有吸收-代謝作用，消除空氣污染除了要經(jīng)常開啟門框加強通風外，在室內栽種綠色植物是去除化學污染簡便而有效的途徑。吊蘭、鴨拓草、蘆薈、龜背竹、虎皮蘭等葉片碩大的觀葉植物，對有害氣體有一定的吸收和積累能力，具有凈化空氣、殺菌吸塵、清除不同有毒物質的功效[4]。

(4) 使用化學方法。 使用一些化學試劑，使其與甲醛等有害物質反應吸收，如市面上賣的甲醛去除劑等，也會有不錯的效果。但容易造成二次污染。

參考文獻

[1] GB11737-89《居住區(qū)大氣中苯、甲苯和二甲苯衛(wèi)生檢驗標準方法 氣相色譜法》

[2] GB50325-2010《民用建筑工程室內環(huán)境污染控制規(guī)范》

[3] 張曉勇，黃衛(wèi).室內空氣污染現(xiàn)狀及控制研究[J].環(huán)境科學與管理，2006，31(6):44-46

篇3

關鍵詞： 聲光報警； 檢測電路； MSP430F2252； 存儲電路

中圖分類號：TP312 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2014）10-27-03

Air quality multi-parameter detector hardware circuit design

Huang Rui

（Hanghzou vocational & technical college， Hangzhou， Zhejiang 310018， China）

Abstract： Based on the analysis of air quality in public places， a gas detector which takes MSP430 as the core is designed. The hardware circuit implementation is introduced in this paper. The system takes low power MSP430F2252 micro-controller as the core， chooses a high-precision sensing probe and plenty of sensing probes work together to detect a variety of sources. The detection circuit， the signal processing circuit and a feedback circuit are designed and optimized. System data can be detected by a liquid crystal display， store and query by storing circuit. Data can be overrun by the alarm sound and light alarm circuit. The test shows that the system has low power consumption， with accurate and reliable data， stable performance， low cost and is easy to carry.

Key words： sound and light alarm； detection circuit； MSP430F2252； memory circuit

0 引言

目前市場上大多數(shù)的空氣質量檢測儀都是單一參數(shù)的。為數(shù)不多的幾款多參數(shù)氣體檢測儀基本都是國外進口的，價格昂貴，性能不穩(wěn)定，不適合廣泛使用；而且目前大多數(shù)檢測儀都是針對特殊環(huán)境的。為此研究開發(fā)了一款以MSP430為核心的氣體檢測儀，以室內公共場所為主要檢測對象，可以同時檢測人居環(huán)境中多種有害氣體和輻射。該成果可用于室內公共場所的環(huán)境檢測，還可以用于礦井以及一些工業(yè)環(huán)境的空氣質量檢測。

1 系統(tǒng)介紹

為提高環(huán)境監(jiān)測的穩(wěn)定性和精密性，本系統(tǒng)采用MPS430F2252作為中央處理單元。以國家標準（參考國際標準）的公共場合各類參數(shù)的允許范圍為前提，分析各污染源的特點，選擇有針對性的傳感器，設計傳感檢測電路，以提高檢測的敏感度。通過傳感探頭檢測后得到的數(shù)據(jù)被傳至中央處理單元后，根據(jù)不同的參數(shù)類型進行相應的算法處理，在算法處理上建立快速、高精度、寬范圍數(shù)學模型，實時地把處理的結果通過液晶屏顯示出來，并將數(shù)據(jù)記錄存儲下來，通過鍵盤設定相應的數(shù)據(jù)記錄間隔和報警范圍。系統(tǒng)還設計有反饋單元，通過反饋控制電路改善儀器的工作狀態(tài)，提高儀器的穩(wěn)定性。具體結構如圖1所示。

[報警單元][反饋控

制單元][MSP430F2252＼&][和PC機的

USB通信][環(huán)境參數(shù)

檢測數(shù)據(jù)][鍵盤輸入][采樣間隔][報警設置][測量結果記錄、

LCD顯示等]

圖1 整機控制部分結構圖

2 環(huán)境參數(shù)采集電路設計

2.1 甲烷和二氧化碳的采集電路

本設計的甲烷和二氧化碳檢測采用高性能二合一的紅外甲烷/二氧化碳傳感器 MSH-DP-HC/CO2，該傳感器具有良好的甲烷和二氧化碳線性輸出。傳感器連接電路如圖2所示。傳感調理電路采用儀表放大器電路，一端接傳感探頭，一端接數(shù)字電位器的中心抽頭，通過調節(jié)數(shù)字電位器的步進數(shù)控制數(shù)字電位器的中心抽頭電壓，從而控制輸入運放的差值電壓。該傳感器提供很好的靈活性，其輸出具有以下選擇：

⑴ 電壓信號輸出0.4V～2.0V的線性信號；

⑵ 數(shù)字輸出，輸出8數(shù)據(jù)位，1位停止位，1位無奇偶校驗位。波特率可設置。

圖2 甲烷和二氧化碳采集電路

2.2 一氧化碳信號采集電路

一氧化碳的檢測選用CO-AF型電化學式傳感器，該傳感器利用恒電位電解法為基本原理，將化學能轉化為電能，輸出端產(chǎn)生電流，提供給外電路。當氣體濃度變化時，輸出的電流隨之成正比例變化。電化學一氧化碳傳感器設置有三個電極：工作電極、參考電極和對電極。電路如圖3所示，CO-AF傳感器信號調理電路采用兩級放大模式，放大器采用2.8V供電，一級放大為負極放大電路，將電流信號轉換為電壓信號，二級放大為正極放大，經(jīng)兩級放大后電壓在mV級，加電容C7阻止高頻信號，通過電阻分壓后，將電壓信號輸出。此電路可以將電化學式傳感器CO-AF的微弱電流轉化2.35～2.48V的電壓輸出信號，送至MCU的ADC單元進行模數(shù)轉換，便于微處理器的處理。

圖3 一氧化碳采集電路

2.3 溫濕度采集電路

溫濕度數(shù)據(jù)采集選用SHT15數(shù)字傳感器，該傳感器可以同時完成濕度和溫度的數(shù)據(jù)采集。SHT15將溫濕度傳感探頭、信號放大調理、A/D轉換、串行數(shù)字通信接口電路、數(shù)字校準等全部模塊集成在一塊微形芯片上，無需元件就可直接輸出經(jīng)過標定的相對濕度和溫度的數(shù)據(jù)。傳感器能測量0～100%RH 范圍的濕度、-40℃～123.8℃范圍的溫度，響應時間≤30s，在 2.4V～5.5V供電電壓下工作，測量狀態(tài)下功耗約3mW。SHT15的采集電路如圖4所示，SHT15為從機，單片機為主機，通過I2C總線進行通信。具體電路設計中，SHT15需要3.3V供電電壓，在電源與地之間接入0.1μF的去耦電容，時鐘線和數(shù)據(jù)線各接一只200R的電阻，防止因電流過大損害器件。DATA為三態(tài)結構，用于讀取傳感器數(shù)據(jù)，為了避免在讀取數(shù)據(jù)時發(fā)生沖突，在DATA端接入一只10K的上拉電阻，將其信號提拉至高電平。具體電路見圖4。

圖4 溫濕度采集電路

3 報警、存儲及主控電路

3.1 顯示電路

檢測儀采用LCD屏顯示方式，實現(xiàn)一屏多顯功能，達到了一目了然的效果。由于檢測儀功能多，操作項目多，設計中使用160×160點陣LCD顯示，顯示屏采用YB160160A-COG型號，帶白色背光，該屏采用UC1698驅動，工作電壓為3.3V/5.0V，8位數(shù)據(jù)線D0～D7，并有復位、寫、讀、片選、數(shù)據(jù)控制端口，顯示電路如圖5所示。

圖5 顯示電路

3.2 聲光報警電路

根據(jù)國家公共環(huán)境的各氣體參數(shù)要求標準，在設計中根據(jù)參數(shù)的標準值設置氣體報警范圍。當參數(shù)超出標準值時，儀器儀表通過聲和光兩種途徑報警，即蜂鳴器發(fā)出聲響和紅色 LED燈閃爍報警，同時相對應的氣體讀數(shù)值在顯示屏上閃爍，提示是哪種氣體超出標準值。報警電路如圖6所示。若有參數(shù)超出標準值，PC6 端口置為高電平，驅動蜂鳴器和發(fā)光二極管D8工作，進行聲光報警。

3.3 數(shù)據(jù)存儲電路

為方便數(shù)據(jù)的記錄及查詢，設計中采用24lc512作為存儲單元。該芯片由美國微芯科技公司生產(chǎn)的電擦寫式只讀存儲器，其容量范圍為512K，頻率為400kHz，支持I2C串行接口，以x8位存儲器塊進行組合。低電壓設計允許工作電壓2.5-5.5V，待機電流和工作電流分別為1μA和1mA。容量為1千位，具有頁寫入能力。功能性地址線允許連接到同一條總線上的器件數(shù)目最多可達八個，具體電路如圖7所示，本設計中使用了四個24lc512。

圖6 聲光報警電路

圖7 數(shù)據(jù)存儲接口電路

3.4 主控電路設計

本設計選擇MSP430F2252芯片作為核心芯片， 該芯片是一款超低功率混合信號微控制器，此微控制器具有兩個內置 16位定時器，一個通用串行通信接口，具有集成基準和數(shù)據(jù)傳輸控制器。MSP430 通過16位RISC構件、16位CPU整合寄存器以及常數(shù)發(fā)生器，實現(xiàn)了代碼的最大效率。數(shù)字控制振動器（DSO）在低功率下能夠喚醒設備到活動模式，響應時間不超過6us。在該系統(tǒng)中，P3.1，P3.2用于數(shù)據(jù)存儲，P2.0～P2.4及P3.0用于氣體及溫濕度測量；TXD，RXD分別作為輸入端和USB串口電路。

4 結束語

本文主要介紹了基于MSP430F2252多參數(shù)空氣質量檢測儀，系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集、顯 示、處理、傳輸及控制于一身。該檢測儀可以在現(xiàn)場進行顯示、控制，或者經(jīng)過簡單的轉換接入網(wǎng)絡，將數(shù)據(jù)傳送到遠方監(jiān)控室；可通過按鍵設置各種參數(shù)，也可以通過語音進行顯示和控制；數(shù)據(jù)可以按需要設定報警范圍；并且預 留有備用端口可以進行參數(shù)、種類的擴展，以適應不同具體場合下的要求。該儀器可以廣泛應用于特殊需求工作環(huán)境以及人居公共場合，具有良好的市場前景。

參考文獻：

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感器，2014.2.

[4] 蘇安明，程維明.基于MSP430單片機的無線溫濕度檢測系統(tǒng)[J].自

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篇4

關鍵詞：城市；空氣質量；監(jiān)測；探討

中圖分類號：TU993..2 文獻標識碼：A 文章編號：

城市環(huán)境空氣質量作為與人類生存密切相關的極其重要的一環(huán)，環(huán)境空氣監(jiān)測正以高速度向前發(fā)展著。環(huán)境空氣質量自動監(jiān)測是空氣監(jiān)測發(fā)展的必然趨勢。城市環(huán)境空氣質量好壞是受氣象和城市所在區(qū)位、周邊環(huán)境狀況、城市地形以及城市綜合功能和發(fā)展水平等多種因素所導致，通過長期日報數(shù)據(jù)整理分析能夠尋求一定規(guī)律，以便指導空氣質量監(jiān)測日報的實際工作。

1 我國空氣質量監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

在很長一段時間，我國的空氣質量檢測技術和監(jiān)控網(wǎng)絡都遠遠落后于一些西方發(fā)達國家，當點式的空氣質量監(jiān)測儀日趨成熟完善，美國率先大力普及，日本不甘落后的時候，我國雖然緊隨其后，加大了采用這種檢測儀器的力度，但由于特殊的國情和各種因素的限制，點式的空氣質量監(jiān)測儀在我國的普及程度遠遠低于歐美和日本，且在安裝技術和安裝水平上的限制，我國在點式監(jiān)測儀上的運行成本要遠遠高于同種設備在歐美國家的成本。

隨著科學技術的發(fā)展，出現(xiàn)了開放式的空氣質量監(jiān)測系統(tǒng)，這種空氣質量監(jiān)測系統(tǒng)主要是采用線狀形式進行空氣質量監(jiān)測的采樣，相對于傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)，靈敏度更高一些，同時，由于其特殊的采樣方式，使得采集到的樣本，通過科學的分析得出的結果更加具有客觀性和準確性，更能代表這個區(qū)域的空氣狀況，而且，使用的壽命長，護理量很小，因此，有著遠遠低于傳統(tǒng)空氣質量監(jiān)測系統(tǒng)的運行成本。

發(fā)展到目前為止，我國的空氣質量監(jiān)測系統(tǒng)也取得了一些成果，初步開始有了一個比較完善是監(jiān)測網(wǎng)絡，截止到二零一零年，我國已經(jīng)共建立起了一百多個重點環(huán)境空氣質量監(jiān)測站，隨時重點城市的空氣質量狀況，對各種有害氣體的排放指標進行科學采樣，實施全天候監(jiān)控，并及時將各種采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街付ǖ恼军c，由專業(yè)人員結合空氣質量監(jiān)測系統(tǒng)進行嚴密分析，并針對具體的實際情況作出及時有效的處理，到目前為止，我國的空氣質量監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)成為了我國治理空氣污染的重要依據(jù)，對我國的一些氣象災害預防，城市空氣的凈化，相關法律法律的制定出臺，起到了巨大的推動作用。

2 城市環(huán)境空氣質量監(jiān)測技術的發(fā)展

20 世紀 80 年代，為加強環(huán)境監(jiān)測的管理，中國成立了中國環(huán)境監(jiān)測總站，開始收集環(huán)境空氣質量監(jiān)測數(shù)據(jù)，并逐步制定了環(huán)境空氣質量國家標準，組織開展了監(jiān)測技術和方法的標準化建設工作。

20 世紀 80 年代中后期，中國以城市環(huán)境監(jiān)測站為基礎，建立了國家環(huán)境空氣質量監(jiān)測網(wǎng)絡，部分城市采用了自動監(jiān)測系統(tǒng)進行連續(xù)監(jiān)測。其中，大部分自動監(jiān)測系統(tǒng)每月只監(jiān)測 12 天，部分城市按照國家環(huán)境監(jiān)測規(guī)范采用24 h 連續(xù)采樣，并輔以實驗室分析。絕大部分城市限于經(jīng)濟能力，僅采用“5 日法”進行監(jiān)測( 即每年4 季，每季5 天，每天 4 次，全年僅采集 80 個數(shù)據(jù)) 。在監(jiān)測項目上，主要開展了對 SO2、NO2和 TSP 的監(jiān)測。同時，開展環(huán)境空氣質量監(jiān)測的城市開始定期向省級環(huán)境監(jiān)測站、中國環(huán)境總站上報環(huán)境空氣質量監(jiān)測數(shù)據(jù)。

到了 20 世紀 90 年代初，通過二次優(yōu)化，中國組建了由 103 個城市環(huán)境監(jiān)測站組成的全國空氣質量監(jiān)測網(wǎng)絡。20 世紀 90 年代后期，國家加強了對城市空氣質量的管理，使全國環(huán)境空氣質量監(jiān)測及其監(jiān)測能力建設進入了高速發(fā)展階段。1997 年，中國 46 個環(huán)境保護重點城市開始向中國環(huán)境監(jiān)測總站上報城市環(huán)境空氣質量周報，并于 1998年元月開始向全社會。各省、自治區(qū)、直轄市政府也根據(jù)國家的要求，加大了環(huán)境監(jiān)測能力的建設力度，使有條件的城市實現(xiàn)空氣質量監(jiān)測自動化，其余城市已能夠按照國家環(huán)境監(jiān)測規(guī)范采用24 h 連續(xù)采樣，進行環(huán)境空氣質量監(jiān)測。

2000 年后，中國已有 150 個地級以上的城市實現(xiàn)城市環(huán)境空氣質量日報，其中，90 個地級以上城市實現(xiàn)環(huán)境空氣質量預報，并通過電視臺、電臺、報紙或網(wǎng)站等媒體向社會。這項工作提高了公眾的環(huán)保意識和參與意識，為環(huán)境保護和污染治理提供了有利依據(jù)和支持。

3 城市空氣質量日報概念

3.1 環(huán)境空氣質量日報

依據(jù)環(huán)境空氣質量自動監(jiān)測系統(tǒng)中各子站連續(xù)不斷獲取的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，經(jīng)中心站收集、統(tǒng)計處理后形成當天的空氣質量日報，再向社會。

3.2 日報必須監(jiān)測的內容

根據(jù)中國城市污染情況及現(xiàn)有技術水平，中國環(huán)境監(jiān)測總站制定了城市空氣質量日報技術規(guī)范，確定城市空氣質量日報監(jiān)測項目為 SO2，NO2和 PM10; 日報內容為空氣污染指數(shù)、空氣質量級別和質量狀況、首要污染物。

3.3 空氣污染指數(shù)( API)

在空氣質量日報中按規(guī)定方法計算各種污染物的分指數(shù)，取最大值為該區(qū)域或城市的空氣污染指數(shù)(API) 。主要適用于短期( 1 天) 空氣質量評價。

3.4 首要污染物

日報中 3 項污染物的污染分指數(shù)最大者為當天的首要污染物。當 API 為 0 ～ 50，空氣質量級別為Ⅰ級、空氣質量為優(yōu)時，不評價首要污染物。

3.5 空氣質量評價

空氣質量日報采用最大單因子級別法進行空氣污染指數(shù)評價。目前，中國采用的 API 分五級，API 值為 0 ～50 時，質量級別為Ⅰ級，空氣質量為優(yōu); API 值為 51 ～100 時，質量級別為Ⅱ級，空氣質量良好; API 值為 101 ～200 時，質量級別為Ⅲ級，空氣質量為輕度污染; API 值為201 ～ 300 時，質量級別為Ⅳ級，中度污染; API 值大于 300，質量級別為Ⅴ級，重度污染。

3.6 空氣綜合污染指數(shù)(P)

各項空氣污染物單項因子的污染指數(shù)( 此指數(shù)是由各污染物濃度均值與 GB 3095—1996 環(huán)境空氣質量標準中其對應的Ⅱ級標準年均值進行比較得出的，不同于日報中所報的污染指數(shù)) 之和，用以評價長期空氣質量水平。P值越大，表示空氣污染程度越嚴重，空氣質量越差; 反之，P值越小，表示空氣污染程度越輕，空氣質量越好。

3.7GB 3095—1996 環(huán)境空氣質量標準 主要內容該標準對環(huán)境空氣質量功能區(qū)劃分、標準分級、污染物項目、取值時間及濃度限值，采樣與分析方法及數(shù)據(jù)統(tǒng)計的有效性等予以規(guī)定。其中，環(huán)境空氣質量功能區(qū)分為三類，一類區(qū)為自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)和其他需要特殊保護的地區(qū); 二類區(qū)為城鎮(zhèn)規(guī)劃中確定的居住區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、一般工業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū); 三類區(qū)為特定工業(yè)區(qū)。環(huán)境空氣質量標準分為三級，一類區(qū)執(zhí)行Ⅰ級標準; 二類區(qū)執(zhí)行Ⅱ級標準; 三類區(qū)執(zhí)行Ⅲ級標準。

3.8 Ⅱ級天空氣質量日報中，把每天 API 值為 51 ～100 的，定為空氣質量級別Ⅱ級，簡稱Ⅱ級天;Ⅰ、Ⅱ級天合稱為優(yōu)于Ⅱ級以上天數(shù)(在城市考核中，通常考核城市全年優(yōu)于Ⅱ級以上的總天數(shù)) 。

3.9 空氣質量二級標準

根據(jù) GB 3095—1996 環(huán)境空氣質量標準 指標考核，采用單因子評價法，將其區(qū)域或地區(qū)空氣污染物平均濃度最大值低于標準規(guī)定的二級標準濃度限值時，稱該區(qū)域或地區(qū)空氣質量達國家環(huán)境空氣質量二級標準。適用于中國范圍的空氣質量評價。通常用于考核該區(qū)域較長時間的空氣質量。

4 結束語

人類活動節(jié)奏的日益加快，使得環(huán)境問題日益凸現(xiàn)。環(huán)境空氣質量監(jiān)測作為環(huán)境問題中重要的一環(huán)，對其要求也逐漸增加。新型的環(huán)境空氣質量自動監(jiān)測系統(tǒng)能快速反映地區(qū)和城市的環(huán)境空氣質量現(xiàn)狀，使得環(huán)境空氣質量狀況更加透明化，促進了環(huán)境空氣質量的監(jiān)測。

參考文獻：

篇5

關鍵詞：建筑材料；質量檢測；常見問題；控制

引言：

建筑材料的質量保證非常重要。它是一個行業(yè)是否具備以人為本核心觀念的表現(xiàn)。民族藝術家艾未未創(chuàng)造出了“她在這個世界上開心地活了七年”這個偉大的作品，紀念四川汶川地震時期死于教學樓坍塌的小學生們。慘痛的教訓告誡我們，我們必須堅決杜絕“豆腐渣工程”。在建筑工程中，首先要保證人民的生命和財產(chǎn)安全，再考慮其他經(jīng)濟、視覺等次要因素。建筑工程材料質量檢測是在建筑工程中的一道監(jiān)督控制的大手，監(jiān)督工程的安全性。

一、簡述建筑工程材料質量檢測的基本概念

建筑工程材料質量檢測，是一種集合各種檢測手段，旨在保證建筑工程中所使用的所有原材料、半成品、成品材料的質量特性符合個人、設計、合同的需要的同時，也符合國家的法律法規(guī)和技術規(guī)范標準。建筑材料質量檢測站和相關部門，將按照有關試驗檢測規(guī)程和技術規(guī)定，檢驗所有與建筑工程相關的建筑構件、制品及材料設備，然后將檢驗結果與規(guī)定的數(shù)據(jù)對比，得出最終使用與否的結論的過程。這個過程的主動方可以是施工單位、業(yè)主或者委托第三方。檢測方法多種多樣，可分為目測法、量測法、理化試驗法、無損測試或檢驗法等。檢驗方法按照檢驗數(shù)量來劃分，又分為全數(shù)檢驗、抽樣檢驗等。

檢驗工序通過定量的科學的方法評判各種材料和構件的質量，控制工程的費用和進度以達到最大的經(jīng)濟效益和社會效益。

二、質量檢驗過程與步驟

建筑工程一般分為決策階段、勘察設計階段、施工階段及竣工驗收四個階段。而質量檢驗通常出現(xiàn)在后面三個階段之中?？辈煸O計階段會有進場材料的質量控制；施工階段會有材料進場驗收、合理選擇存放和使用材料；竣工驗收時還有最后的檢驗程序。另外，貫穿全程的是行政管理及備案措施。

檢測對象分為建筑功能材料（承擔某建筑功能的非承重用的材料）、墻體材料（建筑物內、外及隔墻所用的材料）和建筑結構材料（建筑物受力構件和結構所用的材料）。

一般的建筑工程檢測項目按照物理性質（如密度、孔隙率、堆積密度、密實度、抗?jié)B性、抗凍性、導熱性等）、力學性質（如抗拉、抗壓、抗剪強度等）和工藝性質等分類，分別進行不同檢驗。

三、影響建筑工程材料檢測質量的常見問題及原因

（一）經(jīng)濟因素

最主要影響因素是單純追求經(jīng)濟利益。市場經(jīng)濟調節(jié)下，雙方追求最大經(jīng)濟利益，不惜以降低建筑材料質量為代價，采取權錢交易等手段，檢驗造假或者減免檢驗。這種利益驅動還造成了材料供應的過多或過少，直接影響到出現(xiàn)擺放混亂、標識不清、擺放時間過短過長等問題。如鋼筋、水泥等建筑材料不能承受風吹日曬、雨淋腐蝕，出現(xiàn)質量退化，壽命縮短。對利益的追求還導致了無計劃的工時壓縮，不夠時間做檢驗或者來不及等待檢驗結果就動工。施工單位的材料采購無計劃，現(xiàn)場堆放不規(guī)范、無標識牌、混堆，加上管理不善，當水泥、鋼材等材料產(chǎn)生受潮、變質、銹蝕時，就失去了原有的功能。材料檢測不及時，不嚴格，漏檢、錯裝，使不合格的材料當作合格材料使用，造成不應有的質量隱患。

（二）從業(yè)人員素質不夠高

這是另一個主要因素。由于受到個人知識結構不全面和實際經(jīng)驗等方面的限制，可能造成人員不能熟練使用儀器，不能及時送檢和實施檢測建筑材料，或者因疏忽致使部分材料漏檢，對于建筑材料的質量不能夠準確地檢測出結果，從而影響到了材料的質量評估，為施工安全留下了隱患。還有從業(yè)人員不夠盡責，不能始終把以人為本作為工作核心，不關心用戶安全，，過期的劣質材料當作合格材料使用，造成質量隱患。

（三）其它常見問題還有很多，下面分點略述。

1.建筑原材料魚龍混雜。

由于利益的驅使，蔑視國家統(tǒng)一的生產(chǎn)標準，生產(chǎn)出不符合標準的產(chǎn)品。即使是同一個品牌的質量也不盡相同，為檢測工作帶來了很大的難度。

2.檢驗儀器設備不夠先進。

建筑材料特別是新材料的檢測，需要依靠先進精密的檢測儀器。廠家的出廠合格證及檢驗報告上沒有這些性能指標， 建筑工程質量檢測單位也做不了這項檢測，只能等待先進儀器的研發(fā)或引進。

3.在檢測方法上不夠規(guī)范。

各地區(qū)、各單位、各人員檢測方法不同，管理手段不同。有的地區(qū)檢測方法依然落后。有的單位以次充好，故意漏檢、少檢，使試驗的結果不能反映工程的實際情況，給工程質量留下了隱患。

4.監(jiān)管不力

驗收腐敗而松散，社會刻板印象的存在把矛頭指向政府，其實這種腐敗層層都有，層層疊加才加劇了監(jiān)管不力的發(fā)生。

四、解決上述問題的建議和措施

（一）檢測項目規(guī)范化。

必須持有建筑材料三證才能進場。進場檢驗有以下標準：

1.工程所使用的主要原材料、成品、半成品、配件、器具和設備必須符合國家技術標準和設計要求，具有中文生產(chǎn)許可證、合格證，規(guī)格、型號及性能檢測報告。

2.核查每種材料的許可證編號和安全認證標志原件。

3.嚴格按照相關驗收步驟進行驗收。

（二）準確取樣試樣。

取樣要有代表性，數(shù)量準確、部位準確、方法正確。

（三）嚴格根據(jù)具體條件施行檢驗方法

1.環(huán)境溫、濕度控制。

建筑材料受時空環(huán)境影響，比如及時養(yǎng)護，時溫、濕度、排風設施符合標準時，實驗結果才有意義。例如，采用標準養(yǎng)護的試件，應在溫度為 20±5℃的環(huán)境中靜置一晝夜至二晝夜，然后編號、拆模，之后立即放入溫度為 20±2"C，相對濕度為 95%以上的標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護。

2.適合加荷速度。

在加荷速度不同的情況下，各種材料的檢驗結果也不同。

3.試件尺寸及精度

尺寸和形狀都在要求范圍之內，該標準的試件的值僅會受到其試件的精度高低的影響檢測結果。例如，混凝土抗壓強度試件的試件標準為以邊長150mm的正方體，因不夠平整引起偏心受壓從而導致由強度會下降5%左右。

（四）準確實施數(shù)據(jù)處理。

當出現(xiàn)數(shù)據(jù)離散較大時，應反思實驗過程、重新檢測材料，如果沒有問題，只是偶然誤差，即可對數(shù)據(jù)進行正確取舍，從而確定準確的試驗結果。不同的材料，取舍方法各有不同。這也從另一方面要求從業(yè)人員的高素質高能力。

（五）強制性檢測。

必要的強制性檢測是對質量控制的一道很好的關卡。譬如對房建工程中的主體結構（梁、板、柱）混凝土標號及鋼筋數(shù)量檢測，鋼筋抽樣檢測，混凝土試塊檢測，加氣砌塊兩項性能（外觀質量及強度）檢測（非必檢測項目），鋁合金門窗三性檢測，竣工后房屋空氣質量狀況檢測、對有機污染物含量檢測等，都是強制性要求必須檢測的項目。

結 語

建筑材料的質量檢測確保了工程質量，必須予以高度的重視。從業(yè)人員必須嚴格按照檢驗流程辦事，準確、科學、公正，合理的控制并科學地評定工程質量，發(fā)現(xiàn)紕漏應該立刻停工或者進行修補修繕，使工程費用和進度得到有效的控制，發(fā)揮出最大的經(jīng)濟效益和社會效益。原材料的質量管理，必須有出廠合格證和試驗報告，必須經(jīng)取樣復檢合格方準予使用；對進場的各種設備，還應嚴格檢查、認真安裝調試，經(jīng)試運行確認無問題后，方可投入使用。要做到方案先行，分級審批制度，做樣板，反復修改，直至達到設計要求方可執(zhí)行。

參考文獻

[1]王宗昌.建筑工程質量控制實例[M].科學出版社.2004年.

[2]侯學良、朱宏亮、關罡，中國住宅建筑工程質量問題的循證管理方法及其實證研究（一）一一質量問題的群因素分析[J]，土木建筑工程學報，2008.

[3]柯國軍.建筑材料質量控制監(jiān)理[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社.2003.

篇6

關鍵詞： 污染因子； 空氣質量指數(shù)； 可穿戴設備； Android開發(fā)

中圖分類號： TN926?34； TM417 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）01?0093?05

0 引 言

隨著我國工業(yè)化的發(fā)展和城市化的普及，空氣污染問題也變得日益嚴重。在一些大城市，諸如北京、天津、唐山等地，由空氣污染所引起的霧霾問題正受到人們越來越多的關注。但是霧霾問題在短時間內還不能有效解決[1]?？纱┐髟O備在最近兩三年間發(fā)展迅猛，一大批各式各樣的可穿戴設備如雨后春筍般涌現(xiàn)。未來一段時間，可穿戴設備的熱潮還會繼續(xù)。同時，由于可穿戴設備的出現(xiàn)時間較短，市場上存在的基于可穿戴設備的應用還很稀少，其可供開發(fā)的價值也十分巨大?；谝陨犀F(xiàn)狀，結合可穿戴設備，設計并實現(xiàn)空氣質量監(jiān)測系統(tǒng)[2]。

1 需求分析

1.1 業(yè)務需求

1.1.1 空氣質量實時監(jiān)測的需求

本次開發(fā)的空氣質量實時監(jiān)測功能，也將以小時為單位進行播報?？諝赓|量時報所監(jiān)測的空氣質量指標因子按照種類可分為PM2.5（粒徑小于等于2.5 μm的顆粒物），PM10（粒徑小于等于10 μm的顆粒物），SO2，NO2，O3和CO六種[3]。

1.1.2 空氣質量預測的需求

空氣質量預測是本次系統(tǒng)開發(fā)的擴展功能，也是其特色功能。在人們生活節(jié)奏加快的當下，僅僅知道實時的空氣質量還不夠，人們需要提前知道未來一段時間的空氣質量狀況，空氣質量變化趨勢等信息，并以此來安排自己的出行、鍛煉等活動?？諝赓|量預測是建立在統(tǒng)計計算學基礎上對空氣質量變化趨勢的預估與模擬，需要用到數(shù)據(jù)挖掘和機器學習的相關知識。同時，空氣質量的預測離不開對實時空氣質量數(shù)據(jù)的搜集和記錄，正是通過對已有的空氣質量歷史數(shù)據(jù)的分析，才能在此基礎上建立預測模型，并對未來一段時間的空氣質量指數(shù)（AQI）做出判斷[4]。

1.2 基本功能需求

系統(tǒng)的功能需求主要是對系統(tǒng)所能提供的功能和服務進行分析。從總體分析，面向可穿戴設備的空氣質量監(jiān)測系統(tǒng)需要在可穿戴設備上為用戶提供空氣質量的相關信息；同時，可穿戴設備上所顯示的信息還需要依賴于服務器所提供的數(shù)據(jù)處理服務。用戶的操作主要集中在客戶端。用戶需要先在手機端進行選項設置，然后在SmartWatch2端進行后續(xù)的人機交互的操作，而SmartWatch2端給用戶所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)則是由客戶端通過服務器獲取的[5]。服務器雖然不直接參與到與用戶之間的交互，但它實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的搜集、處理、存儲等功能，對系統(tǒng)的實現(xiàn)至關重要。

1.2.1 服務器功能需求

服務器主要負責對數(shù)據(jù)的操作，由于客戶端作為移動設備，其運算和續(xù)航能力受到制約，因而主要的數(shù)據(jù)處理操作都集中在服務器。服務器主要滿足系統(tǒng)的以下需求[6]：

（1） 空氣質量數(shù)據(jù)的搜集和存儲；

（2） 空氣質量指數(shù)的監(jiān)測和預測。

1.2.2 客戶端功能需求

客戶端是用戶與系統(tǒng)交互的主體，在分析其功能需求時，需要從用戶與客戶端交互的角度考慮。根據(jù)用戶參與系統(tǒng)客戶端交互的過程，可繪制出客戶端用例圖如圖1所示[7]。

在圖1所示的客戶端用例圖中，用戶主要參與兩個交互功能。選項設置是用戶對系統(tǒng)客戶端的一個初始化設置。用戶可以根據(jù)自己的需求選擇所想要查看哪個城市的空氣質量指數(shù)；同時，用戶還可以選擇是否開啟空氣質量預測的功能[8]。

1.3 性能需求

對于系統(tǒng)來說，除了基本的功能性需求外，還要考慮到系統(tǒng)運行的性能狀況和用戶的體驗滿意度。一個優(yōu)秀的系統(tǒng)應該具備健壯的運行能力和良好的用戶體驗。

1.3.1 系統(tǒng)可用性與可靠性需求

本系統(tǒng)分為服務器端和客戶端。服務器端是通過FlaskWeb框架搭建的，其運行在服務器端的網(wǎng)絡爬蟲腳本必須要能夠隨時抓取所需數(shù)據(jù)，并且當網(wǎng)絡上訪問的目標網(wǎng)頁暫時出現(xiàn)問題時，能夠及時中斷訪問程序，不至于腳本崩潰從而影響后續(xù)的運行。至于服務器上運行的空氣質量預測程序，在做出預測所依據(jù)的空氣質量歷史數(shù)據(jù)不足時，能夠跳過本次預測，并循環(huán)等待直到所需數(shù)據(jù)充足時再執(zhí)行預測程序。此外，服務器必須長時間穩(wěn)定運行以滿足客戶端隨時訪問的需求?？蛻舳说闹黧w是運行在手機端的，而手機端通過藍牙功能與SmartWatch2智能手表保持通信。因為藍牙通信的傳輸距離較短，這就要求每次斷開藍牙連接之后，在手表重新處于手機的藍牙通信距離內時，要能夠自動連接。同時，手機端運行的程序也需要保證能夠在后臺隨時訪問服務器端數(shù)據(jù)，在手機發(fā)生清理內存甚至重啟時，保證監(jiān)測應用能夠自動開啟。由于客戶端需要連接服務器以獲取數(shù)據(jù)，在客戶端無法連接服務器時，需要客戶端及時作出響應并提醒用戶。

1.3.2 預測準確度需求

預測消耗時間：≤1 s。預測消耗的時間包含對存儲在服務器數(shù)據(jù)庫上的數(shù)據(jù)的訪問、處理、分析，以及系統(tǒng)的預測模型計算出空氣質量預測值等操作所占用的時間。

預測準確度：空氣質量等級預測準確率≥40%?？諝赓|量等級即空氣質量指數(shù)級別，從一級到六級一共分為6個等級，其類別依次為優(yōu)、良、輕度污染、中度污染、重度污染和嚴重污染，每個級別的空氣質量指數(shù)變化范圍為從50～100不等。

2 系統(tǒng)設計

從整體上說，面向可穿戴設備的空氣量檢測系統(tǒng)可分為兩個大的模塊：服務器模塊和客戶端模塊。服務器模塊需要完成數(shù)據(jù)的搜集、處理、存儲以及利用數(shù)據(jù)進行預測，按照功能的不同又可以分為爬蟲模塊、數(shù)據(jù)庫模塊和預測模塊；客戶端實際上包含了智能手機和SmartWatch2智能手表兩個設備，他們所承擔的功能主要是對數(shù)據(jù)的訪問和顯示，按照手機和手表各自的操作特點，可以分為選項設置模塊、空氣質量指數(shù)（AQI）監(jiān)測模塊和空氣質量指數(shù)（AQI）預測模塊。根據(jù)對系統(tǒng)模塊的劃分，可以繪制出系統(tǒng)的整體模塊圖，如圖2所示。

2.1 服務器模塊的設計以及預測模型研究

服務器模塊將數(shù)據(jù)的搜集、處理等工作量較大的工程從客戶端分離，減輕了客戶端的工作壓力。同時，搭建服務器，也保障了系統(tǒng)運行的可靠性以及數(shù)據(jù)的可靠性。服務器模塊整體選擇了Python作為開發(fā)語言，主要是因為Python在數(shù)據(jù)處理方面有著較大的優(yōu)越性，同時基于Python開發(fā)的Flask服務器框架也為服務器的順利搭建提供了保障。根據(jù)服務器各個模塊之間的調用關系，可繪制如圖3所示的服務器功能時序圖。

2.1.1 爬蟲模塊的設計

爬蟲模塊將通過Python編碼來實現(xiàn)，其原因是Python對網(wǎng)絡爬蟲有較為完善的功能類庫支持；另外，搭建服務器所用的Flask框架也是基于Python實現(xiàn)的，因而兩者之間的兼容性更容易協(xié)調。該模塊通過對含有空氣質量數(shù)據(jù)的網(wǎng)頁進行解析，獲取當前的空氣質量狀況，并將其數(shù)據(jù)存儲到設計好的Python的dict類型中，dict類型有利于之后通過Json解析的技術獲取存儲數(shù)據(jù)。

2.1.2 數(shù)據(jù)庫設計

因為需要存儲31個城市每小時的空氣質量相關數(shù)據(jù)以及北京市的空氣質量預測數(shù)據(jù)，所以信息的存儲規(guī)模相對較大，而且需要頻繁的訪問和修改，因而需要在服務器端架設數(shù)據(jù)庫。SQLite數(shù)據(jù)庫是一款關系型數(shù)據(jù)庫，在設計數(shù)據(jù)庫的表之前，先分析所需要存儲的數(shù)據(jù)。

2.2 預測模型的設計與選擇

預測模型涉及到對空氣質量指數(shù)（AQI）進行計算，其基本思想是根據(jù)各個監(jiān)測污染物的歷史濃度，以時間為橫坐標將其繪制成函數(shù)曲線，然后利用最小二乘法擬合函數(shù)，得到符合污染物濃度走向的函數(shù)模型，最后就可以根據(jù)得到的函數(shù)模型求得預測時間點的污染物濃度，并依照AQI的計算模型算出空氣質量指數(shù)預測值。

利用最小二乘法擬合函數(shù)，首先需要根據(jù)已有的函數(shù)曲線，對函數(shù)的類型進行預估。空氣質量指數(shù)（AQI）的變化周期大致為24 h，而在這個周期內，AQI有極大值和極小值，依據(jù)這些變化規(guī)律，可以假設的模型函數(shù)包括一元[N]次函數(shù)（N≥3）以及三角函數(shù)，經(jīng)過對比可知，三角函數(shù)模型的預測值準確度最高。因而在綜合對比后可以發(fā)現(xiàn)，用三角函數(shù)模型來進行空氣質量的預測相對來說最為準確。

2.3 客戶端模塊的設計

客戶端模塊所承擔的主要功能是對服務器數(shù)據(jù)的獲取和顯示。因為客戶端的開發(fā)是面向可穿戴設備的，所以在功能模塊的設計中，需要充分考慮到可穿戴設備的特點，有針對性的利用其優(yōu)勢。在使用客戶端模塊時，首先需要在選項設置模塊中開啟用戶所需的功能，系統(tǒng)中提供的功能包括選擇監(jiān)測城市和開啟預測兩個主要功能。然后，運行在手機上的主程序會定時訪問服務器，以獲取所需要的數(shù)據(jù)，手機端在獲取數(shù)據(jù)并解析后，將結果通過藍牙功能傳輸?shù)絊martWatch2智能手表上，SmartWatch2在通過設計好的形式以最適合用戶瀏覽的方式予以顯示。

2.3.1 選項設置模塊

選項設置模塊中，用戶可以根據(jù)自己的需求，對軟件的基本功能和參數(shù)進行設置或修改。由于該模塊全部功能都在手機端進行操作，其程序流程圖如圖4所示。

2.3.2 空氣質量監(jiān)測模塊

空氣質量監(jiān)測模塊是系統(tǒng)中最為基本、也是最為重要的一個模塊。該模塊需要以合適的方式在SmartWatch2的表盤上顯示空氣質量監(jiān)測結果。由于SmartWatch2智能手表與智能手機不同的顯示方式與交互體驗，在設計SmartWatch2上的應用時，需要充分考慮到SmartWatch2作為可穿戴設備的特點，利用其人機交互方面的優(yōu)勢。

2.3.3 空氣質量預測模塊

空氣質量預測模塊是在空氣質量監(jiān)測模塊基礎上擴展出來的一個功能模塊。該模塊的主體功能是在服務器上實現(xiàn)的，SmartWatch2上負責獲取服務器的計算數(shù)據(jù)，并將其合理的顯示。空氣質量預測模塊在SmartWatch2端通過服務器可以獲得的數(shù)據(jù)包括：空氣質量指數(shù)（AQI）的預測值、空氣質量等級、首要污染物以及預測的時間。為了將空氣質量變化的趨勢展現(xiàn)出來，可以通過比較預測數(shù)據(jù)中AQI的最高值和當前AQI值的大小，以判斷AQI的趨勢是上升還是下降。由于該模塊所需顯示的內容跟空氣質量檢測模塊類似，因而采用相似的界面設計。

3 系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 服務器的開發(fā)與預測算法的實現(xiàn)

服務器的開發(fā)部分主要介紹Web服務器基本功能的實現(xiàn)，包括路由功能的實現(xiàn)，客戶端響應的處理，網(wǎng)絡爬蟲的實現(xiàn)以及服務器與數(shù)據(jù)庫的通信。本次搭建服務器選擇了發(fā)行版本為Ubuntu 14.04的Linux操作系統(tǒng)。

3.1.1 爬蟲功能的實現(xiàn)

通過對比各個網(wǎng)站公布的空氣質量數(shù)據(jù)的有效性以及使用的友好度，最終選擇使用PM25.in網(wǎng)站的實時城市空氣質量數(shù)據(jù)。參照PM25.in網(wǎng)站公布的API文檔，調用httplib模塊中的HttpConnection類，并對其host參數(shù)賦值為“pm25.in”，得到HttpConnection類的實例，并調用實例的request方法，使用“GET”傳參方式，通過定義參數(shù)“token”“station”和“city”完成對空氣質量數(shù)據(jù)的訪問。

3.1.2 預測算法的實現(xiàn)

空氣質量預測算法的主要任務是對預測模型中未知參數(shù)進行求解。根據(jù)前幾節(jié)的分析，在擬合模型過程中運用了非線性的最小二乘法的思想，并在其實現(xiàn)方式上選擇了擬合效果相對更好的Levenberg?Marquardt算法。Python的Scipy類庫中提供了關于最優(yōu)化求解的相關算法的實現(xiàn)代碼，根據(jù)Scipy類庫的源碼分析可知，其optimize包的minpack.py模塊，定義了curve_fit函數(shù)和leastsq函數(shù)。這兩個函數(shù)的實現(xiàn)方法類似，即傳入含參的模型函數(shù)以及數(shù)據(jù)集，通過Levenberg?Marquardt算法求得殘差的平方和最小時的參數(shù)值。

在真實情況下，空氣污染因子（如PM2.5，PM10以及CO等）的變化曲線是連續(xù)的，但受限于觀測條件，目前只能監(jiān)測到每小時空氣污染因子的濃度，因而采集到的數(shù)據(jù)是離散的。為了對函數(shù)模型的擬合更為精確，在利用Levenberg?Marquardt算法進行擬合前，需要先對離散的樣本進行細分。在leastSquare.py文件中，通過定義函數(shù)details（），對每兩個觀測點之間進行插值，使數(shù)據(jù)的連續(xù)性更強。

3.2 客戶端功能的實現(xiàn)

客戶端包含了手機和SmartWatch2智能手表兩部分。因為兩者的系統(tǒng)都是基于Android平臺的，因而客戶端實質上實現(xiàn)了一個Android的應用系統(tǒng)開發(fā)。雖然SmartWatch2的應用開發(fā)流程與Android應用十分類似，但兩者之間也有一些不同之處。例如，SmartWatch2的應用的運行方式為常駐內存式，因而其應用的操作并沒有明確的開始和結束的響應事件。

4 系統(tǒng)測試與分析

4.1 測試環(huán)境部署

服務器是基于Linux系統(tǒng)搭建的，其測試環(huán)境配置如下：

服務器的CPU型號為Intel Core2 Duo E7500，內存大小為2 GB，運行的操作系統(tǒng)版本為Ubuntu 14.04.1 LTS；服務器開發(fā)語言Python所選擇的版本為Python 2.7.6；安裝Flask框架，其Flask的版本為Flask 0.10.1；安裝SQLite數(shù)據(jù)庫，其版本為SQLite 3.8.2；安裝Python機器學習的類庫Numpy和Scipy，其版本為Numpy 1.9.2和Scipy 0.15.1。

客戶端的測試環(huán)境選用基于Android 4.4版本的手機，以及索尼的SmartWatch2智能手表。

4.2 功能測試與界面顯示

手機端的選項設置模塊主要有說明、城市選擇和預測功能三個選項，如圖5所示。

圖5所示的手機端設置界面中，左側是設置模塊的主界面。其中：“說明”功能用來彈出窗口以顯示該應用所實現(xiàn)的功能；“城市選擇”點擊后的界面如圖6的右側所示，可以在該界面選擇所要監(jiān)測空氣質量的城市；“預測功能”則是一個開關按鈕，用來打開和關閉應用的預測功能。

為了能在SmartWatch2手表端更方便地查看空氣質量數(shù)據(jù)，在開發(fā)過程中專門針對表盤的首界面定制了顯示空氣質量指數(shù)的小部件。這項設計使得用戶無需任何操作即可實時查看空氣質量指數(shù)，同時，指數(shù)以不同的顏色顯示代表了不同程度的空氣污染等級。顯示效果如圖6中表盤右下角。

點擊SmartWatch2首界面中的空氣質量指數(shù)小部件，則可直接進入空氣質量檢測界面，另外，在開啟預測功能的情況下，點擊屏幕則可以直接查看北京市未來6 h的空氣質量預測情況?？諝赓|量監(jiān)測界面和空氣質量預測界面的顯示如圖7所示。

4.3 性能測試

本次測試選取了2015年5月4日0時到2015年5月20日0時這一時間段內服務器所搜集并處理的數(shù)據(jù)集。經(jīng)過統(tǒng)計，該段時間內系統(tǒng)作出的預測共計313次，其中能夠與實際監(jiān)測到的空氣質量數(shù)據(jù)進行對比的預測有224次?；谶@些數(shù)據(jù)作出分析對比，在以下幾個方面計算預測的準確率：AQI等級準確率，AQI數(shù)值誤差在50以內的準確率，AQI變化趨勢準確率，首要污染物預測準確率，如表1所示。

表1中系統(tǒng)的預測算法在AQI等級和AQI變化趨勢方面的準確度雖然相對較低，但也都超過了47%的水平，基本符合預期。而如果把AQI的預測誤差限制在50以內，可以看到系統(tǒng)預測的準確度提升到了82%以上；此外，在首要污染物的預測方面，系統(tǒng)的準確度也達到了73.66%。因此，本次系統(tǒng)在預測準確度上的整體表現(xiàn)合格。

5 結 論

在空氣污染日益嚴重的當下，人們對空氣質量的關心程度逐漸增加。本文立足于人們關心的這一熱點問題，結合目前市場上流行可穿戴設備，設計并開發(fā)出面向可穿戴設備的空氣質量監(jiān)測系統(tǒng)，在滿足了人們實時監(jiān)測空氣質量需求的前提下，還利用了可穿戴設備的優(yōu)勢，讓用戶體驗到可穿戴設備在人機交互方面的巨大優(yōu)點以及給人們生活所帶來的便利。

本文選取了基于Android系統(tǒng)的SmartWatch2智能手表，結合其在人機交互方面獨有的便捷性優(yōu)勢，設計出面向可穿戴設備的空氣質量監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅滿足了人們對空氣質量關注方面的需求，同時帶給人們可穿戴設備便捷的交互體驗。

參考文獻

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【關鍵詞】環(huán)境空氣監(jiān)測；全程質量控制；監(jiān)測點；科學監(jiān)測

0.前言

環(huán)境空氣監(jiān)測是由環(huán)境監(jiān)測機構規(guī)定程序和有關法規(guī)的要求，對代表環(huán)境質量及發(fā)展趨勢的各種環(huán)境要素而進行技術性監(jiān)測，對環(huán)境行為符合法規(guī)的情況進行執(zhí)法性的監(jiān)督、控制和評價的全過程。幾年來，隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展、城市建設規(guī)模的不斷擴大、城市功能區(qū)和產(chǎn)業(yè)結構布局的不斷優(yōu)化、調整，許多城市在城市環(huán)境、城市建成區(qū)規(guī)模和人口數(shù)量、分布等方面都有了很大變化，原有的城市環(huán)境空氣監(jiān)測呈現(xiàn)出監(jiān)測點位數(shù)量上的不足或者空間分布上的不科學，不能繼續(xù)滿足城市環(huán)境空氣監(jiān)測的技術要求，從而面臨著需要不斷進行優(yōu)化。

1.國內的環(huán)境空氣質量監(jiān)測的特點

就目前的發(fā)展情況而言，國內的環(huán)境空氣質量監(jiān)測的構成特點比較簡單，環(huán)境監(jiān)測部門把從監(jiān)測站獲得的數(shù)據(jù)進行整理和分析，再由行政部門一級一級的上報。國內的質量控制和質量保證部門都是獨立的各項操作都是由監(jiān)測站的人員完成的。這樣的系統(tǒng)已經(jīng)落后我們應該不斷的進行完善。

2.自動化環(huán)境空氣質量監(jiān)測系統(tǒng)的主要組件

自動化環(huán)境空氣質量監(jiān)測系統(tǒng)主要組件包括：質量保證的實驗室、中心計算機室、系統(tǒng)支持的實驗室、各個下屬的監(jiān)測站等。（1）質量保證的實驗室的主要工作內容是對所有的監(jiān)測設備的保養(yǎng)和審定，對檢修后的設備進行校準和技術指標的審核，制定和落實系統(tǒng)的質量監(jiān)測的控制措施。（2）中心計算機的主要工作的內容是通過各種通通訊方式來收集各個下屬的監(jiān)測站監(jiān)測到的數(shù)據(jù)和監(jiān)測設備的工作的信息，并且判斷收集到的信息檢測和存儲，對這些數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和處理；對下屬的監(jiān)測站遠程監(jiān)測、診斷。（3）系統(tǒng)支持的實驗室的主要工作內容是儀器設備的運轉情況，對系統(tǒng)儀器設備進行保養(yǎng)和設備的維護；對發(fā)生故障的儀器設備及時的進行檢修和更換。（4）下屬監(jiān)測站的主要工作內容是對環(huán)境空氣質量的全程的自動監(jiān)測、收集、儲存監(jiān)測到的信息，按照中心計算機的要求準時的向中心計算機發(fā)送監(jiān)測的數(shù)據(jù)和儀器設備工作的狀態(tài)。

3.在現(xiàn)代社會加強監(jiān)測能力尤為重要

不斷的完善環(huán)境空氣監(jiān)測，正確的選擇環(huán)境空氣質量監(jiān)測的控制點，促進國家環(huán)境空氣監(jiān)測全程質量控制的能力，提高地區(qū)性的污染物質的監(jiān)測水平，不斷發(fā)展農(nóng)村特殊性空氣監(jiān)測站和地區(qū)性的監(jiān)測站的建設，使環(huán)境質量監(jiān)測的結果更加貼切實際情況，符合人們的親身的感受有著非常重要的意義?？諝赓|量的好壞影響著人們的健康，為了讓人們了解環(huán)境情況，監(jiān)督環(huán)境空氣質量監(jiān)測的效果，應該準確的環(huán)境監(jiān)測的信息，加強環(huán)境空氣監(jiān)測全程質量控制的能力。

4.順利推進保證能力建設

（1）各級環(huán)保部門應提高組織領導的能力，完善工作中遇到問題的協(xié)調機制，制定本區(qū)域內環(huán)境空氣質量監(jiān)測能力建設的方案，把各階段工作的任務分配到各個部門和單位，做到部署任務、檢查問題、以便發(fā)現(xiàn)問題能夠及時解決問題。（2）各級環(huán)保部門應該和同級的財政部門溝通，把環(huán)境空氣監(jiān)測全程質量控制能力的建設和完善加入到公共財政開支里面，國家和地方應該共同承擔環(huán)境空氣質量監(jiān)測的建設和完善。（3）各級環(huán)保部門應該依據(jù)現(xiàn)在的發(fā)展形式對環(huán)境空氣監(jiān)測的要求，規(guī)劃對監(jiān)測方面的人才的培養(yǎng)，定期的進行人才的培訓，把培訓各類技能性的人才、專業(yè)能力較強的人才和綜合性的管理人才為主要目的，促進人才隊伍素質的不斷提高，為保障環(huán)境空氣監(jiān)測全程質量的控制提供人才。

5.對環(huán)境空氣質量監(jiān)測的意見和建議

針對我們國家的自動化的環(huán)境空氣監(jiān)測全程質量控制發(fā)展的形式，提出了以下的幾點意見和建議。（1）把環(huán)境監(jiān)測部門的責任要明確的區(qū)分開，不同時期的責任分配到個人。比如：校準日常使用的儀器，每年對儀器進行審核，對收集的數(shù)據(jù)的分析和處理，對數(shù)據(jù)的優(yōu)化應該由專人進行負責。（2）從監(jiān)測站收集到的數(shù)據(jù)，經(jīng)手人必須要謹慎保存原始數(shù)據(jù)，經(jīng)手人對數(shù)據(jù)的修改和篩選的權限要保密，以便于在以后的審核或者是調用這些數(shù)據(jù)的時候有據(jù)可依。（3）不斷的完善環(huán)境空氣質量監(jiān)測的區(qū)域性的網(wǎng)絡系統(tǒng)?，F(xiàn)在21世紀是網(wǎng)絡的信息時代，各種信息系統(tǒng)已經(jīng)大范圍的運用到各個行業(yè)中去了，要把信息做到透明化是現(xiàn)在環(huán)境空氣監(jiān)測全程質量控制的目標，不斷的發(fā)展和完善環(huán)境空氣監(jiān)測的系統(tǒng)，促進信息的集中的處理和數(shù)據(jù)的不斷優(yōu)化，提高環(huán)境空氣質量的監(jiān)測。（4）要不斷的完善城市自動化環(huán)境空氣質量的監(jiān)測，按照新頒布的《環(huán)境空氣質量標準》的要求，現(xiàn)在地級以上的城市都需要不斷的發(fā)展和完善城市自動化環(huán)境空氣質量的，分批的把缺少的監(jiān)測設備補充完整。根據(jù)地區(qū)特點的不同建立不同的環(huán)境空氣監(jiān)測點位，各個監(jiān)測點位之間應該具備良好的信息數(shù)據(jù)的傳輸?shù)南到y(tǒng)，和網(wǎng)絡化的監(jiān)控平臺，進而提高各市、地區(qū)的城市自動化環(huán)境空氣質量的監(jiān)測。

6.小結

在人們生活水平不斷的提高和環(huán)保意識的日益重視的社會中， 展望環(huán)境空氣質量監(jiān)測未來的發(fā)展，對各種有毒、有害氣體的探測，對大氣污染、工業(yè)廢氣的監(jiān)測以及對食品和居住環(huán)境質量的檢測都對氣體傳感器提出了更高的要求。納米、薄膜技術等新材料研制技術的成功應用為氣體傳感器集成化和智能化提供了很好的前提條件。氣體傳感器將在充分利用微機械與微電子技術、計算機技術、信號處理技術、傳感技術、故障診斷技術、智能技術等多學科綜合技術的基礎上得到發(fā)展。研制能夠同時監(jiān)測多種氣體的全自動數(shù)字式的智能氣體傳感器將是該領域的重要研究方向。

【參考文獻】

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[2]謝曉實，魏東明.關于環(huán)境空氣監(jiān)測質量保證的建議[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2003（1）.

篇8

關鍵詞：空氣的監(jiān)測;污染的危害;環(huán)境質量控制;最少監(jiān)測點

中圖分類號：X830.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）35-0058-02

隨著工業(yè)化社會進程的加劇，特別是工業(yè)革命以來，石油、煤炭、天然氣等的大量使用和開采，當有毒有害的氣體排放到空氣中，濃度超過環(huán)境所能允許的極限時，就會危害人們的工作、生活和身體健康等，這種情況即被稱為空氣污染或大氣污染。加上一些企業(yè)和個人漠視環(huán)保法律，給環(huán)境帶來了越來越嚴重的影響。

1 環(huán)境空氣的現(xiàn)狀

1.1 空氣污染導致大量的人死亡

空氣主要是由氮氣和氧氣構成，干凈清潔的空氣是我們賴以生存的基礎。為了維持我們肌體正常的生理活動，我們每人每天一般需要吸收10～12 m3的空氣。呼吸本身并不會殺死人，但吸入污染嚴重的空氣有時卻可以嚴重危害身體健康。

歷史上曾發(fā)生過著名的“倫敦煙霧事件”，在短短一周時間內，霧霾造成倫敦地區(qū)4 700多人死亡。

根據(jù)最近的《新世紀》周刊報道，早在2007年，世界銀行就進行了一項調查，研究的結論之一是：以PM10為指標衡量的空氣污染，每年在中國導致35萬～40萬人“早死”。

1.2 我國在空氣環(huán)境治理、監(jiān)測等方面還處于初級階段

我國在空氣環(huán)境治理、監(jiān)測等方面相比于歐美等發(fā)達國家還十分欠缺，處于初級階段。盡管在監(jiān)測器材和監(jiān)測手段以及治理水平上，我們與發(fā)達國家仍有較大差距，但是，隨著近幾年我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，以及全國各地大中型城市上空越演越烈的“十面霾伏”，空氣質量越來越受到人們的關注，我國相關部門對環(huán)境監(jiān)測的技術投入和經(jīng)費支持也越來越大，國內很多大中型城市都能夠對環(huán)境空氣質量進行實時監(jiān)測、實時預報。

為了應對越來越嚴重的空氣污染，我國初步建立了標準化的城市空氣監(jiān)測體系，從而進一步規(guī)范了空氣監(jiān)測的具體工作和完善了相關的法律制度。目前，從全國大中型城市的實施數(shù)據(jù)分析不難看出，在一定程度上提高了我國空氣監(jiān)測整體的可操作性、可靠性、準確性、規(guī)范性和科學性。

2 空氣監(jiān)測的質量控制

2.1 監(jiān)測的對象

目前，對室外空氣組成成分的主要監(jiān)測有NOX、SO2、Cl2、CO以及總懸浮顆粒物TSP等。室內空氣有毒有害氣體的采樣還會監(jiān)測甲醛、苯、氨、氡等揮發(fā)或放射性氣體污染物。針對空氣中NOX的濃度監(jiān)測，多采取溶液吸收法進行樣品的收集采樣，測定的時候可用四氯汞鹽吸收測定。對于空氣中的SO2，主要采用“四氯汞鉀溶液吸收-鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法”等常規(guī)的監(jiān)測方法。

存在于空氣中的懸浮顆粒狀物質也是環(huán)境大氣的主要污染物，如硫酸煙霧、光化學煙霧等。這些光觸媒物質在強烈陽光照射下，發(fā)生化學反應，形成臭氧、醛類等物質懸浮于大氣中而構成光化學煙霧。

由于懸浮顆粒物穩(wěn)定性較弱、成分十分復雜、危害性也相當大。分散在空氣中的懸浮顆粒狀污染物，甚至還有一些飄塵具有工業(yè)毒性，所以對人體健康危害極大。通常懸浮顆粒狀物使用濾料阻留法進行測定，按照一定速度抽取空氣，對比濾膜表面懸浮顆粒物前后的質量，得出TSP濃度。

2.2 空氣監(jiān)測前準備

在采樣之前，需要徹查采樣裝置的準確度、精確度以及靈敏度。這里特別需要注意的是采樣裝置乳膠管的老化問題，發(fā)現(xiàn)老化及時更換，確保設備的靈敏度。

3 監(jiān)測點的質量控制

3.1 監(jiān)測點的選擇

每個監(jiān)測點代表的都是該點半徑內4～5 km范圍內的空氣狀況，國家標準要求監(jiān)測點50 m范圍內不能有明顯的污染源，四周不能有明顯的遮擋等。遠離馬路、綠化又很好的綠化帶里的空氣，要比馬路邊、居民密集區(qū)、工地這些地方好很多。

據(jù)2012年3月16日《揚子晚報》報道，南京的PM2.5監(jiān)測點將實時PM2.5數(shù)據(jù)，而南京選取的3個PM2.5監(jiān)測點分別是草場門、玄武湖以及仙林大學城。消息一經(jīng)公布，即引起網(wǎng)友的廣大質疑。質疑原因是這三個地點都在綠地湖畔、綠化率較高，并且遠離主干道，測出的數(shù)據(jù)沒有代表性，有存在刻意選點、人為“凈化”數(shù)據(jù)的嫌疑。

3.2 監(jiān)測布點要科學

根據(jù)污染程度對監(jiān)測的區(qū)域進行區(qū)分設置，通常按低、中、高三個層次進行劃分。建立模糊優(yōu)化模型的方法來解決布點問題，根據(jù)地區(qū)的地理環(huán)境、人口密度及面積，利用網(wǎng)格實測法，每一個網(wǎng)格中心處放一監(jiān)測裝置，每隔一小時測一次數(shù)據(jù)。

監(jiān)測本身是否真實反映城市空氣質量低劣的問題。目前，大多數(shù)城市的PM2.5監(jiān)測點都設在綠化帶、公園、大學甚至郊區(qū)等綠化較好的地方，會不會讓空氣質量監(jiān)測數(shù)據(jù)“被好轉”？所以，布點的選擇要具有代表性，即能夠代表一定范圍內的污染程度，使此范圍內的污染狀態(tài)和變化規(guī)律通過此個布點突出的反映出來。

顯然，這個問題的解決，絕不是靠爭議就有結果的，由于在穩(wěn)定的環(huán)境條件下，由于氣象條件是影響空氣中可吸入顆粒物濃度的主要因素，因此大氣中PM2.5的質量濃度也隨氣象條件的改變而發(fā)生變化，在不同的季節(jié)，各地區(qū)的風速、空氣濕度等也不相同。

所以，可以選取某一時期內的PM2.5質量濃度變化為研究對象，結合搜索的數(shù)據(jù)，繪制相應的表格，研究不同時段、風力、相對濕度下空氣中PM2.5濃度的變化特征，最后利用數(shù)據(jù)資料做出描述春、夏、秋、冬四季PM2.5質量濃度變化特征的圖表?？偨Y出氣象條件對PM2.5濃度的影響，進而為監(jiān)測點的合理布局提供參考。

3.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析

以PM2.5為例，在PM2.5監(jiān)測網(wǎng)上查到7月28日～29日南京市區(qū)48 h內PM2.5的濃度變化，如圖1所示。

由上圖不難看出，南京市區(qū)48 h內PM2.5質量濃度最高峰出現(xiàn)在晚上9？00，次高峰值出現(xiàn)在晚上10？00，最低谷值出現(xiàn)在凌晨3？00，次低谷值出現(xiàn)在下午3？00。這一現(xiàn)象一方面可能是由于PM2.5與早晨南京市區(qū)上班交通高峰，中午車流量趨于降低有關;另一方面，以往學者的研究認為，交通對空氣的貢獻僅占0.43%，說明還存在其他關鍵的因素，高溫有利于顆粒物擴散，中午13？00氣溫較高，因高溫擴散造成PM2.5濃度降低。凌晨3？00～5？00車流量減少，但此段內的谷值比中午的要高，也可能與低溫容易形成逆溫層有關。

4 監(jiān)測布點的合理控制

4.1 確定最少的監(jiān)測點數(shù)

南京PM2.5數(shù)據(jù)，選取布點的三個區(qū)域的類型明顯趨同，這樣獲得污染物的參考數(shù)值不具有代表性、大有以偏概全的嫌疑，所以，被大家質疑便在情理之中。局部代表不了整體，這是一項基本常識。按照統(tǒng)計學來講，選取的監(jiān)測點越多、分布的范圍越廣、區(qū)域類型越全，最后得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)也就越具代表性。

由此，這樣的檢測結果也就越能真實地反應當時的大氣質量狀況。但是，反過來講，并非監(jiān)測點越多越好、分布的范圍越廣，因為這還要考慮到監(jiān)測人員的精力以及各監(jiān)測地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平和資金投入能力，所以，各地監(jiān)測部門追求的目標無疑是確定投入資金最少的監(jiān)測點數(shù)目。

那么，怎樣確定監(jiān)測點數(shù)是最少而不影響監(jiān)測結果的呢？這就要求在誤差允許的測定范圍內，以最少的監(jiān)測點反映區(qū)域內整體污染水平。

根據(jù)監(jiān)測地區(qū)的地理環(huán)境、人口密度、大氣污染物濃度實測數(shù)據(jù)，利用地理變異系數(shù)法來求出該地區(qū)的最少監(jiān)測點數(shù)。地理變異系數(shù)法是用不同地點的數(shù)據(jù)差異程度來估算設點數(shù)的統(tǒng)計學方法。采用抽樣計算，得出各污染地區(qū)需要的最少監(jiān)測點數(shù)。

最少監(jiān)測點位數(shù)

M=（1）

式（1）中，t與自由度、置信水平相應的偏離值。當自由度大于120，置信水平取90%時，t=1.64

為所要求的平均污染水平的最少偏差。?。孔?10%X;

N為網(wǎng)格布點兒監(jiān)測的總樣本數(shù);

n為單一網(wǎng)格布點的樣本數(shù);

s為網(wǎng)格布點監(jiān)測所給出的總體平均濃度的標準偏差。

由下式計算：

s=■（2）

式（2）中：Xi，X分別為i次測定值和總體平均值;N同上。

把網(wǎng)格布點監(jiān)測得到的各污染物數(shù)據(jù)和確定的各項參數(shù)代入以上公式，算出值。取為整數(shù)，就得到各污染物所需最少監(jiān)測點位數(shù)。

4.2 路邊監(jiān)測點

路邊監(jiān)測點這個名詞是來自于香港，對應的是大都市的交通干線區(qū)域的空氣，這和一般居住環(huán)境空氣質量是截然不同的，交通干線的車流量比普通住宅區(qū)大很多，突出的是機動車尾氣對空氣質量的影響。

像香港設置了14個空氣監(jiān)測站，分為一般和路邊兩種空氣質素監(jiān)測站。路邊空氣質素監(jiān)測站設置在繁忙街道旁，以監(jiān)測路邊污染水平。

目前，除了香港外，大陸還沒有路邊監(jiān)測點。空氣質量的監(jiān)測與垃圾焚燒廠等建設大的污染項目不同，建設項目可能會對環(huán)境造成極大的影響，此時就要有公眾意見咨詢。監(jiān)測點的點位向公眾征集不是說不必要，要區(qū)分于一般建設項目。不管采取哪種方式，作為環(huán)境監(jiān)測點位要遵守科學性、代表性、客觀性、真實性，應首先依據(jù)論證報告。

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篇9

關鍵詞氣象因子；空氣質量；監(jiān)測；預報

隨著我國的經(jīng)濟發(fā)展，人民生活水平的提高，空氣環(huán)境質量越來越引起人們的關注，空氣質量的預報已成為城市居民新的需求。近年來，石河子市東、西、南、北4個熱電廠的建成投運，給城市空氣質量構成了巨大的壓力。石河子市環(huán)境監(jiān)測站2003年6月安裝了環(huán)境空氣質量自動監(jiān)測系統(tǒng)，開始對城市環(huán)境空氣質量進行自動監(jiān)測。筆者利用該站2005~2006年2a的空氣質量監(jiān)測數(shù)據(jù)，對主要污染物二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、可吸入顆粒物（PM10）的濃度分布特征進行分析，以及石河子氣象站所對應時間的氣象資料，找出與污染物濃度相關性好的氣象因子，做出多元線性回歸方程；然后在微型計算機上輸入第2天氣象因子的預報值，計算出第2天二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物預報值，做出空氣質量監(jiān)測預報。

1污染物濃度分布特征

從2a資料中發(fā)現(xiàn)二氧化硫日平均最大值為0.132mg/m3，最小值0.002mg/m3，最大值是最小值的66倍；二氧化氮最大值0.056mg/m3，最小值0.001mg/m3，最大值是最小值的56倍；可吸入顆粒物最大值0.712mg/m3，最小值0.013mg/m3，最大值是最小值的55倍。由此可知，污染物濃度變化非常之大。經(jīng)測算，2005~2006年石河子市空氣綜合污染指數(shù)均為1.28，按環(huán)境空氣分級標準屬清潔級，環(huán)境質量狀況良好。

1.1污染物濃度分布

目前我國空氣質量監(jiān)測常規(guī)項目有二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物的濃度，圖1~3是2005~2006年石河子市二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物濃度月平均值分布曲線，3條曲線都可以近似為具有單峰單谷曲線。二氧化硫和可吸入顆粒物曲線走向較一致，冬季濃度比夏季高，最高值出現(xiàn)在1月和12月，極值分別為0.056mg/m3和0.118mg/m3；最低值出現(xiàn)在6月和7月，分別為0.011mg/m3和0.046 mg/m3。三種污染物月平均最高值和最低值的比分別是二氧化硫為5.1倍、二氧化氮為4.7倍、可吸入顆粒物為2.6倍，其中可吸入顆粒物為首要污染物。

圖4、圖5分別是2006年7月1日和12月1日石河子市二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物0時至23時濃度日分布圖示。從圖中可以看出：二氧化硫日分布在夏季有1個峰值，出現(xiàn)在時間14時，對應值為0.060mg/m3，其余時間濃度輕低，最大值是最小值的10倍；二氧化硫日分布的冬季較零亂，沒有一定的規(guī)律，最高值為0.056mg/m3，最大值是最小值的3.1倍。二氧化氮日分布在夏季較零亂，沒有一定的規(guī)律，最高值為0.036mg/m3，最大值是最小值的9倍；二氧化氮日分布在冬季較均衡，最高值為0.015mg/m3，最大值是最小值的1.4倍?？晌腩w粒物在夏季有2個明顯的峰值，分別在凌晨1時和上午10時，峰值分別為0.078mg/m3和0.102mg/m3，極值是最小值的3.6倍；可吸入顆粒物在夏季最高值為0.092mg/m3，分布較為均勻，最大值是最小值的1.8倍，且較濃度夏季明顯偏高，主要是由于采暖期鍋爐燃煤造成。

1.2影響因素

空氣污染超標現(xiàn)象集中出現(xiàn)在冬季采暖期和春季，在這種天氣條件下易受以下因素的影響而加重污染程度。

（1）濕度的影響。當寒冷季節(jié)、氣溫較低、濕度較大時，水蒸氣容易以塵微粒和氣溶膠為凝結核形成霧，使污染物粒子變重而下沉，生成沉積和沉降或聚集在低層大氣中，阻礙煙氣的擴散，加重空氣的污染，使大氣能見度降低。

（2）逆溫的影響。逆溫層是一個十分穩(wěn)定的層次，它的存在像個蓋子似的阻礙污染物向上擴散。逆溫往往伴隨著小風或無風狀態(tài)，污染物不易擴散、稀釋，從而使近地面的污染物濃度增加。逆溫層常出現(xiàn)在冬、秋季，強度最大、持續(xù)時間最長，且在一天當中，夜間逆溫強度最大。

（3）燃煤影響。冬季空氣污染較重，其原因主要是冬季為燃煤開放期，燃煤量增大，煙塵和二氧化硫等污染物排放量隨之增大，造成污染加重。

（4）沙（?。m天氣影響。春季多發(fā)生大風天氣，降水量少，冰雪融化后，黃土裸露，植物尚未進入完葉期，阻風能力弱，造成沙塵和地面揚塵污染。根據(jù)氣象資料，揚沙、沙塵暴、浮塵天氣主要集中在4~5月，2005年4月4日石河子墾區(qū)發(fā)生了一次沙塵天氣，沙塵波及到市區(qū)，導致4月可吸入顆粒物、降塵均超標。造成此次浮塵天氣的主要原因是開春后天氣明顯升溫，地面干燥、裸露，加之風力的影響，塵土飛揚，形成浮塵污染。

2氣象因子與污染物濃度的相關性分析

污染物濃度除了受排放量的變化影響之外，另一主要影響因素就是氣象因子的變化。多元回歸方法關鍵點是尋找與污染濃度相關性好的氣象因子且氣象因子之間相關性要小。污染物濃度取日平均值，氣象因子也取日平均值。風向是矢量，風速是標量，把東定義為X軸正向、西定義為Y軸正向，把每個時次10min平均風速按10min平均風向分解為X軸（VX）利Y軸（VY）兩個方向上的分量，再進行日平均，這樣就把風向風速化為標量。Td-T850為8時地面氣溫減850hPa氣溫的差值。資料進行上述處理后計算相關性系數(shù)。對相關系數(shù)r做顯著性檢驗，在顯著水平α=0.05時，γ0.05=0.07，當|r|≥0.07可認為相關。氣象因子間相關系數(shù)大于0.5可認為相關性好，取便于預報的因子。經(jīng)過上述步驟后，所選的氣象因子與污染物濃度單相關系數(shù)見表1。

從表1可知：日最高氣溫與二氧化硫濃度呈負相關，與二氧化氮濃度呈正相關，與可吸入顆粒物濃度不相關。二氧化硫濃度與風速呈負相關與風向不相關；二氧化氮濃度與西南風呈正相關，與風速不相關；可吸入顆粒物濃度與風向不相關，與風速呈負相關。降水量與二氧化硫、可吸入顆粒物濃度呈負相關，與二氧化氮濃度呈正相關。Td-T850可以代表850hPa以下的層結穩(wěn)定狀況，表中二氧化氮濃度與其呈正相關，二氧化硫濃度和可吸入顆粒物濃度與其呈負相關。相對濕度與二氧化硫濃度和可吸入顆粒物濃度呈負相關性，與二氧化氮濃度不相關。

3污染物濃度的預報回歸方程

在建立回歸方程時，氣象因子從表1中選取與其相關性較好的因子。當|r|≥0.1時，可認為相關性較好，此因子可選為預報因子。根據(jù)這一原則，建立各污染物濃度（P）方程如下：

SO2濃度P=0.095 85-0.000 47Th-0.004 84V-0.000 15RR-0.001 27T-0.00040U；

NO2濃度P=0.027 51+0.000 41Th+0.000 93VX+0.001 02VY+0.000 07T；

PM10濃度P=0.135 00-0.007 14V-0.000 48RR-0.002 43T-0.000 27U。

4預報流程

預報計算在計算機上運行，流程圖如圖6。人工輸入所需的氣象要素，計算機自動進行計算，計算結果輸入Internet以WEB方式顯示，環(huán)境監(jiān)測站直接到Internet上讀取。

5歷史資料檢驗

對回歸方程預報效果進行歷史資料檢驗，選?。S意）2004年5月的資料，把氣象因子代入回歸方程，計算出各污染物日濃度，再與實測值相減，求出差值P。預報誤差率=∑|P|/∑|P|，P為實測值。算出2004年5月二氧化硫預報誤差率為109%，二氧化氮預報誤差率為32%，可吸入顆粒物預報誤差率為44%。由此看來，二氧化氮、可吸入顆粒物預報誤差較小；二氧化硫預報誤差較大，造成這種結果的原因主要是氣象因子選取不佳，排放量變化大。如前所述，二氧化硫日平均最大值是最小值的27倍。

6討論

（1）多元線性回歸假定污染源排放量是不變的，但實際上污染源排放量是變化的，這就引起多元線性回歸方法預報誤差較大。

（2）多元線性回歸認為氣象因子與污染物濃度呈線性關系，但實際上氣象因子與污染物濃度并不一定是線性關系，這是造成多元線性方法預報誤差較大的另一個原因。

（3）石河子市空氣質量預報才剛剛開始，預報經(jīng)驗不足，有待于今后進一步改進。

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篇10

1五要素中的質量控制內容和常見問題

1.1“人”的要素“人”的因素在采樣質量控制中占首要位置。首先質上，采樣人員須經(jīng)上崗培訓取得合格證，要求對《環(huán)境空氣手工監(jiān)測技術規(guī)范》、《環(huán)境空氣點位布設技術規(guī)范》、《大氣污染物無組織排放監(jiān)測技術指導》等規(guī)范性文件熟練掌握，掌握各類采樣設備的采樣原理和操作方法等；其次，采樣人員須有認真負責的工作態(tài)度，科學嚴謹?shù)墓ぷ鞣椒▏栏癜从嘘P要求進行采樣工作；再次量上，人員數(shù)量應滿足工作需要，采樣活動應有不少于2名人員進行采樣操作、還要指定專門質量監(jiān)督員，對采樣人員使用儀器、落實監(jiān)測方案、執(zhí)行技術規(guī)范等環(huán)節(jié)進行監(jiān)督。人員因素在采樣質量控制中易出現(xiàn)的問題主要有：（1）人員配備不足。如在建設項目環(huán)?？⒐を炇毡O(jiān)測中要求每個無組織監(jiān)測點位至少1人，另外1人負責現(xiàn)場氣象條件測定和判斷[3]，實際監(jiān)測工作中常出現(xiàn)1人負責多點，更談不上專人負責氣象測定，無法保證監(jiān)測點位隨氣象變化而改變位置。（2）人員過于依賴設備自動化。當前科技水平發(fā)達，使采樣儀器具備了自動定時、復電得啟、恒流、自動計算等功能，但再先進的設備也有出現(xiàn)故障的時候，人員過于依賴設備自動化而缺少采樣過程狀態(tài)的確認及檢查，如采樣中流量是否漂移、氣體吸收是否正常等，將不能保證所采樣品的代表性。（3）忽略現(xiàn)場專職質量監(jiān)督員的配備。

1.2“機”的要素“機”的因素是指在采樣活動中采樣設備（工具）是否符合規(guī)范的要求，是確保監(jiān)測數(shù)據(jù)能可靠溯源的重要保證。設備質量控制的基本要求有三個方面：⑴采樣設備符合計量要求和環(huán)境保護產(chǎn)品認定技術要求，如《PM10采樣器技術要求及檢測方法》（HJ/T93-2003），也就是指監(jiān)測采樣設備須經(jīng)國家計量許可并經(jīng)過環(huán)保認證；⑵設備應按要求定期檢定且合格；⑶設備在檢定期間要進行期間核查，使用前須檢查采樣流量、氣路氣密性、吸收瓶阻及效率等。目前設備因素在質量控制中主要存在四個方面的問題：⑴吸收瓶為非強制檢定類。市場上各個廠家的吸收瓶質量良莠不齊，產(chǎn)品沒有統(tǒng)一標準，缺乏質量保障，吸收瓶密封性、吸收瓶阻、吸收效率等達不到要求，即使達到要求的吸收瓶在使用一段時間后這幾項指標也會有較大變化，嚴重影響采樣的準確性。⑵重金屬類項目采樣濾膜的使用。環(huán)境空氣中鐵、銅、鋅、隔、鉻等重金屬成份分析采樣中要求使用過氯乙烯等有機濾膜采樣[4]，其采樣阻力較大，普通顆粒物采樣器不能滿足，存在使用超細玻璃纖維濾膜采樣，從而引入采樣誤差。⑶市場上部分設備不能滿足采樣要求。目前，市場上最好的采樣設備也是為特定項目研制的，如當前恒溫恒流的大氣采樣設備多為二氧化硫和氮氧化物的最佳吸收溫度設置，其樣品室溫度不可改變，適應性較差。此外，市場上還存在短時間采樣的非恒流樣品室未做溫度控制（還存在非恒流短時間采樣設備，樣品室也未做溫度控制），這都將導致樣品的吸收效率存在偏差。⑷用SUMMA罐采集揮發(fā)性有機物的自動采樣設備，價格昂貴，普及性不高，而其他的真空箱氣體采樣器效率差，且不能自動換樣。目前，多采用手工氣袋法直接采樣，采樣時間代表性較差，一般1L氣袋手工采樣2～3min即可完成，1h內等間隔采集4個樣品，真正有效采樣時間不足15min。針對上述問題，首先要選擇正規(guī)專業(yè)的廠家購買吸收瓶、濾膜、試劑等，必要時查看廠家生產(chǎn)濾膜的材質成份檢驗單、吸收瓶瓶阻和吸收效率等第三方檢測報告等，購買后自行抽檢，使用中定期檢查，及時淘汰不符合要求的產(chǎn)品。

1.3“樣”的要素中“樣”的因素主要是指采樣時所用到的濾膜、吸收液、富集管等以及樣品采集和保存過程，應符合采樣規(guī)范和采樣方法的要求。主要有兩個方面：一是能否按時按量準確采集到樣品；二是樣品在采集過程和貯存轉運中是否不受污染并得到有效保存，采集樣品的濾膜、吸收液等從實驗室至采樣現(xiàn)場，采樣結束后再至實驗室，路途遙遠，接觸外界時間長，應注意不同項目采樣過程中的注意事項，如采集硫化氫樣品時須在現(xiàn)場加顯色劑并避光低溫保存，顆粒物采樣前要保證濾膜平整無折痕、無針孔，采樣后要檢查塵斑邊界是否清晰等。“樣”的因素在采樣質量控制中存在的常見問題有：⑴對顆粒物和TSP判斷不清。顆粒物在污染源無組織排放煙（粉）塵監(jiān)測中，采用中流量采樣器（無罩、無分級采樣頭）采樣[4]，但隨著越來越多行業(yè)標準的出臺，無組織排放顆粒物監(jiān)測更趨向于TSP監(jiān)測，如《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB4915-2013）、《磚瓦工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB29620-2013）、《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標準》（GB25466-2010）中均明確指出無組織監(jiān)測總懸浮顆粒物（TSP），因此應根據(jù)最新行業(yè)標準要求，來確定在監(jiān)測采樣工作中切割頭是否加罩；⑵易忽視避免使用常見材質要求，如在氨氣、氯氣等采樣中避免使用橡膠類連接管[4]。

1.4“法”的要素“法”因素在采樣質量控制中主要是指采樣方法、標準規(guī)范的正確選擇，以及采樣方案的合理制訂，它是采樣工作的開展提供主要依據(jù)。一個項目有多種分析方法和采樣方法，其選取原則是優(yōu)先采用標準引用方法，若標準無引用方法，如現(xiàn)行《大氣污染物綜合排放標準》GB16297-1996）中沒有引用或給出采樣方法，則應根據(jù)監(jiān)測目的、評價標準、擬用方法的最低檢出限（一般應低于評價標準一個數(shù)量級）和自身實驗室認證能力進行確定?！胺ā钡囊蛩卦诓蓸又写嬖诘某Ｒ妴栴}主要有：⑴采樣體積的確定問題。如無組織氨的采樣，若采用納試劑分光光度法進行分析，其采樣體積是30L[4]，采樣體積小導致氨未檢出，按最小采樣體積計算公式[4]來確定其最小采樣體積應為666L。若改用水楊酸分光光度法，由于其檢出限較低，其采集30L樣品則能滿足要求。此外實際工作中出現(xiàn)需加大采樣體積時，會有延長采樣時間和加大采樣流量兩種方式，此時應慎重選擇加大流量方式，加大流量在采樣中易引入較大的誤差，如顆粒物采樣中TSP粒徑的顆粒物切割是在0.3m/s流速下完成[4]，如流速改變則切割效率必然影響，同樣在溶液吸收中也存在最佳吸收流量，過快的氣體通過速度則易導致吸收效率降低。⑵方法中時間代表性問題。污染物排放標準中規(guī)定的濃度限值多為小時均值（或1h內4次等間隔樣品的均值），實際工作中對于需直接采樣的（如注射器采樣）往往忽視4次等間隔采樣；⑶標準落實難問題，如現(xiàn)行環(huán)境空氣質量標準對TSP、苯并芘[a]的日均值時效性規(guī)定為24h，實際工作中不論從電力保障、儀器設備等方面都較難保證連續(xù)24h全覆蓋。⑷方案制定中質量控制內容簡單或缺失。在采樣方案制定中只重視點位、時間、頻次、項目等要求，而質量控制方面的現(xiàn)場校準、空白樣、密碼平行樣等容易忽視。

1.5“環(huán)”的要素“環(huán)”即采樣環(huán)境，包括采樣的空間環(huán)境、氣象環(huán)境和生產(chǎn)工況環(huán)境。空間環(huán)境即點位布設時周邊環(huán)境滿足規(guī)范要求，如環(huán)境空氣監(jiān)測時應避開局部污染源，采樣口平面應有270度無阻擋空間等；氣象環(huán)境即采樣時氣象條件滿足相關要求，如無組織采樣時應避開大風等空氣極不穩(wěn)定狀態(tài)、特殊樣品采樣和運輸中應低溫避光等要求；生產(chǎn)工況環(huán)境即在驗收監(jiān)測中根據(jù)不同的行業(yè)對生產(chǎn)工況或主要生產(chǎn)設備要求的工況不同等。“環(huán)”的因素在采樣質量控制中常見的問題主要存在于無組織排放監(jiān)測中，主要有四方面：⑴采樣點位設置不規(guī)范，未考慮特殊因子。環(huán)境中有較大本底影響的監(jiān)測因子如顆粒物、二氧化硫等項目按要求于無組織排放源的下風向設監(jiān)控點，同時在其上風向設對照點[5]，其他污染則在周界外濃度可能最大處設點。但實際工作中無組織排放監(jiān)測采樣點位布設時常將污染源下風監(jiān)控點與周界外監(jiān)控點混淆。⑵監(jiān)測工況要求不一致，采樣人員易忽視無組織源工況。建設項目驗收監(jiān)測要求企業(yè)驗收監(jiān)測期間生產(chǎn)負荷達到設計能力的75%及其以上[3]，而《大氣污染物綜合排放標準》中無組織排放限值制定的原則是在最大負荷下生產(chǎn)和排放，以及在最不利于污染物擴散稀釋的條件下能達到的限值，兩者的矛盾讓采樣人員無所適從。⑶氣象條件的影響。由于地理環(huán)境和季節(jié)氣侯等原因，常出現(xiàn)風速不穩(wěn)、風向變化大和大氣穩(wěn)定度等不適宜監(jiān)測的情況，若在采樣限定時間內完成采樣，則會出現(xiàn)在不適宜采樣的條件下進行采樣，結果導致采樣準確性。⑷缺少對現(xiàn)場實際情況的了解。采樣人員如對無組織排放源分布情況不了解，導致在現(xiàn)場點位布設中缺乏針對性從而影響其采集樣品代表性，最終導致評價判斷的不科學。

2結束語

綜上所述，大氣手工采樣的質量控制是一項系統(tǒng)性工作，為保證采樣環(huán)節(jié)的質量，不但需采樣人員嚴格按技術規(guī)范、標準方法進行操作，尤其是在現(xiàn)場條件較為艱苦的情況下，發(fā)揮監(jiān)測人員科學嚴謹?shù)穆殬I(yè)素養(yǎng)，同時也需要上級部門從監(jiān)測設備性能指標的強制統(tǒng)一、相關技術規(guī)范的完善等方面繼續(xù)努力，環(huán)保監(jiān)測設備的不斷科技進步也是采樣質量控制的重要推手。

作者:范存峰 邱坤艷 單位:濟源市環(huán)境監(jiān)測站

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