導(dǎo)語：鄉(xiāng)鎮(zhèn)空氣自動監(jiān)測站建設(shè)探討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)工業(yè)水平提升、交通運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展，加速了空氣環(huán)境污染局面，有必要在鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)設(shè)立空氣自動監(jiān)測站，為改善鄉(xiāng)鎮(zhèn)空氣質(zhì)量與生態(tài)水平提供依據(jù)。為此，從硬件架構(gòu)與軟件功能兩個方面實(shí)現(xiàn)了鄉(xiāng)鎮(zhèn)空氣自動監(jiān)測站建設(shè)，監(jiān)測站硬件架構(gòu)包括空氣采樣模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無線通信模塊等部分，以各種類型傳感器采集空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，預(yù)處理后傳輸?shù)饺藱C(jī)交互端與上級監(jiān)測中心；監(jiān)測站集成了數(shù)據(jù)可視化查詢、監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)管理、監(jiān)測系統(tǒng)校對等軟件功能，滿足了管理人員對數(shù)據(jù)的多元化應(yīng)用需求。

關(guān)鍵詞：鄉(xiāng)鎮(zhèn)；空氣質(zhì)量；數(shù)據(jù)處理；自動監(jiān)測

空氣是人類賴以生存的自然資源，空氣環(huán)境污染影響人類的生存質(zhì)量、威脅人類身體健康。隨著我國社會主義新農(nóng)村建設(shè)、城鄉(xiāng)一體化進(jìn)程的加快，鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)加工企業(yè)逐漸開辦、車輛運(yùn)輸力度不斷加大，為鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)空氣環(huán)境帶來一定負(fù)擔(dān)，工業(yè)較為發(fā)達(dá)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)霧霾天氣頻繁出現(xiàn)[1]。為此，社會發(fā)展過程中鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)的空氣環(huán)境質(zhì)量問題亟待得到關(guān)注和解決。由于城市環(huán)境質(zhì)量問題的日益嚴(yán)峻，空氣自動監(jiān)測站點(diǎn)已經(jīng)在全國范圍內(nèi)廣泛布點(diǎn)，我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)空氣質(zhì)量監(jiān)測也應(yīng)提上日程[2]?？諝庾詣颖O(jiān)測站建設(shè)提高了區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)測的智能化水平，無須人工獲取空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，并且保障了空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)度。鄉(xiāng)鎮(zhèn)空氣自動監(jiān)測站為政府管理空氣環(huán)境提供科學(xué)的決策依據(jù)，對于鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)污染物排查、優(yōu)化空氣環(huán)境質(zhì)量具有建設(shè)性意義。

1鄉(xiāng)鎮(zhèn)空氣自動監(jiān)測站的硬件設(shè)計(jì)

采集精準(zhǔn)、真實(shí)的空氣環(huán)境數(shù)據(jù)是鄉(xiāng)鎮(zhèn)空氣自動監(jiān)測站的基本要求，其次要實(shí)現(xiàn)監(jiān)測站空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的自動化與智能化采集，消除人工測量控制污染含量的弊端。本文設(shè)計(jì)的空氣自動監(jiān)測站的硬件架構(gòu)如圖1所示?？諝獠蓸幽K、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無線通信模塊、人機(jī)交互模塊是空氣監(jiān)測站的基本構(gòu)成，各環(huán)節(jié)相互配合實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)空氣的自動采樣、自動處理與分析[3]，將分析結(jié)果作為空氣質(zhì)量管理的決策依據(jù)。此外，PM2.5、PM10、臭氧、二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳是空氣自動監(jiān)測站的主要監(jiān)測對象與內(nèi)容，涵蓋了高頻污染元素和氣象因子?？諝獠蓸幽K布局了多類型傳感器采集污染物濃度、溫濕度、風(fēng)速等空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)；監(jiān)測站利用定位模塊獲取監(jiān)測地的時(shí)空信息，利用采集的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)構(gòu)建評價(jià)模型，通過無線通信模塊、WiFi模塊將處理后的結(jié)果和時(shí)空信息一同發(fā)送到人機(jī)交互界面和上級監(jiān)測中心[4]。監(jiān)測站要執(zhí)行全天候不間斷的自動采樣與分析任務(wù)，向顯示端實(shí)時(shí)傳輸空氣質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果。鄉(xiāng)鎮(zhèn)空氣自動監(jiān)測站的硬件架構(gòu)如圖1所示。（1）A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊：負(fù)責(zé)將空氣采樣模塊獲取的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，為處理模塊提供正確格式的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)。（2）數(shù)據(jù)處理模塊：系統(tǒng)自動采集空氣質(zhì)量信息過程中難免出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺失、數(shù)據(jù)冗余、數(shù)據(jù)噪聲過大等問題，需要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，提高后期數(shù)據(jù)挖掘與分析的精準(zhǔn)度。數(shù)據(jù)處理模塊基于最鄰近插補(bǔ)法填補(bǔ)數(shù)據(jù)缺失部分，采用中值濾波法消除冗余數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)噪聲，恢復(fù)控制質(zhì)量數(shù)據(jù)采集的完整性。（3）空氣采樣模塊：此模塊集成了光學(xué)空氣質(zhì)量傳感器、溫濕度傳感器、壓力傳感器、大氣傳感器，旨在采集全面的空氣質(zhì)量參數(shù)。光學(xué)空氣質(zhì)量傳感器能夠?qū)諝庵械奈廴疽蜃舆M(jìn)行采集，其原理是根據(jù)空氣樣品的脈沖輸出情況判斷污染濃度，進(jìn)而將采集的光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集模塊[5]。大氣傳感器利用A/D轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)氣壓模擬值向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號以無線通信模塊和WiFi模塊為中介傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行集中管理。（4）通信模塊：包括GPRS無線通信模塊和WiFi無線模塊兩個部分，主要負(fù)責(zé)傳感器與數(shù)據(jù)采集模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理模塊與顯示終端之間的數(shù)據(jù)傳輸。（5）人機(jī)交互模塊：即液晶顯示模塊，矩陣式鍵盤和LCD1602液晶顯示屏是此模塊的核心構(gòu)件，空氣自動監(jiān)測系統(tǒng)的狀態(tài)信息通過人機(jī)交互界面實(shí)時(shí)顯示，PM2.5、PM10、臭氧、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳污染因子的濃度實(shí)時(shí)呈現(xiàn)在界面之中，利用鍵盤隨時(shí)調(diào)整系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置。

2空氣自動監(jiān)測站的軟件功能設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)空氣自動監(jiān)測站的軟件功能包括空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)可視化查詢、監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)管理、監(jiān)測系統(tǒng)校對、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、監(jiān)測環(huán)境控制等等，詳細(xì)的軟件功能如圖2所示。鄉(xiāng)鎮(zhèn)空氣自動監(jiān)測站是以監(jiān)測子站的形式存在，采集的數(shù)據(jù)需要上傳至上級監(jiān)測中心進(jìn)行空氣質(zhì)量分析決策，所以，為良好配合上級監(jiān)管中心的工作，此系統(tǒng)配備了數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)測環(huán)境參數(shù)修正等功能，進(jìn)一步對鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢統(tǒng)計(jì)、生成報(bào)表、備份恢復(fù)等操作[6]。在數(shù)據(jù)查詢功能中，用戶可以獲取當(dāng)?shù)厝我鈺r(shí)間點(diǎn)的空氣監(jiān)測的均值、上限值、下限值、樣本數(shù)量、污染程度等信息，以空氣質(zhì)量日報(bào)周報(bào)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)達(dá)標(biāo)率統(tǒng)計(jì)、污染物濃度統(tǒng)計(jì)、空氣質(zhì)量級別等形式表達(dá)，以電子表格、紙質(zhì)表格的形式輸出。此外，系統(tǒng)軟件提供了可視化圖形顯示功能，將一周、一個月、一年的空氣質(zhì)量信息以曲線的形式呈現(xiàn)，便于直觀獲取某地某時(shí)段的空氣質(zhì)量情況。

3空氣自動監(jiān)測站的日常維護(hù)

（1）監(jiān)測環(huán)境維護(hù)。①空氣自動監(jiān)測站對環(huán)境的溫濕度要求嚴(yán)格，要確保內(nèi)部環(huán)境溫濕度適宜，為保障機(jī)器設(shè)備正常運(yùn)行，需要通過加濕器、空調(diào)等設(shè)施將環(huán)境溫度控制在25°C左右，誤差不得超過5°C，環(huán)境濕度不能高于80%。②排除監(jiān)測站內(nèi)外干擾物、容易產(chǎn)生污染的物質(zhì)，避免外界因素導(dǎo)致的空氣質(zhì)量監(jiān)測誤差。③定期核查監(jiān)測設(shè)備的參數(shù)設(shè)置、儀器信息是否合規(guī)，保障監(jiān)測系統(tǒng)符合最佳監(jiān)測狀態(tài)，降低空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)采集的錯誤概率[7]。④最后，要確保監(jiān)測站的通信暢通，如電話、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備，可與外界實(shí)時(shí)進(jìn)行信息交互。（2）采樣設(shè)備儀器維護(hù)。經(jīng)常性清洗顆粒物的采樣頭，并周期性校正污染物的流量設(shè)置情況，按照國家和上級部門的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。注重采樣設(shè)備的濾膜更換，濾膜更換要在抽氣泵停止工作的狀態(tài)下進(jìn)行，阻止顆粒物進(jìn)入儀器內(nèi)部[8]；然后對過濾器的定位環(huán)進(jìn)行破損檢查、酒精擦拭操作，替換嶄新的濾膜后回歸原樣；此步驟要保障過濾器和壓膜環(huán)之間無縫隙，方可正常啟動抽氣泵。（3）數(shù)據(jù)審核維護(hù)。監(jiān)測站管理人員要做好數(shù)據(jù)審核工作，遵循嚴(yán)格的數(shù)據(jù)審核制度。管理人員可根據(jù)污染因子與氣象因子的相關(guān)程度、空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)規(guī)律趨勢確定所采集數(shù)據(jù)是否合理、有效，如零點(diǎn)漂移引起的監(jiān)測數(shù)據(jù)非正值，可視為沒有檢測結(jié)果輸出。所以，對于數(shù)據(jù)審核的后期維護(hù)工作而言，需要管理人員具有一定數(shù)據(jù)審核經(jīng)驗(yàn)與知識儲備[9]，才能正確保留有效的空氣監(jiān)測數(shù)據(jù)。

4結(jié)論

社會不斷發(fā)展進(jìn)步，人們對于賴以生存的空氣資源提出了更高的質(zhì)量要求，使得空氣質(zhì)量監(jiān)測上升為社會各界關(guān)注的熱點(diǎn)話題。除此之外，控制環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測也是生態(tài)環(huán)保工作的重中之重。為提高社會可持續(xù)發(fā)展水平，目前我國城市空氣監(jiān)測站已經(jīng)廣泛布局建設(shè)，但是對于鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)的空氣監(jiān)測力度有待提升。空氣監(jiān)測呈現(xiàn)的不僅僅是區(qū)域空氣質(zhì)量發(fā)展趨勢，更重要的是環(huán)保決策部門可以利用空氣監(jiān)測數(shù)據(jù)做出區(qū)域空氣保護(hù)規(guī)劃，對污染嚴(yán)重以及存在污染風(fēng)險(xiǎn)的地區(qū)進(jìn)行控制與管理。目前，自動化已經(jīng)成為空氣監(jiān)測的重點(diǎn)方向，未來將呈現(xiàn)智能化發(fā)展趨勢。總體而言，空氣監(jiān)測工作需要長期開展和維護(hù)，在信息時(shí)代逐漸成熟的社會背景下，信息化將成為解決空氣數(shù)據(jù)采集量大、對象復(fù)雜、種類繁多等問題的良好契機(jī)，彌補(bǔ)人為統(tǒng)計(jì)記錄信息的不足。國家大數(shù)據(jù)實(shí)施也為空氣監(jiān)測信息化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)、提出更高的標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建大數(shù)據(jù)信息監(jiān)測平臺，加大鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)空氣監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)化、信息化水平指日可待。

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作者:李勇 李婉晴 單位:1.駐馬店市生態(tài)環(huán)境局西平分局 2.鄭州大學(xué)西亞斯國際學(xué)院