大气监测传感器

--基于云校准+人工智能，成本仅为传统技术的1/7 为精准把脉空气质量状况，有的放矢地实施科学监管，“多、快、好、省”地完成空气质量监测的目标，各地都在积极落实各级政府和企业大气污染防治责任，有效传导治霾工作压力，建设完善大气环境监测网络体系。 河北省目前建议，在传输通道8城市的1464个乡镇推行建设小型空气站，主要测定pm2.5和so2两个参数。 据了解，目前市场上存在两种监测方法和产品能满足上述需求，一种是标准方法的小型空气站（以下简称小型站），其中pm2.5分析仪采用β射线法，so2分析仪采用紫外荧光法；另一种是传感器技术的微型空气站（以下简称微型站），其中pm2.5采用光散射法，so2采用电化学法。 作为新型监测方法，传感器方法已在全国近50个城市得到应用，安装布点近1万台。鉴于传感器技术的发展和完善，微型站的监测已经得到普遍认可。其中，河北省已经制定并发布了网格化监测的地方标准（db13），国家环境监测总站及北京市环境监测中心已经开展相关技术规范的制定工作，中国环境科学研究院也出具了权威使用报告。 那么，相比传统的监测方法，传感器技术在大气环境质量监测的应用具备哪些突出的优势？能否大范围推广呢？ 投资运营成本低9台小型站投资可安装66台微型站 据了解，目前市场上销售的小型站价格在30万元～50万元区间，站房建设成本约1万元，年运维费约5万元；而相比，微型站的价格在6万元～7万元区间，年运维费约1万元。 以河北省廊坊市香河县为例，县辖9个乡镇，共需9台设备。以小型站投资计算，设备总费用一次性投入大约450万元，年运维费大约45万元；以微型站投资建设计算，设备一次性投入总费用大约60万，年运维费大约9万元。两者相差近376.5万元。按9台小型站的首年总费用估算，可以安装66台微型站。 河北省传输通道8城市有1464个乡镇，因此共需1464台设备，如果选用小型站，设备总费用大约需要7.32亿元，运维费用首年大约需要7320万元，总费用大约共计8亿元。如果选用微型站，1464台设备费用只需要9516万元，运维费用首年只需要1464万，总费用1.1亿。如果按照1464台小型站的首年总费用计算，大约可以安装10736台传微型站，基本实现河北省传输通道8城市网格化密集布点，精准监控的功能。 最大化提升服务质量满足快速、准确、全参数、全场景，多功能监测要求 成本的大幅降低，并不意味着传感器法产品在满足技术要求方面打折扣。在现实应用中，标准方法的小型站只能监测两种参数，对安装要求高，前期需要方案设计、点位筛选和站房建设的准备，在协调好电源后，需要包括1名专业人士在内的2人～3人，3天才能安装完成。同时，后期维护和数据校准繁琐，需要消耗大量的人力物力。 相对而言，基于云校准+人工智能技术平台的传感器型微站不仅小巧轻便、易安装，而且准确性满足当前环境监测的需求，成本低，能耗少，基本不需要现场运维，充分考虑现代仪器使用的自动化、智能化功能，可以实现快速、准确、全参数、全场景、多功能监测的要求。 此外，在数据的准确性上，传感器型微型站绝对偏差小、误差可控，完全符合国家标准的要求。以在河北省某县所布点的传感器微型站为例，通过与该县环保局标准站的数据进行比对（关于仪器准确性的具体对比方法参照hj618-2011标准规定），将传感器数据与国标站数据进行线性回归分析，以传感器设备数据为横轴，标准站数据为纵轴，计算回归曲线的斜率k和截距b（图1和图2），根据公式（|1-k|）*100%计算，pm2.5、so2数据与国站数据对比变化趋势一致，准确性较好，长期误差在10%以内。 图1. 传感器微型站与某县环保局标准站pm2.5准确性对比图2. 传感器微型站与某县环保局标准站so2准确性对比 管理功能更加强大有效帮助地方落实大气污染防治责任标准方法的小型站，只是小版本的传统空气站，仅用于表征各乡镇空气质量状况，无法充分完善大气环境监测网络系统功能，达不到精细化溯源的功能。 基于云校准+人工智能技术平台的传感器微型站，由于成本低、准确度高，可以实现高密度精细化布点，使得每个乡镇监测点位由目前的一个增加到几十个甚至上百个，由此形成的传感网络能覆盖从污染源到受体区域，监控污染形成的全过程，通过提供高精度空气质量地图、区域热点分析、污染排名分析和其它基础统计分析，准确定位污染源，通过污染事件监控报警、污染溯源分析和专业的数据分析报告为科学精准治霾提供有力支撑，具有更强大的功能。 据了解，目前基于云校准+人工智能技术平台的传感器微型站已经在全国二十多个城市安装布点，实现了高密度精准化监管功能。其中在河北某两个县的23个乡镇，一共布点了43台设备，总费用约345万元，实现了以下监测功能：一是完善大气环境监测网络系统；二是实时监控各乡镇街道的污染状况；三是实现各乡镇街道空气质量排名，提高管理效率；四是精确地找到污染源位置，达到追溯污染源的功能；五是有效帮助各级政府和企业落实大气污染防治责任。 图3是大数据软件平台对某县各乡镇站点一个月内（20170720-20170820期间）pm2.5浓度日均值进行排名，从图中可以看出，某县污染浓度高的地方集中在周边的东北部和西北部，几个站点排名靠前，其中k镇污染浓度最高，排名第一，而核心区域内pm2.5污染浓度最低，排名靠后。 图3.某县各乡镇站点pm2.5浓度排名统计效果图 图4为某县各镇pm2.5发生污染事件频次的统计图图5为某县各点位pm2.5发生污染事件频次的分布图 从另一个维度，用事件发生次数代表污染源排放情况。通过对该县监测站点颗粒物pm2.5污染事件的统计分析（图3）和（图4），可以看出，污染事件的高发区域集中在该县周边地区的东北部及西部地区，而核心区域内污染事件的频次最低，其中k镇污染频次为最高，统计时间段内发生污染次数为12次，污染频次最低的h管区和u管区集中在核心区域，观测期间内均发生3次污染。这与浓度排名分析结果相符，进一步印证了监测数据的科学性。 综上所述，基于云校准+人工智能技术平台的传感器微型站费用低，是传统小型站费用的1/7，技术上满足环境监测要求，而且功能更加智能强大，有现成的案例可以参考，极大地节省了人力和物力上的投入，适合实现高密度精细化布点，使得每个乡镇监测点位由当前的一个增加到几十个，由此形成的传感网络能覆盖从污染源到受体区域，监控污染形成的全过程，通过提供高精度污染地图、多种数据统计分析、污染来源追踪及精准定位等功能，能真正实现完善城市大气环境监测网络体系功能，有效传导治霾工作压力，为科学精准治霾提供有力支撑，实现更多的价值。

近年来，大气污染治理取得了显著成效，这得益于我们不断进步的环境空气监测技术。大气污染物是指由于人类活动或自然过程排入大气并对人和环境产生有害影响的物质。大气污染物按其存在形态可概括为两大类：气溶胶状态污染物和气体状态污染物。气溶胶状态污染物是指在大气污染中，那些沉降速度可以忽略的小固体粒子、液体粒子或它们在气体介质中的悬浮体系。根据气溶胶的来源和物理性质，可分为粉尘（1～200μm）、烟（0.01~1μm）、飞灰、黑烟、雾等。气体状态污染物则是以分子状态存在的污染物。气态污染物的种类很多，总体上可以分为几大类：以SO2为主含硫化合物；以氧化氮和二氧化氮为主的含氮化合物；碳氧化物；有机化合物及卤素化合物等。其中二氧化硫，一种带有毒性的气体，当它逃逸到空气中，就会与水分子结合，形成酸雨，这些酸雨对环境造成了严重的破坏。它不仅会腐蚀建筑物的表面，还会对植物和动物造成严重的伤害。因此，对二氧化硫的检测和控制变得很重要。那么，二氧化硫的检测标准是什么呢？让我们一起了解一下。二氧化硫的检测标准主要分为两类：环境空气质量标准和工业排放标准。在环境空气质量标准方面，不同国家和地区对二氧化硫的浓度限制各有不同。在中国，环境空气质量标准规定二氧化硫的日均值不得超过60微克/立方米，年均值不得超过20微克/立方米。而在美国和欧盟，相应的浓度限制分别为75微克/立方米、140微克/立方米、30微克/立方米和350微克/立方米、125微克/立方米、20微克/立方米。这些标准的设立是为了保障人们的身体健康和环境的可持续发展。另一方面，工业排放标准则是为了限制工业生产过程中二氧化硫等有害物质的排放。中国的工业排放标准规定火力发电厂、钢铁厂、石油化工厂等大气污染物排放的二氧化硫的浓度不得超过35毫克/立方米，总量不得超过0.5克/千瓦时。而美国和欧盟的标准分别为200毫克/立方米、0.8克/千瓦时和400毫克/立方米、1.2克/千瓦时。这些标准的实施是为了降低二氧化硫等有害物质对环境和人类健康的影响。对于二氧化硫检测，推荐英国Alphasense SO2传感器SO2-B4，可以检测5ppb的SO2气体，非常适合环境空气质量监测系统和仪器。同时提供独特传感器板 (ISB) Alphasense B4 4电极气体传感器 -ISB，该独特传感器板子(ISB) 用于 Alphasense B4 系列四电极气体传感器。该稳压器提供双通道电压输出。而ISB可以测量氧化(CO, H2S, SO2, 和 NO) 和还原(O3和 NO2)气体。ISB被配置四个版本于特定的传感器：NO, NO2, O3 和 CO/ H2S/ SO2。通过了解这些二氧化硫的检测标准，我们可以更好地理解其对我们生活和环境的影响。同时，也希望这些信息能够帮助大家更加深入地了解二氧化硫的危害以及检测和控制的重要性。

过去，动辄上百万一台的环境监测仪器设备，对地方政府来说是笔不小数目。随着我国环境监测工作推进全面布点、网格化管理，价格昂贵的监测设备已经不能满足监测工作的需要，如何才能让监测设备成本降下来?　　已经有企业进行了商业模式的探索。记者了解到，先河环保运用大型监测仪器和传感器共同对一个区域进行环境监测，最后将监测数据汇总并进行分析，为地方政府制定治理方案，提供精准的数据支持。河北先河环保科技股份有限公司副总裁范朝表示，过去企业以卖设备为主，现在要为政府提供解决方案。　　据了解，在河北石家庄市井陉矿区几十平方公里的范围内过去只有一个环境监测站点。矿区内有洗煤厂、钢铁厂、焦化厂等众多排污大户，还有大量来往运输的柴油车。先河环保运用小型传感器进行网格化布点，在环境监测工作中运用“互联网+”为提升环境污染精准治理做了大量工作。　　先河环保常务副总裁陈荣强告诉记者，“经过20多天的监测，发现有些企业是颗粒物的重要来源和贡献者，必须对其治理。比如钢铁厂、焦化厂脱硫脱硝要进一步提高治理效率 过境的柴油车必须加大管控。”　　他同时表示，一台传感器价格在七八万元左右，相比空气自动监测站要便宜很多。通过全面布点、全面联网，达到为区域环境“问诊”的效果。　　另据了解，先河环保目前以同一模式在河南郑州布点，马上将在河北保定、廊坊进行试点。　　记者了解到，物联网层级的第一层是感知层，第二层是传输和数据处理，第三层是数据平台。传感器必须不停地和监测仪器进行校准，否则数据会失真得很厉害。而这正是环保企业与传感器生产企业或互联网企业相比的优势所在。　　“业内把传感器这种失真叫做‘飘’，要保证数据准确，就需要设置传感器的记忆曲线。一般每隔两三个月，传感器的监测数据对比大型监测仪器会发生一定偏离，这就需要把记忆曲线‘拉’回来，现在通过云数据库就可以做到这一点。矿区用一台大型监测仪器带动几十个传感器，一旦传感器数据不准确，就会对其进行修正。”陈荣强说。