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智能化监测体系破解灰霾治理困局

行业聚焦点中国仪表网2014年10月08日 15:48人气:5013

  【中国仪表网 行业聚焦点】近日,“2014无锡物联网应用案例”评选发布活动举行。在活动中所评选的“十大物联网应用案例”中,无锡中科光电技术有限公司建设的“大气复合污染(灰霾)智能监测系统”成功入选。
  

  近年来,大气灰霾现象日趋严重。无锡中科光电技术有限公司创新环境监测传感技术,以智能化技术升级开发核心监测设备,形成在线监测仪器的集成应用,研发出具有完全自主知识产权的大气复合污染智能监测系统。该系统目前在无锡新区试点应用,成功布设大气污染智能化防控的“天罗地网”,成为国内首家区县级大气复合污染评估、预测模型应用示范点。该系统的成功应用,有效满足城市灰霾天气日益复杂的监测需要,为政府决策者制定大气污染控制策略提供了数据支持,推动了大气污染联防联控布局。
  
  获选的中科光电灰霾监测系统工程在2013年4月就已经开始正式运行,项目建立了一站式大气复合污染(灰霾)综合监测、分析、预警系统,实现监测数据全自动的采集、传输、审核、处理、上报;灰霾污染区域特征分析、机理研究、预测预报和科研应用,成功布设大气污染智能化防控网络,适应城市日益突出的特征污染物以及灰霾天气现象日益复杂的监测需要,为政府决策者制定大气污染控制策略制定提供技术支持,将有力推进大气污染联防联控工作。
  
  其中值得一提的是,中科光电灰霾监测系统所使用的大气颗粒物监测激光雷达,采用532nm和355nm线偏振激光对大气颗粒物的时空分布进行遥感探测,获取大气消光系数、退偏振比、边界层高度、光学厚度等参数,全面图形化展示细颗粒物时空演变过程,结合近地面站点数据,可立体综合分析本地区域细颗粒物污染过程、污染特征,有效判别局地污染与外界输送的关系,有效探测高度可达5千米,实现了对大气污染来源分析具有核心意义的边界层的探测,填补了国内高空探测的空白。
  
  “我国目前面临的是发达国家都未遇到的复杂的复合型大气环境污染。我国灰霾治理面临的最大难题,是精准分析灰霾形成的污染物来源,大气污染监测是最基础的工作。”无锡中科光电技术有限公司总经理万学平说,目前国内主要采用点式常规自动空气监测站监测城市大气复合污染(灰霾),监测指标主要是氮氧化物,二氧化硫和PM10等常规因子。
  
  虽然已新增O3和PM2.5等监测指标,但是对于复杂的复合型大气污染来说,常规的监测指标仍然非常有限,监测仪器和系统信息化程度低,不能支持规模化集成应用,所获得的信息也只是地面附近和局部监测信息,无法准确反映大气灰霾环境状况。
  
  “环境监测传感领域迫切需要深刻变革。”万学平表示,环境监测传感技术是大气灰霾治理的基础,亟需向多样化、智能化、精细化和网络化方向迈进。
  
  为突破环境在线监测领域的技术瓶颈,无锡中科光电技术有限公司充分发挥产学研用联合创新机制优势,与江苏物联网研究发展中心、无锡市新区环境监测中心、无锡市环保信息中心组建项目团队,研发大气复合污染(灰霾)智能监测系统。
  
  中科光电技术有限公司总工程师宋炳超介绍说,该系统结合物联网、云计算技术,建设统一的数据采集、存储、交换平台,整合环境空气质量自动监测和污染源在线监测数据,并对海量监测数据进行存储、更新、管理,打造统一的环境空气质量动态云数据中心。
  
  系统建成后,可支持大气污染监测目标状态定时查询、按需求实时查询、数据分析及显示、自动报警等功能,并集成智能在线监测仪器与网络化信息平台,形成一整套具有智能化、网络化的环境在线监测“物联网”。
  
  “通过系统升级,开发出适用于大气复合污染在线监测的智能化在线监测仪,并形成规模化集成应用,成功实现了立体监测,监测的范围从近地面延伸至高空,监测的参数指标更加全面,覆盖SO2、PM2.5、CO、NOx、O3、VOCs、细颗粒物光学特性等多项指标。”宋炳超说。
  
  中国工程院院士、中国科学院安徽光学精密机械研究所所长刘文清认为,中科光电研发的大气复合污染智能监测系统,成功布设大气污染智能化防控的“天罗地网”,适应城市日益突出的特征污染物以及灰霾天气现象日益复杂的监测需要,为政府决策者制定大气污染控制策略制定提供技术支持,将有力推进大气污染联防联控工作。无锡新区构筑天地一体化智能监测网
  
  作为国内首家区县级大气复合污染评估、预测模型的应用示范点,无锡新区于2013年4月正式运行中科光电研发的“大气复合污染智能监测系统”。
  
  “雾霾严重威胁居民健康,近年来无锡呼吸道疾病患病率明显增加。”无锡新区环境监测中心实验室主任沈毅表示,目前的监测系统不能准确反映污染物的立体空间分布、跨区域输送过程,和污染物的来源,更缺乏预报预警能力。
  
  据了解,中科光电研发的“大气复合污染(灰霾)智能监测系统”以“一个信息监控中心”、“一个产品验证中心”、“五个子站”为核心建设内容,从高空至近地面,为无锡新区构筑了一张“天地一体化”的智能监测网。
  
  宋炳超说,“信息监控中心”即为灰霾整体解决方案信息化平台,集成监测监控、现状评估、预测预警、决策支撑、运行管理五个子系统。
  
  “产品验证中心”主要开展大气复合监测核心产品产业化升级开发、应用验证等工作。
  
  “五个子站”是信息监控中心成功运作的关键。根据无锡功能区布局、气象条件等情况,分别在上、下风向位置、污染源集中区域布设监测站点,包括三个固定站,一个科研站,同时布设一个流动监控点位,即应急环境监测车,以应对大气污染突发事件。
  
  长期以来,我国大气监测的高空探测主要依赖进口美国的激光雷达。美国的激光雷达采用高频率单脉冲,在中国复杂的灰霾天气下,有效探测高度不足1千米。中科光电基于物联网领域的研发优势,实现了智能传感层技术突破。
  
  “中科光电的地基遥感激光雷达采用低频且大能量的单脉冲,有效探测高度可达5千米,实现了对大气污染来源分析具有核心意义的边界层的探测,填补了国内高空探测的空白”宋炳超说。
  
  调研分析师在无锡新区灰霾科研监测站四层楼顶部的小阁楼里,见到了中科光电自主研发的地基遥感激光雷达。这个长度不足一米、外观类似望远镜的黑色监测装置可通过接收大气后向散射的回波信号,实现对污染物的识别以及时空演变过程的监控。
  
  灰霾核心监测设备的智能化升级是该系统的又一大技术突破。“传统的大气环境在线监测仪器对复杂工况适应性较差,导致故障率较高,由于不能支持规模化集成应用,难以实现对现场仪器状态的集中管理、远程维护。”宋炳超说。
  
  相比传统的监测系统,该系统实现了对现场监测数据的自动、精准识别。”中科光电结合云计算与物联网技术,对多轴差分吸收光谱仪、光散射法PM2.5监测仪等核心监测设备进行智能化关键技术攻关,实现整个系统的自维护、自补偿、自校正、状态自诊断、故障自分析,使传感器更加智能。
  
  沈毅表示,该系统能够有效监控大气污染过程、污染特征,并厘清了污染物的局地和区域输送来源,有助于环保管理部门研究区域性、突发性环境复合污染形成的机理和条件,准确预警各类潜在的环境问题。示范项目助力大气污染联防联控
  
  “无锡新区是该系统区县级监测应用的试点项目,未来还将向地市级应用扩展,最终实现大气污染联防联控。”万学平说。
  
  基于“大气复合污染(灰霾)智能监测系统”采集的数据,无锡新区形成春、夏、秋三份空气质量与灰霾成因的相关分析报告。沈毅表示,这些具有针对性的报告,将推动地方政府有效开展区域产业结构调整,制定大气复合污染治理规划,并构建大气污染联防联控机制。
  
  目前,中科光电正以东部沿海经济发达地区为核心,逐步向三区十群复合重污染地区、环保重点城市推广应用该系统。
  
  万学平认为,“大气复合污染(灰霾)智能监测系统”社会需求旺盛,市场前景广阔。根据国务院发布的《大气污染防治行动计划》进度表,2014年,京津冀、长三角、珠三角区域要完成区域、省、市级重污染天气监测预警系统建设,其他省(区、市)、副省级市、省会城市将于2015年底前完成。
  
  据万学平介绍,2014年中科光电参与南京青奥会空气质量安保联合观测与分析工作,为青奥会的环境保障工作提供了有力的数据支撑,广受好评。今年,中科光电的立体监测设备大气复合污染智能监测系统及其附属立体监测设备销售额将突破5000万元。
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