传感器能为城市大气环境精细化管理做什么?

传感器网CGQ.BZ · 2023-07-21 12:04:06 · 743次浏览

山东省济南市,2017年8月,首批100辆出租车装上了能监测PM2.5和PM10的传感器,使得济南成为全国首个利用出租车进行大气监测的城市。同年10月,又有200辆出租车加装道路走航监测设备。

在北京,中国环境科学研究院大气环境研究所科研楼三层楼顶,一排排精密仪器正在不停运转,一组组数据被精确记录。传感器测试观测室里多台不同品牌不同型号的大气污染物传感器正在进行性能比对,这些数据将为改进传感器性能提供基础依据。

从济南到北京,从车载传感器到传感器测试观测室,新型低成本大气传感器是中国环境科学研究院大气环境研究所的研究方向之一。作为生态环境部直属科研单位的中国环境科学研究院,近年来正在不断投入开展大气传感器的相关研发,为城市大气污染监测与溯源提供更精细的技术工具和数据依据。

始于需求 源自基层

大气传感器应用始于基层,源自2013年的一个电话。

“我们从2013年开始研究城市网格化监测和大气传感器的应用,其需求来源于2013年山西省太原市的一个电话。”中国环境科学研究院大气环境研究所副所长高健告诉记者。

2013年,全国首次开展城市空气质量六项参数监测,也就是这一年,太原市夏季出现了严重的臭氧污染。为了扭转不利局面,太原市政府找到了中国环境科学研究院团队。

但当时的太原只有4个监测点位,很难全面代表整个城市的污染状况。无奈之下,高健团队利用手动采样的方法在太原布设了60个监测点位,没想到效果很好,整个城市的污染地图被很好地呈现出来。

从那时起,高健带领团队开始寻找便捷、低成本、有一定精度的传感器产品,来替代成本高、耗人力大但精度高的手工方法。

2013年—2016年,大气污染防治领域开始出现类似产品,“微型站”开始成为“标准站”的有效补充。2016年,高健团队组织了包括国内外十余个品牌的大气传感器评测工作,为时一年的细致评测后,发布了研究论文,阐述了大气传感器的适用条件、存在问题和改进方案。

在大气污染防治应用方面,大气传感器也迎来了井喷,针对工地、企业、园区、港口等目标场景的固定式应用,逐渐发展到无人机搭载、船载、车载等移动方式。例如济南市生态环境局2018年全面建成1000余个微站,在市、区县、街镇三级大气污染联防联动中得到广泛应用,实现了济南市大气污染治理向公里级网格化精细监管、快速精准溯源、联动高效治理的转变。

目前,环保无人机搭载传感器设备在全国多个工业园区进行污染源位置排查、环境应急监测,锁定排放源,联动环境应急处置。船载传感器也已在江苏、上海等地示范应用,监测内河、港口等重点区域的空气质量,补全移动源监管的重要环节。

小小传感器 能解大问题

每个城市有各自的“基因”,决定了人与路的关系。道路是城市的血管,密集处往往是人口聚居地,是商业发达区域,是各类污染排放聚集区。

在济南,从你身边经过的出租车,或许不是寻常的出租车,它可能装载着传感器。这些设备从出租车的外观上是看不出来的,因为设备藏身在车灯里。别看传感器体积小,它能弥补固定环境监测器械分布不均匀的缺陷。

“在项目初期,我们考虑可以利用出租车的覆盖范围广、监测结果不受人为干预的特点,在车顶上安装传感器,可实时监测污染情况,通过与现有的空气监测站等定点大气网格化监测数据相互补充、相互校准的方式,获得监测区域的大气质量数据,高效促进大气污染源头治理。”高健告诉记者。

每3秒一组数据;定位精度小于20米,精准治理;300辆车每天合计行程超过 6.9万公里,数据超过360万组,平均每天可覆盖95%以上的主城区机动车道路……这些数据弥补了定点大气网格化监测的不足,依托传感器的有力支撑,可以实现城市毛细血管的净化与疏通。

获取数据只是第一步,治理才是关键。相关部门可以根据从出租车传感器上获取的实时数据,精准锁定哪些地方有道路扬尘污染,从而进行精准治理,既节约时间,也节约了成本。

在安徽省亳州市,除市区所有出租车外,还投入了近百辆装有大气环境监测系统的小型车辆,做到了监管全覆盖。相关人员一旦发现手机云图上出现颜色异常,就会第一时间在微信群里反映,通知对应的部门和执法人员到现场进行处理。

截至目前,全国已有40多个城市,数千辆出租车安装并应用了这一传感器。“下一步,我们将加强研究,把传感器做精、做好,利用传感器体积小、成本低的优势,帮助城市更好地解决当地空气污染问题。”高健表示。

新型传感器 面向新需求

生态环境治理精细化是新时代生态文明建设的新要求、新考验。数据准确、参数齐全的新型传感器正在走上舞台。大气传感器需要解决的不仅仅是高时空分辨率的数据支撑,更是要通过多参数、全方位的监测,提升我们对城市污染来源和影响的科学认识。

近年来,高健团队并没有停止对传感器技术前沿的探索。“新产品、新方法、新技术如雨后春笋般不断涌现,关键是要锁定最合适的产品和技术,解决科学需求。”中国环境科学研究院大气环境研究所助理研究员沈毅成告诉记者,“我们正在将新型的粒径谱传感器、黑碳传感器应用于走航监测中。新型的测量参数能够帮助我们区分道路扬尘、柴油车、汽油车尾气和城市本底污染,实现街区尺度的颗粒物来源解析。”

目前,济南市的微站网络和走航出租车搭载的PM2.5传感器已经全部升级成为粒径谱传感器,能够将颗粒物的浓度细分成31个粒径区间,可以有效区分不同类型的颗粒物对PM2.5、PM10的相对贡献。“更加先进设备不断走出去,多元化的数据不断传回来,大数据赋能智慧环保已经到来。”沈毅成表示。

来源:中国环境报

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