1、 城 市 空 气 质 量 无 线 监 测 系 统技术方案城市空气质量自动监测系统 - 1 -目 录第 一 章 建 设 背 景 .2第 二 章 建 设 范 围 .42.1 监 测 项 目 .42.2 空 气 质 量 评 价 点 设 置 数 量 要 求 .42.3 监 测 点 位 周 围 环 境 与 采 样 口 设 置 的 具 体 要 求 .42.3 区 域 监 测 范 围 .6第 三 章 设 计 原 则 .7第 四 章 系 统 概 述 .84.1 系 统 功 能 描 述 .84.2 系 统 拓 扑 图 .94.2.1 系 统 功 能 模 块 示 意 图 .94.2.1 系 统 组 网 示 意 图
2、 .9第 五 章 系 统 详 细 设 计 .105.1 前 端 设 备 .105.1.1 路 边 空 气 检 测 站 .105.1.1.1 应 用 环 境 .105.1.1.2 AQM60 系 统 简 介 .115.1.1.3 功 能 与 规 格 详 述 .135.1.2 无 线 数 据 传 输 单 元 （ DVR） .165.1.2.1 设 备 功 能 描 述 .165.2 监 测 中 心 管 理 系 统 .185.2.1 系 统 功 能 描 述 .185.2.1.1 子 站 软 件 功 能 .185.2.1.2 中 心 站 软 件 功 能 .185.2.2 系 统 配 置 .20第 六 章
3、 系 统 优 势 .21第 七 章 系 统 投 资 预 算 .22城市空气质量自动监测系统 - 2 -第 一 章 建 设 背 景环 境 保 护 是 我 国 的 一 项 基 本 国 策 。 随 着 我 国 环 境 保 护 事 业 的 发 展 ， 环 境 管 理 工 作不 断 深 化 ， 信 息 化 已 成 为 提 高 环 境 管 理 与 决 策 水 平 的 重 要 技 术 基 础 。 国 家 环 境 保 护 总局 明 确 提 出 了 我 国 环 境 信 息 化 建 设 的 奋 斗 目 标 ， 将 环 境 信 息 化 建 设 作 为 环 境 管 理 能 力建 设 的 一 项 重 要 工 作 ， 积
4、 极 推 进 环 境 信 息 化 建 设 的 发 展 ， 为 环 境 管 理 和 决 策 提 供 良好 的 技 术 服 务 与 支 持 。 环境监测是环境保护工作的重要组成部分，是环境管理的基础和技术支持，而空气质量监测则又是环境监测的一个重要组成部分。我国空气污染的情况相当严重，是全球三大酸雨区之一，改革开放以来，随着社会经济的快速发展，工业化水平的提高，对环境产生的影响越来越大，尤其是在城市集中了大量的工厂、车辆、人口，城市环境承受着巨大压力，空气质量面临新增排放源的威胁。随着生活水平的提高，全社会环保意识的提高，人们对生活环境健康越来越关注，对生活的空气质量越来越关心，对环境信息提供的要
5、求越来越高。空气质量有没有开始恶化，哪些地方在恶化，恶化程度如何，发展趋势如何，专家关心它，人民关心它，政府更关心它。通过媒体传播公开发布空气质量状况，不仅有利于环保工作的公开透明化，也有助于促进公众环保意识的提高和对环保工作的参与。所以对大气环境的监测与治理是一件刻不容缓的任务，必须进行有效的监控和治理，国家环境保护总局为贯彻中华人民共和国环境保护法和中华人民共和国大气污染防治法，规范环境空气质量监测工作，制定了环境空气质量监测规范（试行），于二七年一月十九日发布，对涉及环境空气质量检测的有关标准作出了规范要求。我国目前大部分地区依然采用人工采样和实验室分析为主的大气监测手段，这种方式不能及
6、时、准确地监测到污染物的实时排放情况，使得环境管理人员很难在短时间内摸清所有污染区的实际情况，对各种突发性污染源及污染现场，也不能做到即时准确的监测和处理。城市空气质量自动监测系统 - 3 -因此，新型的空气质量检测系统已采用高科技手段完成了技术升级，由传统的手工采样实验室分析发展到自动监测阶段。监测的项目由原来的 SO2、NOx、TSP 逐渐增加了新的项目，如 CO、O3 以及空气中有毒有害的有机物等等。同时，整个监测系统的数据传输平台因为无线通讯技术的迅猛发展而得到更广泛的应用，可以更快、更方便地进行系统前端设备的部署，节省投资并达到高效率的管理和高质量的服务水平。基于无线网络的环境空气自
7、动监测系统，是真实反映环境空气质量动态变化，实现环境空气质量日报、预报的重要技术手段，因此，作为新时期物联网的典型行业应用，无线空气质量自动监测系统在各方需求基础上逐渐开展应用并全面发展起来。城市空气质量自动监测系统 - 4 -第 二 章 建 设 范 围根 据 国 家 环 保 总 局 颁 布 的 环 境 空 气 质 量 监 测 规 范 （ 试 行 ） 标 准 ：2.1 监 测 项 目国家环境空气质量监测网监测项目必测项目 选测项目二氧化硫（SO2） 总悬浮颗粒物（TSP）二氧化氮（NO2） 铅（Pb）可吸入颗粒物（PM10） 氟化物（F）一氧化碳（CO） 苯并a芘（BaP）臭氧（O3） 有毒有
8、害有机物2.2 空 气 质 量 评 价 点 设 置 数 量 要 求国家环境空气质量评价点设置数量要求建成区城市人口(万人)建成区面积（km2）监测点数300 200按每 25 -30 km2 建成区面积设 1个监测点，并且不少于 8 个点2.3 监 测 点 位 周 围 环 境 与 采 样 口 设 置 的 具 体 要 求 监测点周围 50 米范围内不应有污染源； 点式监测仪器采样口周围，监测光束附近或开放光程监测仪器发射光源到监测光束接收端之间不能有阻碍环境空气流通的高大建筑物、树木或其他障碍物。从采样口城市空气质量自动监测系统 - 5 -或监测光束到附近最高障碍物之间的水平距离，应为该障碍物与
9、采样口或监测光束高度差的两倍以上； 采样口周围水平面应保证 270以上的捕集空间，如果采样口一边靠近建筑物，采样口周围水平面应有 180以上的自由空间； 监测点周围环境状况相对稳定，安全和防火措施有保障； 监测点附近无强大的电磁干扰，周围有稳定可靠的电力供应，通信线路容易安装检修； 监测点周围应有合适的车辆通道。 针对道路交通的污染监控点，其采样口离地面的高度应在 2 5 米范围内； 在建筑物上安装监测仪器时，监测仪器的采样口离建筑物墙壁、屋顶等支撑物表面的距离应大于 1 米； 使用开放光程监测仪器进行空气质量监测时，在监测光束能完全通过的情况下，允许监测光束从日平均机动车流量少于 10,00
10、0 辆的道路上空、对监测结果影响不大的小污染源和少量未达到间隔距离要求的树木或建筑物上空穿过，穿过的合计距离，不能超过监测光束总光程长度的 10%； 对于空气质量评价点，应避免车辆尾气或其他污染源直接对监测结果产生干扰，点式仪器采样口与道路之间最小间隔距离应按下表的要求确定：采样口与交通道路边缘之间最小距离（m）道路日平均机动车流量（日平均车辆数） PM10 SO2、NO2、CO 和 O33 000 25 103 000 6 000 30 206 000 15 000 45 3015 000 40 000 80 6040 000 150 100 污染监控点的具体设置原则根据监测目的由地方环境保
11、护行政主管部门确定。针对道路交通的污染监控点，采样口距道路边缘距离不得超过 20 米；2.3 区 域 监 测 范 围(根 据 用 户 需 求 和 实 际 情 况 描 述 )城市空气质量自动监测系统 - 6 -第 三 章 设 计 原 则我们的基础设计思想：按照客户的实际需求，度身定做最优化的物联网行业应用系统。针对无线空气质量自动监测应用，我们从实际应用的需要作为选择和设计的出发点，从以下几个方面综合分析和评估，提出适合的整体规划方案。（1）系统配合度：本系统工程属于固定资产投资，前、后端设备的系统整合与配合一致，接口的完善、与传输平台的融合等，都是需要实现的重点功能。（2）设备的整体性：在条件
12、许可下，一个系统中尽可能选用同一系列的设备，使产品性能得以充分体现，从而提高系统的稳定性和使用寿命。（3）专业素质及维修能力：不论产品品质多好，总有出故障的可能，除了在产品的选择要把好关，尽量减少潜在故障发生的可能性，同时需具备专业的售后服务能力。（5）方便用户操作：根据使用环境，选配容易操作的系统，使系统功能得以充分利用。方便容易的操作系统更能满足用户的需要。（6）系统的扩展能力：当今科技日新月异，尤其是电子产品，更新换代率更高。较强的系统扩展功能，可以让用户在需要时，只需增加少量部件即可使系统得以扩展，以提高使用价值。（8）实用的系统设备：根据使用场合选配实用的设备“量体裁衣”，尽量避免选
13、用超过所需功能的设备。（9）设备技术指标的真实性：我们会检验设备技术指标的真实性，只有通过以往种种检验，包含工程使用后，才能向用户推荐。（10）价格因素：在满足需要的前提下，寻求一个合理的投资是很有必要的，满足系统最佳性价比要求是我们力求做到的，但过于压低价格，将不利于用户自身利益保护。城市空气质量自动监测系统 - 7 -第 四 章 系 统 概 述4.1 系 统 功 能 描 述基于无线网络的城市空气质量自动监测系统是以自动监测仪器为采集前端、以无线数据通讯设备为关键节点、以移动运营商数据网络为传输通道、以功能完备的后台监测管理软件为支撑的一体化整合系统。自动监测仪器（空气质量监测站）由传感器节
14、点、空气质量传感器（检测 SO2，NOx 等）以及 A/D 转换、数据接口等单元组成，负责自动采样、自动监测区域所部署的传感器节点、监测每点的数据。数据通过接口协议进入无线通讯节点设备 DVR 的独立（DTU）传输通道，由无线通讯数据终端负责将数据传输到监测管理中心。中心接收到相关参数数据，通过后台监测管理系统进行数据汇总、整理和综合分析并转化成详细信息实时在监测终端或大屏幕上进行显示，工作人员可以在监控中心或办公室进行监测，随时得到即时数据报告，实现远端无人值守。宏电城市空气质量无线监测系统功能特点： 整合 GPRS/EDGE/TD-SCDMA 通信技术，实时监测城市大气环境数据，实时进行数
15、据传输，实时控制现场设备的运行状态； 实现各类监测数据的接收、显示、统计、自动分析、存储、应用、发布； 利用数据库接口功能，在监测管理中心显示终端上直观地生成可视化的计算结果图表； 选用先进的开发技术，应用系统操作简便、人机界面友好，适合各层面人员操作使用； 具有超前的设计理念，根据环境管理工作的发展和要求，能够随时进行扩充，并兼容现有应用系统； 在网络覆盖面、可靠性、稳定性、实时传输速度、数据传输的准确性及安全性、操作界面、建设投资及系统日常运行费用合理等方面具有良好的体现。城市空气质量自动监测系统 - 8 -4.2 系 统 拓 扑 图4.2.1 系 统 功 能 模 块 示 意 图网 关中
16、心 计 算 机打 印 机绘 图 仪投 影 / 显 示 设 备 监 测 管 理 中 心室 外 监 测 站动 态 校 准 系 统 信 号 转 换 系 统供 电 及 其 他辅 助 系 统 空 气 采 样 系 统标 准 气 体零 气 发 生 器气 象 参 数 仪数 据 接 口 系 统宏 电 H 3 2 2 1 D V RG P R S / E D G E / T D - S C D M A 中 心 服 务 器移 动 传 输 网 络4.2.1 系 统 组 网 示 意 图G P R S / E D G E / T D - S C D M A前 端 设 备前 端 设 备前 端 设 备电 视 墙监 测 管 理
17、 中 心操 作 终 端数 据 服 务 器 视 频 服 务 器绘 图 仪打 印 机通 讯 服 务 器城市空气质量自动监测系统 - 9 -第 五 章 系 统 详 细 设 计5.1 前 端 设 备5.1.1 路 边 空 气 检 测 站5.1.1.1 应 用 环 境环境空气质量自动监测系统是一套自动监测仪器为核心的自动“测-控”系统。空气质量的自动监测系统一般采用湿法和干法两种方式。湿法的测量原理是库仑法和电导法等，需要大量试剂，存在试剂调整和废液处理等问题，操作繁琐，故障率高，维护量大。该法以日本为主，但自 1996 年起，日本在法定的测量方法中增加了干式测量原理，湿法现已处于淘汰阶段。干法基于物理
18、光学测量原理，使样品始终保持在气体状态，没有试剂的损耗，维护量较小。干法以欧美国家为主，代表了目前的发展趋势。干法监测子站主要由样品采集、空气自动分析仪、气象参数传感器、动态自动校准系统、数据采集和传输系统以及条件保证系统等组成。SO2 自动分析仪：基于 SO2 分子接收紫外线（214 nm）能量成为激发态分子，在返回基态时，发出特征荧光，由光电倍增管将荧光强度信号转换成电信号，通过电压/频率转换成数字信号送给 CPU 进行数据处理。当 SO2 浓度较低，激发光程较短且背景为空气时，荧光强度与 SO2 浓度成正比。采用空气除烃器可消除多环芳烃（PAHs）对测量的干扰。NOx 自动分析仪：NO 与 O3 发生反应生成激发态的 NO2*，在返回基态时发射特征光，发光强度与NO 浓度成正比。NO2 不与 O3 发生反应，可通过钼催化还原反应（315）将 NO2 转换成 NO 后进行测量。如果样气通过钼转换器进入反应管，则测量的是 NOx，NOx与 NO 浓度之差即为 NO2。O3 自动分析仪：利用 O3 分子吸收射入中空玻璃管的 254 nm 的紫外光，测量样气的出射光强。通过电磁阀的切换，测量涤除 O3 后的标气的出射光强。二者之比遵循比尔-朗伯公
