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北京空气监测技术跨入Z时代

来源:京环之声 作者:韩继波 人气: 发布时间:2019-04-28 14:17:41

今天,请各位小伙伴关注的是采用了物联网和认知计算技术的北京市高密度空气质量监测网络。这个监测网络的传感器可能就安装在您家附近的信号塔、路灯杆、楼顶上,它不仅能提供精准的空气污染数据,还能“聪明”地找到污染源并向监管部门报警。在物联网和空气质量监测领域都颇有建树的中科院专家李栋认为,北京市的这套空气质量监测网络,无论是软硬件的研发,还是在前沿领域的探索,都处于国际先进水平。

这么超燃的空气质量监测网络是不是很贵?错!它的最大特点是低成本,而且安装便捷、适用广泛。联合国环境规划署主任阿奇姆?施泰纳认为,包括这套监测系统在内的北京经验绝对值得与其他发展中经济体和新兴城市分享。

点位成本降到万 人员不会跑断腿

北京使用传统技术建立的空气质量自动监测体系,共有三十几个点位。假如为了适应北京市对环境管理的精细化需求,把这套网络建设到全市三百多个街乡镇的规模,需要投入巨大资金。

2015年初,北京市环境监测中心副主任刘保献和年轻的工程师们希望通过头脑风暴碰撞出火花,找到突破现有技术和成本限制的新路径。刘保献说,“新的技术既要满足北京市环境管理精细化需求,又要大幅降低人力物力成本。这是头脑风暴为新路径划的硬杠杠。”

“传统的空气质量监测点位造价较高,而且涉及占地,审批手续繁琐、周期拉得长,依靠加密地面标准站获取足够多的监测数据很不切实际。与此相比,微型传感器设备成本低廉,无需额外占地,安装也很方便,使大规模布设成为可能。”监测中心空气室工程师王欣给出了他的解决路径。

按照王欣的解决路径,监测中心的工程师们首先从筛选价格便宜、性能达标的微型传感器入手,为了让万把块钱的工业级光散射传感器在恶劣的室外环境下正常工作,为了让设备精度满足北京市精准治污的需求,工程师们进行了大量研发工作,并且申请了几十项专利。

图为北京市环境保护监测中心的楼顶天台上,数百台方白盒子一字排开,等待做上线前的户外一致性测试。徐卫星摄

传感器选好了,如何快速、低成本地“编织”起一张高密度监测网路呢?工程师们将布设点位放在信号铁塔、路灯杆、楼顶天线这些使用成本低、准入门槛低的社会公共资源上。2015年至今,监测中心在北京市一共布设了1300多个点位,这相当于为诊断北京空气污染安装了一台巨型、高精度“CT”。

“从30多个站点一跃到1300多个点位,如此高密度、大规模的空气质量监测网络对系统运维提出了极高的要求。这意味着,延续传统方式,对点位进行定期巡检、异常维修、耗材更换,不仅会让技术人员跑断腿,还会增加日常监管考核难度。” 监测中心自动监测室工程师王莉华说。如今,得益于物联网和认知计算、大数据这些新技术,运维人员只需动动手指,点几下鼠标,就能对全市所有点位的运维状态了如指掌。刘保献说,物联网、认知计算对降低这台超大型“CT”运行成本,起到了决定性作用。

新技术落地助力北京精准治污

在北京市环境监测中心的机房,技术人员点开软件运维管理界面,全市所有点位的运行状态,都能在屏幕上清晰的显示出来。

基于物联网、认知计算的北京市高密度空气质量监测网络,可以对运行点位的传感器进行全流程、全生命周期管理。利用全生命周期管理,监测中心机房可以通过计算传感器回传的数据,核查、判断哪些传感器正常工作,哪些出了问题,哪些需要紧急处理,技术人员根据系统指令,就可以有针对性的及时开展检查、维修了。刘保献说,物联网和认知计算可以让工程师们轻松完成对每一个传感器、每个点位的有效管理,极大提高了工作效率。再结合手机APP,一套低成本、高效的管理体系就形成了。

稳定运行的高密度空气质量监测网络,每天可以生成近1亿条信息,如何有效利用海量数据呢?刘保献介绍,工程师们选择大数据处理海量数据。

刘保献在联合国环境规划署举办的论坛上,介绍北京空气质量监测网络

使用大数据分析海量监测数据,首先可以准确识别、显示北京市各街乡镇的空气质量。其次,还可以精准识别500米×500米网格内空气质量在不同时段的变化趋势。第三,基于大数据分析,可以识别出哪个时段、哪些热点网格污染相对严重,执法人员和属地根据网格监测数据,便可以开展精准执法和治理。前几年,很多街乡镇的管理人员反映,“不是不想治理空气污染,而是不知道怎么管。”现在,根据监测数据,可以准确识别哪条街道、什么时间、哪类污染源冒头了,属地、各部门就可以“点穴治病”。大数据分析让属地彻底告别了过去无法精准识别污染源、属地不知道如何治理污染源的窘迫。执法数据显示,这套网络提供的大数据判断准确率达到80%。


2017年,监测中心根据高密度空气质量监测网络提供的数据,找出了分布在昌平、顺义、通州、大兴、丰台区的三条高污染带,执法部门和属地针对这三条污染带制定了专门的治理措施,经过一年的治理,这三条污染带浓度大幅下降,空气质量有了明显改善。在实践中,工程师们还摸索、挖掘出了空气质量监测网络的街乡镇属地量化功能,有了这个功能,北京市就可以每半个月发布一次街乡镇空气质量排名了。业内专家表示,有了半月排名通报制度,北京市就有了压实属地环保责任的“锦囊妙计”。

刘保献介绍,他们的技术正在向周边河北、天津等地辐射。希望不久后,新技术的使用能够推动京津冀地区空气质量的整体改善。

(编辑:Nicola)

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