CN106501450A - 车载大气环境监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

发明公开了一种车载大气环境监测方法，包括以下步骤：S100：预存储区域内各监测基站的位置信息；S200：获取来自各监测基站的至少包括VOCs和第一风向的第一环境监测值；S300：当第一环境监测值大于设定的第二阈值时，判定其为异常值，获取与该异常值相对应的基站的位置信息；S400：获取至少包括车辆位置信息的各监测车辆的状态信息；S500：向距离与所述异常值相对应的基站最近的可用的监测车辆发送调度信息。本发明可以实现全面监测，避免了监测盲点。

Description

车载大气环境监测方法及系统

技术领域

总的而言本发明属于环境领域，特别涉及一种车载大气环境监测方法及系统。

背景技术

臭氧和PM2.5已成为城市空气污染的“元凶”“主犯”，而VOCs(挥发性有机污染物)则是臭氧和PM2.5等细粒子生成的共同前体物。VOCs具有低浓度、高毒性的特征，被称为“影子杀手”。目前监测VOCs有传统实验室方法和固定基站在线监测方法。传统实验室检测方法检测周期长，出具数据较慢、灵活性差等缺点和不足，难以实现快速、简洁的现场测试。现有基站在线监测方法也存在一些不足：如采样存在空白点，在线检测器灵敏度不高，数据无法与实验室分析比较，数据准确性和可靠性存在缺陷。申请人在先专利申请CN2015102877243A公开了一种大气中挥发性有机化合物在线监测装置，其采用双冷阱的交替采样，实现了实时在线监测，但上述装置仅适用于固定基站监测。我国地域广阔，而固定监测基站的数量是有限的，为了便于监测，目前普遍采用大气环境监测车，目前的大气环境监测车，由于车内、外环境的多变性，对于VOCs的检测数据准确性和可靠性差，且不能实现实时在线监测。在发生突发性VOCs污染时，需要快速确定污染源的位置，目前的监测车并不具备该功能。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种车载大气环境监测方法及系统。

一种车载大气环境监测方法，包括以下步骤：S100：预存储区域内各监测基站的位置信息；S200：获取来自各监测基站的至少包括VOCs和第一风向的第一环境监测值；S300：当第一环境监测值大于设定的第二阈值时，判定其为异常值，获取与该异常值相对应的基站的位置信息；S400：获取至少包括车辆位置信息的各监测车辆的状态信息；S500：向距离与所述异常值相对应的基站最近的可用的监测车辆发送调度信息，所述调度信息包括出现异常值的基站的位置信息、该基站第一风向、异常值大小、和异常值出现的时刻；S600：获取监测车辆所在位置的第二环境监测值，当判定所述第二环境监测值大于或等于所述异常值时，提示监测车辆驾驶员向与基站第一风向相反的方向行进；当判定所述第二环境监测值小于所述异常值时，提示监测车辆驾驶员向该基站方向行进；S700：实时获取监测车辆行进途中的第三环境监测值，根据所述第三环境监测值生成车辆导航信息。

本发明的有益效果是：在以监测中心为核心，采用基站监测与监测车辆相结合的监测方法，可以实现全面监测，避免了监测盲点；对于监测车辆合理调度，可以使得监测车辆及时到达污染源处；采用多种措施克服车内、外环境的多变性，对于VOCs的检测更加准确。

附图说明

图1为本发明现的整体结构示意图；

图2是本发明监测方法的流程图；

图3为监测车辆调度图；

图4为步骤S600与S700的示例图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

请参阅图1首先对本发明的系统整体结构做介绍。本发明中环境监测系统主要由区域监测中心、监测基站和监测车构成。区域监测中心负责区域内收集各基站和监测车所采集的数据，对数据进行分析处理，并对监测车进行调度等。监测基站分布于区域内的不同地点，负责对基站附近区域内的大气环境进行采样，例如监测PM2.5、VOCs等，基站将获取到的数据发送给监测中心。监测车上配备多种环境采集设备、车内环境控制设备、处理器、通讯设备等等，多台监测车分布于区域内的不同地点，监测车可以与监测中心进行通信，接收监测中心的调度指令或将监测数据发送至监测中心。本发明中，监测基站与监测中心间可以通过有线或无线的方式进行通信，而监测车与监测中心间采用无线通信。

实施例1

如图2所示，首先对本发明的大气环境监测方法做介绍。

S100：预存储各监测基站的位置信息。本发明中监测基站固定的设置于区域内的不同位置，以某市为例，监测中心可以设置于市内，而监测基站可以设置于不同的县/镇，例如监测基站1设置于A镇，监测基站2设置于B镇等等。监测中心将这些基站的位置存储于服务器上，基站的位置信息可以是基站的经纬度坐标。

S200：获取来自各监测基站的至少包括VOCs和第一风向的第一环境监测值。

各监测基站可以通过通信网络将所采集到的环境数据发送给监测中心，发送可以采用定时发送，例如每隔1小时将所采集到的VOCs和第一风向发送给监测中心。为了应对突发的大气环境污染事件，更为优选的是，当采集到的VOCs值小于或等于设定的第一阈值时采用第一设定时长采样并发送监测数据，当所采集到的VOCs值大于设定的第一阈值时，则即刻将数据发送至监测中心，并改用第二设定时长采样并发送监测数据，其中第一设定时长大于第二设定时长。采用该方式可以在未发生严重污染事件时，采用第一设定时长采样与发送，这样可以减少采样数，通信数量，减少基站或监测中心需要实时处理的数据量，占用较少系统资源，而在发生突发污染事件时，并改用较小的第二设定时长采样与发送，这样可以及时将突发污染的监测数据发送至监测中心，并增加采样次数，减小采样间隔，从而可以更有效的及时监控污染的变化状况。

例如VOCs的监测第一阈值可以设定为5，第一设定时长为1小时，而第二设定时长为15分钟，当监测到当前VOCs的值为1时，其小于5，则监测基站经过1小时，将数据发送至监测中心，并开始继续采样；当监测到当前VOCs的值为10时，其大于5，则监测基站立即将该数据发送至监测中心，同时，监测基站改用15分钟的第二设定时长进行采样与发送监测数据。

本发明中对于基站的VOCs的采样采用CN 2015102877243A中的双冷肼法，即包括如下步骤：采用第一冷阱吸附大气中挥发性有机化合物若干时间；吸附完成后，升温所述第一冷阱，以使所述大气中挥发性有机化合物气化；所述气化的有机化合物采用气相色谱进行分离；采用氢火焰离子化检测器对分离后的气体进行检测，以得到大气中挥发性有机化合物的组分含量。进一步的，将氢火焰离子化检测器检测的气体的某一组分的数据在一该组分对应的标准曲线上进行标定，以得到该组分的浓度值；在第一冷阱吸附完成后，采用第二冷阱吸附大气中挥发性有机化合物若干时间，并升温所述第二冷阱，所述第一冷阱与所述第二冷阱交替吸附大气中挥发性有机化合物，以实现连续采样；所述第一冷阱或所述第二冷阱吸附大气中挥发性有机化合物的时间为10～30分钟；所述第一冷阱或所述第二冷阱的升温速率为100℃/S；采用泵采集所述大气中挥发性有机化合物，并将所述大气中挥发性有机化合物输入至第一冷阱或第二冷阱中；所述第一冷阱和/或第二冷阱中装填有吸附剂，以吸附所述大气中挥发性有机化合物；所述第一冷阱和第二冷阱吸附时的温度范围为-30℃～50℃。

本发明中对于第一风向的检测可以采用传统的气象设备完成，获取第一风向的作用于有益效果将在后续步骤中做详细说明。

S300：当第一环境监测值大于设定的第二阈值时，判定其为异常值，获取与该异常值相对应的基站的位置信息。

当从监测基站获取所述第一监测值后，监测中心判定其是否大于设定的第二阈值，当大于第二阈值时，判定其为异常值，第二阈值可以与第一阈值相等，当然也可以选择大于第一阈值的值。当其大于第二阈值时，则可判定此时发生了突发/严重的VOCs污染事件，则监测中心通过查表获取与该第一监测值相对应的基站的位置信息。

表1

基站名	位置信息	VOCs监测值
			基站1	经度XX，维度XX(A镇)	1
基站2	经度XX，维度XX(B镇)	30
			……	……	……
……	……	……
			基站N	经度XX，维度XX(N镇)	2

例如第二阈值为20，其获取到的各基站的第一环境监测值分别为1、30、……、2，其中30大于20，为异常值，则监测中心查询表1，判定该值来自于基站2，其位置信息为经度XX，维度XX(B镇)。

S400：获取至少包括车辆位置信息的各监测车辆的状态信息。

本发明中由多辆环境监测车辆，这些车辆平时一般随机分布于监测中心所在区域内，这些监测车辆其中一些处于可用状态，而另外一些则可能处于维护状态。当发生了突发/严重的VOCs污染事件(即当第一环境监测值大于设定的第二阈值时)，监测中心向各车辆发送查询指令，获取包括车辆位置信息的状态信息。车辆的位置信息可以通过其车载的GPS定位系统获得。监测车辆在收到查询指令后，响应该查询指令，将车辆包含车辆当前位置信息的状态信息发送至监测中心，如表2所示。

表2

S500：向距离与所述异常值相对应的基站最近的可用的监测车辆发送调度信息，所述调度信息包括出现异常值的基站的位置信息、该基站第一风向、异常值大小、和异常值出现的时刻。

本发明中，监测中心在获取到了基站位置信息与车辆位置信息后，可以计算二者的直线距离，之后监测中心向距离最近的可用车辆发送调度信息。当然，实际中，虽然二者的直线距离最短，但其路程并非最短，二者之间可能由于高山、河流等的阻隔，而路程较远。为此本发明中，监测中心预存储由该地区的地图信息(路况信息)，在获取到了基站位置信息与车辆位置信息后，查询地图信息，确定与出现异常值的基站路程最短的车辆，之后向该车辆发送调度信息。本发明中，调度信息可以包括出现异常值的基站的位置信息、该基站第一风向、监测值、异常值出现时刻等，更进一步的，还可以包含车辆与异常值基站间的导航信息，这样可以便于监测车辆及时到达异常值基站附近。

请参阅图3，与所述异常值相对应的基站(即异常值基站)所在区域内有4辆监测车辆，车辆1、2、4处于可用状态，而车辆3处于维护状态，车辆1、2、3、4距离异常值监测基站的直线距离分别为d1、d2、d3、d4，d4>d1>d2>d3，由于车辆3处于维护状态，因此监测中心会向车辆2发送调度信息，由车辆2前往基站方向搜寻污染源；更进一步的，由于车辆1、2、4距离异常值监测基站的路程分别为S1、S2、S4，S2>S4>S1，为了能快速达到基站找到污染源，则监测中心会向车辆1而非直线距离最短的车辆2发送调度信息。

S600：获取监测车辆所在位置的第二环境监测值，当判定所述第二环境监测值大于或等于所述异常值时，提示监测车辆驾驶员向与基站第一风向相反的方向行进；当判定所述第二环境监测值小于所述异常值时，提示监测车辆驾驶员向该基站方向行进。

由于地域的广阔性，VOCs的污染源距离基站的位置通常有几公里，甚至几十公里，在如此广阔的区域内快速确定污染源的位置是困难的。为此本发明中，在基站检测到异常值后，监测中心向监测车辆发送调度信息，由监测车辆进一步的寻找污染源。接收到调度信息后，监测车辆开启车载的相关检测设备，检测车辆当前所在位置处的第二环境监测值。一般而言，距离污染源距离越近则所检测到的VOCs的浓度值越高，反之越低。当第二环境监测值小于所述异常值时则说明污染源靠近基站，此时车辆控制系统向驾驶员发出提示，提示驾驶员驶向基站方向，这一提示可以通过语音、显示屏等发出。当第二环境监测值大于或等于所述异常值时，则说明此时监测车辆距离污染源较近，为了进一步的确定污染源的方向，此时车辆控制系统读取调度信息中的基站第一风向信息，提示驾驶员驶向与基站第一风向相反的方向，即迎风行驶。由此便可以较为快速的确定出污染源的位置。第二环境监测值也可采用CN 2015102877243A中的双冷肼法获得，当然为了适应车载的需要，可以设置一些必要的减震设施、UPS电源、计算机分析处理设备等。

在该步中获取准确的第二环境监测值至关重要，其直接决定了车辆的行进方向。监测车辆与基站一般距离污染源较远，其所检测到的VOCs的值一般较低，这时车内环境与车辆尾气均会对第二环境监测值有影响，而环境监测车辆的排量一般较大，这在车辆处于静止热机的状况时，其对VOCs的影响尤其显著，但在车辆行进当中这一影响几乎可以忽略不计。为此，本发明中，在获取了调度信息后，还包括以下步骤：S601，获取监测车辆当前车速与发动机转速信息；S602，当判定当前车速与发动机转速均为零时，获取第二环境监测值；S603，当判定当前车速不为零时，获取第二环境监测值；S604，当判定当前车速为零，而发动机转速不为零时，提示驾驶员关闭发动机。由此便可以获取到准确的VOCs值。当然，为了车内环境对于VOCs的检测也有影响，为此可以在车内设置空气净化装置或增压系统，净化车内空气，使检测车辆内部维持正压状态，这样可以防止车内环境对VOCs的影响，车内空气净化与正压维持均为现有技术，不再赘述。

S700：实时获取监测车辆行进途中的第三环境监测值，根据所述第三环境监测值生成车辆导航信息。

由于多种因素的影响，污染源的搜寻过程中，存在诸多不确定因素，如风向的改变、污染源启闭等等，这些不确定因素给污染源的搜寻带来极大困难。为了减少这些困难，本发明在车辆行进途中，通过车载设备实时获取沿途的VOCs浓度值，并将该第三环境监测值实时发送至监测中心，监测中心综合第一环境监测值、第二环境监测值和第三环境监测值来生成导航信息，实时调整车辆行进方向。具体而言，S701：将当前检测到的VOCs浓度值与前一时刻检测到的VOCs浓度值相比较，S702：当当前的VOCs浓度值大于或等于前一时刻的VOCs浓度值时，则向车辆发出导航信息，提示车辆继续沿原方向行进；S703：当当前的VOCs浓度值小于前一时刻的VOCs浓度值时，则向车辆发出导航信息，提示车辆停止行进；S704：获取监测车辆当前位置处的第二风向；S705：获取异常基站处当前的第一环境监测值(VOCs浓度值)；S706：当当前的第一环境监测值大于或等于第二环境监测值时，则向车辆发出导航信息，提示车辆朝向异常基站并与第二风向相反的方向行进；S707：当当前的第一环境监测值小于第二环境监测值时，则向车辆发出导航信息，提示车辆朝向车辆出发点且与第二风向相反的方向行进。这样在本发明中根据VOCs浓度的变化，实时调整车辆行进方向，使得车辆总是想着VOCs浓度增加的方向行进，这样结合车上监测人员的人工搜寻、视频搜索等，可以以最快的速度搜寻到污染源。

下面结合图4进一步示例性的对步骤S600、S700做说明。在图4中，污染源位于北部，监测基站所检测到的VOCs为6，第一风向为由北向南吹的北风，监测车辆检测车辆远离污染源，其所在位置处检测到的VOCs为3，因此在S600中监测中心，提示监测车辆驾驶员向基站方向行进，即监测车辆会沿线路L2向监测基站行进，行进途中进行第三环境监测。假定车辆行驶至A处时，VOCs浓度值达到最大为5，此时获取监测车辆在A位置处的第二风向(S704),并获取异常基站处当前的VOCs浓度值6(S705)，6>5则向车辆发出导航信息，提示车辆朝向异常基站并与第二风向相反的方向行进，即向北前进(S706)，此后车辆便会先沿L2行进至C点，之后沿S1前进，直至发现污染源为止。若监测基站位于虚线所示位置处，监测基站所监测到的第一VOCs浓度值为4,4<5，则向车辆发出导航信息，提示车辆朝向车辆出发点且与第二风向相反的方向行进，此后车辆便会掉头先沿L2行进至B点，之后沿S2前进(S707)直至发现污染源为止。这样便可以根据VOCs浓度的变化，实时调整车辆行进方向，可以以最快的速度搜寻到污染源。

实施例2

相应的本发明还公开了一种大气环境监测系统，包括以下单元：存储单元，用于预存储区域内各监测基站的位置信息；第一获取单元，用于获取来自各监测基站的至少包括VOCs和第一风向的第一环境监测值；第一判定单元，用于当第一环境监测值大于设定的第二阈值时，判定其为异常值，获取与该异常值相对应的基站的位置信息；第二获取单元，用于获取至少包括车辆位置信息的各监测车辆的状态信息；调度单元，用于向距离与所述异常值相对应的基站最近的可用的监测车辆发送调度信息，所述调度信息包括出现异常值的基站的位置信息、该基站第一风向、异常值大小、和异常值出现的时刻；第二判定单元，用于获取监测车辆所在位置的第二环境监测值，当判定所述第二环境监测值大于或等于所述异常值时，提示监测车辆驾驶员向与基站第一风向相反的方向行进；当判定所述第二环境监测值小于所述异常值时，提示监测车辆驾驶员向该基站方向行进；导航单元，用于实时获取监测车辆行进途中的第三环境监测值，根据所述第三环境监测值生成车辆导航信息。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于本申请的方法实施例而言，由于其与装置实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见装置实施例的部分说明即可。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种车载大气环境监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100：预存储区域内各监测基站的位置信息；

S200：获取来自各监测基站的至少包括VOCs和第一风向的第一环境监测值；

S300：当第一环境监测值大于设定的第二阈值时，判定其为异常值，获取与该异常值相对应的基站的位置信息；

S400：获取至少包括车辆位置信息的各监测车辆的状态信息；

S500：向距离与所述异常值相对应的基站最近的可用的监测车辆发送调度信息，所述调度信息包括出现异常值的基站的位置信息、该基站第一风向、异常值大小、和异常值出现的时刻；

S600：获取监测车辆所在位置的第二环境监测值，当判定所述第二环境监测值大于或等于所述异常值时，提示监测车辆驾驶员向与基站第一风向相反的方向行进；当判定所述第二环境监测值小于所述异常值时，提示监测车辆驾驶员向该基站方向行进；

S700：实时获取监测车辆行进途中的第三环境监测值，根据所述第三环境监测值生成车辆导航信息。

2.根据权利要求1所述的车载大气环境监测方法，其特征在于，所述步骤S200包括：各监测基站采集VOCs值，当采集到的VOCs值小于或等于设定的第一阈值时采用第一设定时长采样并发送监测数据，当所采集到的VOCs值大于设定的第一阈值时，则即刻将数据发送至监测中心，并改用第二设定时长采样并发送监测数据，其中第一设定时长大于第二设定时长。

3.根据权利要求2所述的车载大气环境监测方法，其特征在于，采用双冷肼法采集所述VOCs值，包括：采用第一冷阱吸附大气中挥发性有机化合物若干时间；吸附完成后，升温所述第一冷阱，以使所述大气中挥发性有机化合物气化；所述气化的有机化合物采用气相色谱进行分离；采用氢火焰离子化检测器对分离后的气体进行检测，以得到大气中挥发性有机化合物的组分含量。进一步的，将氢火焰离子化检测器检测的气体的某一组分的数据在一该组分对应的标准曲线上进行标定，以得到该组分的浓度值；在第一冷阱吸附完成后，采用第二冷阱吸附大气中挥发性有机化合物若干时间，并升温所述第二冷阱，所述第一冷阱与所述第二冷阱交替吸附大气中挥发性有机化合物，以实现连续采样。

4.根据权利要求1所述的车载大气环境监测方法，其特征在于，所述步骤S500包括：在获取到了基站位置信息与车辆位置信息后，计算二者的直线距离，之后向距离最近的可用车辆发送调度信息。

5.根据权利要求1所述的车载大气环境监测方法，其特征在于，所述步骤S500包括：预存储区域的地图信息，在获取到基站位置信息与车辆位置信息后，查询地图信息，确定与出现异常值的基站路程最短的车辆，之后向该车辆发送调度信息。

6.根据权利要求1所述的车载大气环境监测方法，其特征在于，所述步骤S600包括：S601，获取监测车辆当前车速与发动机转速信息；S602，当判定当前车速与发动机转速均为零时，获取第二环境监测值；S603，当判定当前车速不为零时，获取第二环境监测值；S604，当判定当前车速为零，而发动机转速不为零时，提示驾驶员关闭发动机。

7.根据权利要求1所述的车载大气环境监测方法，其特征在于，所述步骤S700包括：S701：将当前检测到的VOCs浓度值与前一时刻检测到的VOCs浓度值相比较，S702：当当前的VOCs浓度值大于或等于前一时刻的VOCs浓度值时，则向车辆发出导航信息，提示车辆继续沿原方向行进；S703：当当前的VOCs浓度值小于前一时刻的VOCs浓度值时，则向车辆发出导航信息，提示车辆停止行进；S704：获取监测车辆当前位置处的第二风向；S705：获取异常基站处当前的第一环境监测值(VOCs浓度值)；S706：当当前的第一环境监测值大于或等于第二环境监测值时，则向车辆发出导航信息，提示车辆朝向异常基站并与第二风向相反的方向行进；S707：当当前的第一环境监测值小于第二环境监测值时，则向车辆发出导航信息，提示车辆朝向车辆出发点且与第二风向相反的方向行进。

8.根据权利要求1所述的车载大气环境监测方法，其特征在于，所述步骤S400包括：监测中心向各车辆发送查询指令，监测车辆在收到查询指令后，响应该查询指令，将车辆包含车辆当前位置信息的状态信息发送至监测中心。

9.根据权利要求1所述的车载大气环境监测方法，其特征在于，所述步骤S600或步骤S700中所述监测车辆采用双冷肼法采集VOCs值。

10.一种车载大气环境监测系统，其特征在于，包括以下单元：

存储单元，用于预存储区域内各监测基站的位置信息；

第一获取单元，用于获取来自各监测基站的至少包括VOCs和第一风向的第一环境监测值；

第一判定单元，用于当第一环境监测值大于设定的第二阈值时，判定其为异常值，获取与该异常值相对应的基站的位置信息；

第二获取单元，用于获取至少包括车辆位置信息的各监测车辆的状态信息；

调度单元，用于向距离与所述异常值相对应的基站最近的可用的监测车辆发送调度信息，所述调度信息包括出现异常值的基站的位置信息、该基站第一风向、异常值大小、和异常值出现的时刻；

第二判定单元，用于获取监测车辆所在位置的第二环境监测值，当判定所述第二环境监测值大于或等于所述异常值时，提示监测车辆驾驶员向与基站第一风向相反的方向行进；当判定所述第二环境监测值小于所述异常值时，提示监测车辆驾驶员向该基站方向行进；

导航单元，用于实时获取监测车辆行进途中的第三环境监测值，根据所述第三环境监测值生成车辆导航信息。