CN106840260A - 机动车污染源在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机动车污染源在线监测系统，包括安装在道路两侧的收发端、反射端，收发端与反射端之间形成的光路测量区域位于道路上空断面；该系统包括数据采集仪、与数据采集仪通信的机动车尾气污染物在线监测模块、环境气象参数监测仪、噪声监测模块、车流量统计模块，数据采集仪的输出端可连接到数据中心平台，机动车尾气污染物在线监测模块采用红外激光和紫外相结合的方式来测量道路上空机动车尾气污染物的总排放量，其包括气态污染物监测模块、颗粒物监测模块。本发明采用模块化设计，集成多种类型的前端监测设备，可以快速准确定位污染源，运行过程无需人员值守，实现城市道路空气、声、气象及车况等综合环境的实时在线监测。

Description

机动车污染源在线监测系统

技术领域

本发明涉及环境检测仪器技术领域，特别是涉及一种机动车污染源在线监测系统。

背景技术

现阶段雾霾天气和重污染天气日趋严重，并日益成为全球性问题，其主要污染源之一就是机动车尾气污染。随着机动车数量越来越多、使用范围越来越广，它对城市环境的污染越来越大，引发了一系列问题。机动车尾气污染是由机动车排放的废气造成的环境污染，其主要污染物为碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化硫、含铅化合物、及固体颗粒物等，严重时能引起光化学烟雾等。机动车尾气排出的污染物给大气环境带来了严重的污染，给人体健康造成了严重的危害。因此，必须采取有效的措施，对机动车排放的尾气污染物进行监测，正确评估大气污染对健康的不良影响，为制定行政管理措施提供科学依据，通过实施有效管理办法，减少或者控制机动车的排污量，保护人类的生存环境是十分必要的。

因此亟需提供一种新型的机动车污染源在线监测系统来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种机动车污染源在线监测系统，能够对机动车尾气排放的污染物进行实时在线监测，实现空气质量的预警和预报功能。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种机动车污染源在线监测系统，包括安装在道路两侧的收发端、反射端，收发端与反射端之间形成的光路测量区域位于道路上空断面；

该系统包括数据采集仪、与数据采集仪通信的机动车尾气污染物在线监测模块、环境气象参数监测仪、噪声监测模块、车流量统计模块，机动车尾气污染物在线监测模块采用红外激光和紫外相结合的方式来测量机动车尾气污染物的总排放量。

在本发明一个较佳实施例中，机动车尾气污染物在线监测模块包括气态污染物监测模块、颗粒物监测模块。气态污染物监测模块用于检测分析气态污染物浓度，包括CO、CO₂、HC、NO和NO₂；颗粒物监测模块用于分析和检测PM₁₀、PM_2.5的浓度。

进一步的，气态污染物监测模块包括激光检测单元、紫外检测单元。激光检测单元采用非分散红外气体滤波相关法(GB9801-88)来检测CO、CO₂气态污染物的浓度；紫外检测单元采用紫外差分吸收光谱法来检测HC、NO和NO₂气态污染物的浓度。

进一步的，紫外检测单元包括测量光路、校准光路，测量光路包括光谱仪、卡塞接收系统、双光源耦合系统、准直透镜，校准光路包括校准池、内参考光反射系统，校准池和内参考光反射系统固定在一可移动支架上。测量光路与校准光路可自动切换，使该模块结构更加紧凑、体积更小。

在本发明一个较佳实施例中，该系统还包括动态校准仪，用于对气态污染物监测模块进行校零和校标，具有动态配气功能，采用数字通讯方式与数据采集仪相连。

在本发明一个较佳实施例中，该系统的光路测量区域位于道路上空0.5—3m处的断面位置，该监测位置使所述系统监测机动车污染物的结果更加准确。

在本发明一个较佳实施例中，收发端为机柜，不需要建设站房，具有高可靠性环境仓，可以在不同环境下确保仪器长时间可靠运行。

本发明的有益效果是：

(1)本发明采用模块化设计，集成多种类型的前端监测设备，可以快速准确定位污染源，实时保存车辆信息及数据，准确找出高排放区域，通过区域整改等措施使整个污染物排放量消减，环境效益十分明显；

(2)本发明检测方法简便、快速，设备间数据链传输以有线或无线网络为基础，可实现远程控制和维护，减少了路检人员投入，进而大大减少了资金投入；

(3)本发明可以24小时不间断运行，运行过程中无需人员值守，维护量少，对车流量和车速进行全天候实时监控，评估机动车流量对空气污染的贡献率，实现城市道路空气、声、气象及车况等综合环境的实时在线监测；

(4)本发明能够分析城区机动车尾气污染变化规律，为城市机动车尾气污染防治和排放管控提供科学依据；

(5)通过建立机动车污染源在线监控系统可以计算被监控路段对局地空气污染的贡献，对于推进节能减排，净化城市空气具有重要的意义。

附图说明

图1是本发明机动车污染物在线监测系统一较佳实施例的结构示意图；

图2是本发明机动车污染物在线监测系统一较佳实施例的结构框图；

图3是所述收发端的结构示意图；

图4是所述紫外检测单元的结构示意图；

附图中各部件的标记如下：1、光谱仪，2、校准池，3、卡塞接收系统，4、双光源耦合系统，5、内参考光反射系统，6、准直透镜，7、反射端，8、LED光源，9、耦合透镜，10、氘灯，11、环境气象参数监测仪，12、气态污染物监测模块，13、噪声监测模块，14、颗粒物监测模块，15、动态校准仪，16、收发端，17、光路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1和图2，本发明实施例包括：

一种机动车污染源在线监测系统，包括安装在道路两侧的收发端16、反射端7，收发端16与反射端7之间形成的光路17测量区域位于道路上空0.5—3m处的断面位置，区别于现有技术中针对低空大气采用抽气方式进行测量某点的污染分布情况，该监测位置及监测方式使所述系统监测机动车污染物的结果更加准确。优选的，收发端16为机柜，不需要建设站房，具有高可靠性环境仓，可以在不同环境下确保仪器长时间可靠运行。

该系统包括数据采集仪、与数据采集仪通信的机动车尾气污染物在线监测模块、环境气象参数监测仪11、噪声监测模块13、车流量统计模块、动态校准仪15，机动车尾气污染物在线监测模块包括气态污染物监测模块12、颗粒物监测模块14，如图3所示，环境气象参数监测仪11安装在收发端的机柜上部，气态污染物监测模块12、颗粒物监测模块14、噪声监测模块13、动态校准仪15均安装在收发端的机柜内，反射端7包括多个镜片，用于反射收发端16发出的光线。该系统测量的主要项目有：CO、CO2、NO_X(NO、NO₂)、PM、车流量、噪声、气象参数(风向、风速、温度、湿度、气压)。数据采集仪的输出端还可连接数据中心平台，数据中心平台的输出端连接移动终端、监控中心，优选的，移动终端、监控中心通过互联网方式与数据中心平台相连。现场仪器的监测数据自动传输到数据中心平台，由平台里的服务器进行数据汇总、整理和综合分析，可以根据需要实现不同的业务应用。

气态污染物监测模块12可以对多种气体浓度进行测量，实时性强，采用紫外差分吸收光谱技术和非分散红外检测技术相结合的方式，实时、在线监测空气中的CO、CO₂、HC、NO和NO₂等气体的含量，采用网络、数字通讯、USB等方式与数据采集仪进行通讯。其包括激光检测单元、紫外检测单元，激光检测单元采用非分散红外气体滤波相关法(GB9801-88)来检测CO、CO₂气态污染物的浓度；紫外检测单元采用紫外差分吸收光谱法来检测HC、NO和NO₂气态污染物的浓度。氮氧化物的测量范围在(0-5000)ug/m3，测量精度在±2.5％；CO的测量范围在(0-50)ug/m3，测量精度在±2.5％。

结合图4，紫外检测单元包括测量光路、校准光路，测量光路包括光谱仪1、卡塞接收系统3、双光源耦合系统4、准直透镜6，校准光路包括校准池2、内参考光反射系统5，校准池2和内参考光反射系统5固定在一可移动支架上，支架的移动位置由步进电机进行控制，当校准电路进行校零、校标时，光源由内参考光反射系统5反射到卡塞接收系统3，再经过校准池2到达光谱仪1。双光源耦合系统4包括LED光源8、耦合透镜9、氘灯10，LED光源8发出的光束在经过耦合透镜9的折射后到达氘灯10的窗口内，从而与氘灯10发出的光束形成耦合，组成混合光源，产生加强作用，然后在准直透镜6的准直作用下变成平行光。当正常测量时，通过步进电机将可移动支架移开，双光源耦合系统4经过准直透镜6准直后到反射端7，再经反射端7到达卡塞接收系统3，最后进入光谱仪1。在紫外检测单元中，双光源耦合系统4将LED光源8和氘灯10耦合成一个光路进入发射和接收系统，且测量光路与校准光路可自动切换，使该模块结构更加紧凑、体积更小。

颗粒物监测模块14用于分析和检测PM₁₀、PM_2.5的浓度，采用激光散射法进行测量，测量范围在(0—5)ug/m3，测量精度在±5％。颗粒物监测模块14采用数字通讯方式与数据采集仪连接，优选的，可采用RS485通讯方式与数据采集仪连接。

机动车尾气污染物在线监测模块采用红外激光和紫外相结合的方式来测量机动车尾气污染物的总排放量。采用激光的高速扫描，增加了测量的频率，提高了信噪比和灵敏度；紫外检测单元的光学设计巧妙，测量光路采用多次反射的方式来增加测量光程，并以面的形式覆盖于道路上空约两米的位置，测量精度高。

动态校准仪15用于对气态污染物监测模块12进行校零和校标，具有动态配气功能。标准气体经过气路进入动态校准仪15，对气体浓度进行切割，输出多种浓度点的标准气。动态校准仪15采用数字通讯方式与数据采集仪连接，优选的，可采用RS485通讯方式与数据采集仪连接。

噪声监测模块13采用噪声传感器对现场声信号进行采集和处理，然后声压级以数字通讯方式输出，优选的，可采用RS485的通讯方式输出。噪声的测量范围为(30—130)db，测量精度为±0.5db。

车流量统计模块安装于道路旁立杆上，采用窄波雷达原理，其产生的差频信号强度与车辆是否存在相关，这样通过一定的数字信号处理便可以得到各车道的车流量信息。统计车的流量信息用于得出在单位时间内，道路通过的车辆总数与排放浓度之间的关系。车流量统计模块采用数字通讯方式与数据采集仪进行数据传输，优选的，可采用RS232或者RS485通讯方式与数据采集仪进行数据传输。

环境气象参数监测仪11采用气象传感器实时在线测量环境空气中的风向、风速、温度、湿度和大气压五参数的监测。气象参数用于得出在污染截面内，污染物的扩散方向和速度。风速采用超声波时差法，测量范围为(0—60)m/s，测量精度在±0.2m/s；风向采用超声波时差法，测量范围为0°—359.9°无盲区，测量精度为±3％；温度采用二极管结电压测量温度值，测量范围：(-40—+80)℃，测量精度为±0.2℃；湿度采用电容式测量方法，测量范围：(0—100)％RH，测量精度：±3RH；气压采用压阻式测量方法，测量范围在(10—1100)hPa，测量精度为±0.5hPa(25℃)。环境气象参数监测仪采用数字通讯方式与数据采集仪进行数据传输，优选的，可采用RS232的通讯方式与数据采集仪进行数据传输。

数据采集仪以工业计算机为核心，用于采集各检测系统及分析仪的监测结果，实现数据统计、处理、存储、查询和远程通讯功能。数据采集仪将处理后的数据通过光纤或者4G的方式发送到数据中心平台。

数据中心平台以计算机和通讯网络为平台，以中心站管理软件为核心，远程实现对各个数据采集仪的数据获取、存储和查询功能控制，具有数据发布、污染预警预报等功能。

机动车污染源在线监测系统可以对机动车尾气排放的污染物进行实时在线监测，实现空气质量的预警和预报功能，同时还可以应用在城市环境及工业企业环境监测等领域，通过对多套子系统进行联网，组建空气质量监测网，建立区域空气质量保障监测预警体系。

本发明采用模块化设计，集成多种类型的前端监测设备，可以快速准确定位污染源，实时保存车辆信息及数据，准确找出高排放区域，通过区域整改等措施使整个污染物排放量消减，环境效益十分明显；本发明检测方法简便、快速，设备间数据链传输以有线或无线网络为基础，可实现远程控制和维护，减少了路检人员投入，进而大大减少了资金投入；本发明可以24小时不间断运行，运行过程中无需人员值守，维护量少，对车流量和车速进行全天候实时监控，评估机动车流量对空气污染的贡献率，实现城市道路空气、声、气象及车况等综合环境的实时在线监测；本发明能够分析城区机动车尾气污染变化规律，为城市机动车尾气污染防治和排放管控提供科学依据；通过建立机动车污染源在线监控系统可以计算被监控路段对局地空气污染的贡献，对于推进节能减排，净化城市空气具有重要的意义。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种机动车污染源在线监测系统，其特征在于，包括安装在道路两侧的收发端、反射端，收发端与反射端之间形成的光路测量区域位于道路上空断面；

该系统包括数据采集仪、与数据采集仪通信的机动车尾气污染物在线监测模块、环境气象参数监测仪、噪声监测模块、车流量统计模块，机动车尾气污染物在线监测模块采用红外激光和紫外相结合的方式来测量机动车尾气污染物的总排放量。

2.根据权利要求1所述的机动车污染源在线监测系统，其特征在于，机动车尾气污染物在线监测模块包括气态污染物监测模块、颗粒物监测模块。

3.根据权利要求2所述的机动车污染源在线监测系统，其特征在于，气态污染物监测模块包括激光检测单元、紫外检测单元。

4.根据权利要求3所述的机动车污染源在线监测系统，其特征在于，紫外检测单元包括测量光路、校准光路，测量光路包括光谱仪、卡塞接收系统、双光源耦合系统、准直透镜，校准光路包括校准池、内参考光反射系统，校准池和内参考光反射系统固定在一可移动支架上。

5.根据权利要求1至4任一项所述的机动车污染源在线监测系统，其特征在于，该系统还包括动态校准仪，采用数字通讯方式与数据采集仪相连。

6.根据权利要求1至4任一项所述的机动车污染源在线监测系统，其特征在于，该系统的光路测量区域位于道路上空0.5—3m处的断面位置。

7.根据权利要求1至4任一项所述的机动车污染源在线监测系统，其特征在于，收发端为机柜。