CN109781945B - 一种基于移动装置的污染物区域间传输排查方法与系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于移动装置的污染物区域间传输排查方法和系统，所述方法包括：利用固定监测单元监测每个环境监测区域中固定污染源周围区域的污染物浓度、风向和风速，同时利用移动监测单元监测所述固定污染源周围区域以外的其它区域的污染物浓度、风向和风速；对所述污染物浓度进行分析，当第一环境监测区域的污染物浓度升高时，判断污染物是否由周围的环境监测区域输入，并获得所述第一环境监测区域内污染物浓度的增加情况、气流方向和风速；确定所述第一环境监测区域周围的环境监测区域中气流为上升气流的一个或多个第二环境监测区域，获得上升气流处污染物浓度的减小情况和风速；判断第二环境监测区域内污染物是否传输到所述第一环境监测区域内。
Description
技术领域
本发明属于大气污染监测领域，具体涉及一种基于移动装置的污染物区域间传输排查方法与系统。
背景技术
相邻城市的大气污染程度和时间变化规律都呈现出较高的相似度。大气污染在城市间存在长距离跨区域传输现象。我国大气污染越来越呈现出复合型、区域型的特征。对于城市和区域来说，想要有效地改善大气环境，不但需要控制本地的污染，也需要弄清楚其他区域的影响，并采取相应的联防联控措施。
各种污染物由于自身特性导致扩散效应均不同，NOx、SO2和O3输送距离较广，并且明显受风向影响，而PM2.5则受风向影响较小。
大量的工业排放以及城市集群的发展，紧密的城市布局以及大量的工业、生活、交通污染的排放，使得区域性复合型大气污染问题尤为突出。尤其是污染物在邻近城市或区域间的传输问题都给大气污染控制与管理带来了巨大的压力与挑战，对于深入认识该区域大气污染的来源和形成机理、有效开展跨区域大气污染的联防联制、进一步提高污染预报水平都具有重要意义。
目前国内外大部分采用的是区域大气污染传输与扩散模型耦合中尺度气象模型来进行污染传输的计算，包括MM5、ETA、RAMS等。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种基于移动装置的污染物区域间传输排查方法与系统，用于准确判断当前区域内的污染浓度是否受到其他区域影响。
为了达到上述目的，一方面，本发明提出一种基于移动装置的污染物区域间传输排查方法，包括：
利用固定监测单元监测每个环境监测区域中固定污染源周围区域的污染物浓度、风向和风速，同时利用移动监测单元监测所述固定污染源周围区域以外的其它区域的污染物浓度、风向和风速；
对所述污染物浓度进行分析，当第一环境监测区域的污染物浓度升高时，判断污染物是否由周围的环境监测区域输入，并获得所述第一环境监测区域内污染物浓度的增加情况、气流方向和风速；
确定所述第一环境监测区域周围的环境监测区域中气流为上升气流的一个或多个第二环境监测区域，获得上升气流处污染物浓度的减小情况和风速；
判断第二环境监测区域内污染物是否传输到所述第一环境监测区域内。
在一些实施例中，判断污染物是否由周围的环境监测区域输入的方法包括：
确认所述第一环境监测区域内的固定污染源的排放是否发生异常；
利用所述移动监测单元确定所述第一环境监测区域的气流是否为下降气流；
如果所述第一环境监测区域内的固定污染源的排放未发生异常且气流为下降气流，则判断污染物由周围的环境监测区域传入。
在一些实施例中，判断第二环境监测区域内污染物是否传输到所述第一环境监测区域内的方法包括：
将所述第一环境监测区域内下降气流处污染物的增加量与一个或多个第二环境监测区域内上升气流处污染物的减小量之和进行比较，如果所述第一环境监测区域内下降气流处污染物的增加量接近于一个或多个第二环境监测区域内上升气流处污染物的减小量之和，则判断一个或多个第二环境监测区域内污染物传输到所述第一环境监测区域内。
在一些实施例中，污染物的增加量或减小量根据污染物浓度变化期间的污染物浓度、风速以及气流区域面积获得。
在一些实施例中，每个环境监测区域包括多个固定监测单元和多个移动监测单元，每个固定监测单元将污染物浓度、风向和风速信息发送到距离最近的移动监测单元，每个移动监测单元能够将收到和监测到的污染物浓度、风向和风速信息发送到其它移动监测单元和服务器。
在一些实施例中，污染物浓度包括CO浓度、NO2浓度、SO2浓度、AQI、PM2.5浓度中的一种或多种。
在一些实施例中，所述移动监测单元还监测环境监测区域中的降水数据，包括降水量和降水时长，用于计算降水导致的污染物输入。
另一方面，本发明提出一种基于移动装置的污染物区域间传输排查系统，包括：
设置在每个环境监测区域中固定污染源周围区域的固定监测单元，用于监测固定污染源周围区域的污染物浓度、风向和风速；
能够在每个环境监测区域中移动的移动监测单元，用于监测所述固定污染源周围区域以外的其它区域的污染物浓度、风向和风速；以及
服务器，所述服务器根据所述固定监测单元和移动监测单元提供的污染物浓度、风向和风速数据获得每个环境监测区域中的污染物分布情况。
在一些实施例中，所述固定监测单元包括CO监测仪、NO2监测仪、SO2监测仪、AQI监测仪、PM2.5监测仪及其任意组合。
在一些实施例中，所述移动监测单元包括移动装置和搭载于所述移动装置的CO监测仪、NO2监测仪、SO2监测仪、AQI监测仪、PM2.5监测仪、降水监测仪及其任意组合。优选地，所述移动装置为车辆或飞行器，所述飞行器可以为无人机。
在一些实施例中，每个环境监测区域包括多个固定监测单元和多个移动监测单元，每个固定监测单元将污染物浓度、风向和风速信息发送到距离最近的移动监测单元，每个移动监测单元能够将收到和监测到的污染物浓度、风向和风速信息发送到其它移动监测单元和服务器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本方法针对区域之间环境污染相关联的特点，利用区域大气污染传输与扩散，通过大量的数据采集与计算和数据结果分析，得到了各个区域之间污染相互影响，相互传输的规律，从而确定某区域内的污染浓度是否收到其他区域的影响或是影响其他区域。
解决了包括区域相邻、不相邻区域间污染物远程传输、以及区域为不规则形状等状况下，无法准确判断当前区域内的污染浓度是否受到其他区域影响，污染物传输量的问题。
为相关部门进一步科学地制定减排政策，改善治理本地源以及外来源中的重点源的针对性及具体措施提供了依据。对各个区域内的本地污染状况得到了更加准确客观的结果。
附图说明
图1为本发明实施例的污染物区域间传输排查方法流程图；
图2为本发明实施例中环境监测区域的分布图；
图3为本发明实施例中污染物区域间传输排查系统示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明实施例的污染物区域间传输排查方法流程图，该方法包括：
S1.利用固定监测单元监测每个环境监测区域中固定污染源周围区域的污染物浓度、风向和风速，同时利用移动监测单元监测所述固定污染源周围区域以外的其它区域的污染物浓度、风向和风速。
如图2所示，可将监测范围划分为多个环境监测区域，在每个环境监测区域中，均包含多个移动监测单元，会实时记录当前区域范围内的CO、NO2、AQI、PM2.5等多种污染物浓度和降水数据，包括降水量，降水时长等，以及当前区域范围边界处的风向、风速数据。
在环境监测区域中可能会存在一些固定污染源，例如工厂等，可以在这些固定污染源的周围区域设置多个固定监测单元，用来获得固定污染源周围区域的CO、NO2、AQI、PM2.5等多种污染物浓度、风向和风速。
S2.对所述污染物浓度进行分析，当第一环境监测区域的污染物浓度升高时，判断污染物是否由周围的环境监测区域输入，并获得所述第一环境监测区域内污染物浓度的增加情况、气流方向和风速；
当某个环境监测区域发生污染浓度偏高时，当前区域内的固定监测单元会发送信息给当前区域内的移动监测单元，并查看当前区域内的固定污染源的排放情况(例如工厂)，若固定污染源未发生异常(说明污染原因受到外界影响)，此时移动监测单元会在该区域范围内记录当前气流方向为上升气流还是下降气流。若当前区域E范围内属于下降气流(说明污染物存在其他区域传入的情况)，则会启动该区域周边的区域A、B、C、D、F、G、H和I中的移动监测单元，移动监测单元会记录各个区域内的对流性。同时当前区域E中的移动监测单元会记录下降气流处的风速、各类污染物浓度的增加情况。
S3.确定所述第一环境监测区域周围的环境监测区域中气流为上升气流的一个或多个第二环境监测区域，获得上升气流处污染物浓度的减小情况和风速；
将周边区域中对流性为上升气流(说明污染物根据大气环流有传出)的区域进行标记。被标记的区域内的移动监测单元会移动至上升气流处，开始记录此处的风速、各类污染物浓度减小情况，并发送至区域E；
S4.判断第二环境监测区域内污染物是否传输到所述第一环境监测区域内
区域E内的移动监测单元接收周边区域中移动监测单元发送的监测数据。将区域E中下降气流处的各类污染物的增加量，与周边多个被标记区域内的对应污染物的减小量之和进行对比。若大致吻合则可得出区域E的污染浓度升高是受到了周边区域A、B、C、D、F、G、H或I中某个或某些区域的影响。其中，污染物的增加量或减小量根据污染物浓度变化期间的污染物浓度、风速以及气流区域面积获得。在监测期间存在降水的情况下，下降气流处的各类污染物的增加量包括由降水导致的污染物输入。
图3为本发明实施例中污染物区域间传输排查系统示意图，该系统包括：
设置在每个环境监测区域中固定污染源周围区域的固定监测单元，用于监测固定污染源周围区域的污染物浓度、风向和风速；
能够在每个环境监测区域中移动的移动监测单元，用于监测固定污染源周围区域以外的其它区域的污染物浓度、风向和风速；以及
服务器，服务器根据固定监测单元和移动监测单元提供的污染物浓度、风向和风速数据获得每个环境监测区域中的污染物分布情况。
固定监测单元包括CO监测仪、NO2监测仪、SO2监测仪、AQI监测仪、PM2.5监测仪及其任意组合。
移动移动监测单元包括移动装置和搭载于移动装置的CO监测仪、NO2监测仪、SO2监测仪、AQI监测仪、PM2.5监测仪及其任意组合，另外，移动装置还可以搭载降水监测仪，用于获得降水量，降水时长等信息。优选地，移动装置为车辆或飞行器，例如无人机等。
其中，移动装置基于所在位置分析计算出一条将该区域等面积切分的切分线，并沿当前切分线运行，并记录污染浓度较高的点。沿切分线方向运行结束后，依次轮流从上述浓度较高的点沿着与原先切线垂直的方向运行至区域边界，并记录浓度较高的点。最终运行结束后得到该区域内横纵方向上所有浓度较高的污染源。
每个环境监测区域可以包括多个固定监测单元和多个移动监测单元，每个固定监测单元将污染物浓度、风向和风速信息发送到距离最近的移动监测单元，每个移动监测单元能够将收到和监测到的污染物浓度、风向和风速信息发送到其它移动监测单元。
服务器根据每个环境监测区域的污染物浓度变化、风向、风速、降水等信息得到每个环境监测区域中的污染物变化情况，如果某一环境监测区域内下降气流处污染物的增加量接近于周围一个或多个环境监测区域内上升气流处污染物的减小量之和，则判断周围的环境监测区域内污染物传输到该环境监测区域内。其中，污染物的增加量或减小量根据污染物浓度变化期间的污染物浓度、风速以及气流区域面积获得。在监测期间存在降水的情况下，下降气流处的各类污染物的增加量包括由降水导致的污染物输入。
在上面的描述中，出于说明目的，阐述了众多具体细节以便提供对本发明的各实施例的全面理解。然而，对本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节中的某些也可实施一个或多个其他实施例。所描述的具体实施例不是为了限制本发明而是为了说明。本发明的范围不是由上面所提供的具体示例确定，而是仅由下面的权利要求确定。在其他情况下，以框图形式，而不是详细地示出已知的电路、结构、设备，和操作以便不至于使对描述的理解变得模糊。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于移动装置的不相邻区域间污染物传输排查方法，其特征在于，包括：
利用固定监测单元监测每个环境监测区域中固定污染源周围区域的污染物浓度、风向和风速，同时利用移动监测单元监测所述固定污染源周围区域以外的其它区域的污染物浓度、风向和风速；
对所述污染物浓度进行分析，当第一环境监测区域的污染物浓度升高时，判断污染物是否由周围的环境监测区域输入，并获得所述第一环境监测区域内污染物浓度的增加情况、气流方向和风速；
确定所述第一环境监测区域周围的环境监测区域中气流为上升气流的一个或多个第二环境监测区域，获得上升气流处污染物浓度的减小情况和风速；
判断第二环境监测区域内污染物是否传输到所述第一环境监测区域内；
其中，判断污染物是否由周围的环境监测区域输入的方法包括：
确认所述第一环境监测区域内的固定污染源的排放是否发生异常；
利用所述移动监测单元确定所述第一环境监测区域的气流是否为下降气流；
如果所述第一环境监测区域内的固定污染源的排放未发生异常且气流为下降气流，则判断污染物由周围的环境监测区域传入，
其中，判断第二环境监测区域内污染物是否传输到所述第一环境监测区域内的方法包括：
将所述第一环境监测区域内下降气流处污染物的增加量与一个第二环境监测区域内上升气流处污染物的减小量进行比较或与多个第二环境监测区域内上升气流处污染物的减小量之和进行比较，如果所述第一环境监测区域内下降气流处污染物的增加量接近于一个第二环境监测区域内上升气流处污染物的减小量或接近于多个第二环境监测区域内上升气流处污染物的减小量之和，则判断一个或多个第二环境监测区域内污染物传输到所述第一环境监测区域内。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，污染物的增加量或减小量根据污染物浓度变化期间的污染物浓度、风速以及气流区域面积获得。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，每个环境监测区域包括多个固定监测单元和多个移动监测单元，每个固定监测单元将污染物浓度、风向和风速信息发送到距离最近的移动监测单元，每个移动监测单元能够将收到和监测到的污染物浓度、风向和风速信息发送到其它移动监测单元和服务器。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，污染物浓度包括CO浓度、NO2浓度、SO2浓度、AQI、PM2.5浓度中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述移动监测单元还监测环境监测区域中的降水数据，包括降水量和降水时长，用于计算降水导致的污染物输入。
6.一种基于移动装置的不相邻区域间污染物传输排查系统，用于权利要求1-5任一项所述的基于移动装置的不相邻区域间污染物传输排查方法，其特征在于，包括：
设置在每个环境监测区域中固定污染源周围区域的固定监测单元，用于监测固定污染源周围区域的污染物浓度、风向和风速；
能够在每个环境监测区域中移动的移动监测单元，用于监测所述固定污染源周围区域以外的其它区域的污染物浓度、风向和风速；以及
服务器，所述服务器根据所述固定监测单元和移动监测单元提供的污染物浓度、风向和风速数据获得每个环境监测区域中的污染物分布情况。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述固定监测单元包括CO监测仪、NO2监测仪、SO2监测仪、AQI监测仪、PM2.5监测仪或其任意组合。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述移动监测单元包括移动装置和搭载于所述移动装置的CO监测仪、NO2监测仪、SO2监测仪、AQI监测仪、PM2.5监测仪、降水监测仪或其任意组合。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述移动装置为车辆或飞行器，所述飞行器为无人机。
10.根据权利要求6所述的系统，其中，每个环境监测区域包括多个固定监测单元和多个移动监测单元，每个固定监测单元将污染物浓度、风向和风速信息发送到距离最近的移动监测单元，每个移动监测单元能够将收到和监测到的污染物浓度、风向和风速信息发送到其它移动监测单元和服务器。
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