CN109946418A - 一种空气质量监测与评价方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空气质量监测与评价方法，该方法基于空气质量评价模型QOI算法，用于环境质量监测与评价，具体包括：步骤1)参照空气中的各项污染物的分级浓度限值，通过数据采集模块实时采集空气中的每项污染物的实测浓度值，对应计算并得出每项污染物的空气质量分指数IAQI；并将每项污染物的空气质量分指数IAQI传输至环保化智能监测终端；步骤2)根据步骤1)获得的每项污染物的IAQI，从中选择IAQI的最大值，以确定空气质量指数AQI，根据空气污染指数，通过环保化智能监测终端，实时监测空气质量；步骤3)对照AQI分级标准，确定和评价空气质量级别、空气质量类别和表示空气质量的颜色。

Description

一种空气质量监测与评价方法及系统

技术领域

本发明涉及环境监测与评价的技术领域，特别涉及一种空气质量监测与评价方法及系统。

背景技术

环保管理系统根据国家环境部门发布的《环境信息网络建设规范》(HJ460-2016)、《环境保护应用软件开发管理技术规范》(HJ622-2017)、《污染源在线自动监控监测系统数据传输标准2122005》和《环境污染源自动监控信息传输、交换技术规范》等国家标准协议，以环境监测点位数据传感体系为基础，运用最新的环保理论研究成果和信息技术，建立环保智能化监测终端。

其中，环保智能化监测终端可以通过数据中心的采集系统实现对所属区域各监测点位数据的实时采集传输、实时监控空气质量环境，实现在线数据查询、数据自动预警、环境质量评价和地图显示等。

现有的空气质量评价方法主要包括综合污染指数、模糊数学综合评判法和欧几里德贴近度法三种方法。但是，现有的空气质量评价方法存在如下技术问题：

第一，指数评价法,发展较早，应用比较普遍，评价结果直观，易于比较和研究污染物变化。

第二，专家评价法，请技术专家参与评价，评价结果具有权威性，同事具有一定主观性。

第三，卫生学评价法，能从环境保护的最根本目的出发进行评价，但对环境污染的反映有一定滞后性。

第四，生态学评价法，能综合反映污染的影响程度，可以了解污染的累积程度，但不能提供精确的数据量概念。生物生长受其污染以外的其他因素的影响，会给评价工作带来困难。

第五，模糊数学评价法，根据隶属度进行评价，能准确确定污染程度，但短期评价时，评价结果不够直观。

发明内容

本发明的目的在于，为解决现有的空气质量监测与评价方法存在上述的缺陷，本发明提供了一种空气质量监测与评价方法，该方法基于环保智能化监测终端，且基于空气质量评价模型QOI算法，用于环境质量监测与评价，对空气质量级别、空气质量类别和表示空气质量的颜色，并给出建议措施。该方法具体包括：

步骤1)参照空气中的各项污染物的分级浓度限值，通过数据采集模块实时采集监测站点的空气质量数据，具体采集空气中的每项污染物的实测浓度值，对应计算并得出每项污染物的空气质量分指数IAQI；并将每项污染物的空气质量分指数IAQI传输至环保化智能监测终端，其中，空气质量数据包括空气中的每项污染物的浓度值；

步骤2)根据步骤1)获得的每项污染物的IAQI，从中选择IAQI的最大值，以确定空气质量指数AQI，根据空气污染指数，实时监测空气质量；例如，当AQI大于空气污染指数0-50一档时，将IAQI的最大值所对应的污染物确定为首选污染物；

步骤3)对照AQI分级标准，确定和评价空气质量级别、空气质量类别和表示空气质量的颜色。

所述监测与评价方法还包括：步骤4)设置监测预警模式，采用短信、邮件和微信形式提醒用户。

所述监测预警模式包括：

超标预警模式，用于对大气、扬尘、水质、烟气的数据进行实时监测，根据用户制定关于每项污染物的实测浓度值超过预警界线值后的发送提醒；其中，大气、扬尘标准格式按照AQI指数对应色值显示，水质、烟气按照国家标准显示，非标准格式监测因子支持用户定制开发，地图指标根据指数对应颜色显示，当数据指标超过预警界限后，根据用户制定发送提醒。

断线预警模式，监测站点的点位时，由于设备故障、设备断线导致数据连接中断后，自动给指定联系人发送断线提醒，每小时提醒一次，直至重新正常连接，实现断线预警；

异常值预警模式，当监测PM2.5、PM10、SO₂、NO₂、CO和O₃等浓度数值在某一时间段内出现大幅度起落，或者在较长时间数值无变化，触发异常值预警，报知用户进行核对检修。

所述步骤1)具体包括：

采集每项污染物的实测浓度值，根据空气质量分指数IAQI的计算公式(1)，对应计算并得出每项污染物的空气质量分指数IAQI；其中，空气质量分指数IAQI计算公式(1)如下:

IAQI_p＝((IAQI_Hi–IAQI_L0)/(BP_Hi–BP_L0))*(C_p–BP_L0)+IAQI_L0 (1)

其中，IAQI_p为污染物项目P的空气质量分指数；

C_p为污染物项目P质量浓度值；

BP_Hi为空气质量分指数对应污染物项目浓度限制表中与C_p相近的污染物浓度限值的高位值；

BP_L0为空气质量分指数对应污染物项目浓度限制表中与C_p相近的污染物浓度限值的低位值；

IAQI_Hi为空气质量分指数对应污染物项目浓度限制表中与BP_Hi对应的空气质量分指数；

IAQI_L0为空气质量分指数对应污染物项目浓度限制表中与BP_L0对应的空气质量分指数；

所述步骤2)具体包括：根据步骤1)获得的每项污染物的IAQI，依据空气质量指数AQI计算公式(2)，从中选择IAQI的最大值，以确定空气质量指数AQI；其中，空气质量指数AQI计算公式(2)如下：

AQI＝max{IAQI₁、IAQI₂、IAQI₃、…、IAQI_n} (2)

其中，IAQI为空气质量分指数；n为污染物项目。

所述步骤2)中，空气污染指数划分为0-50、51-100、101-150、151-200、201-300、大于300六档，分别对应于空气质量的优、良、轻度污染、中度污染、重度污染、严重污染六个级别；其中，空气污染指数越大，空气质量的级别越高，说明污染越严重，对人体监控的影响也越明显。

基于上述监测与评价方法，本发明还提供了一种空气质量监测与评价系统，该系统位于环保化智能监测终端中，其具体包括：

数据采集模块，参照空气中的各项污染物的分级浓度限值，实时采集空气质量数据，所述空气质量数据包括：空气中的每项污染物的浓度值；具体采集空气中的每项污染物的实测浓度值，对应计算并得出每项污染物的空气质量分指数IAQI；

数据分析模块，根据获得的每项污染物的IAQI，选择IAQI的最大值，以确定空气质量指数AQI，根据空气污染指数，实时监测空气质量；对照AQI分级标准，确定和评价空气质量级别、空气质量类别和表示空气质量的颜色；

GPS监测显示仪器，通过GPS在GIS地图上实现在线显示；所述GPS监测显示仪器直接向环保智能化监测终端开放的接口发送定位信息，对接成功并审核完成后，在GIS地图上显示监测站的监测站点位置。当GPS监测显示仪器无法定位、定位不准或站点的点位坐标移动后，用户上传监测仪器的经度、纬度、监测站点的位置信息。地图显示内容包括：矢量、卫星数据和三维数据；

监测预警模块，根据监测预警模式，采用短信、邮件和微信形式提醒用户。

所述监测预警模式包括：

超标预警模式，用于对大气、扬尘、水质、烟气的数据进行实时监测，根据用户制定关于每项污染物的实测浓度值超过预警界线值后的发送提醒；其中，大气、扬尘标准格式按照AQI指数对应色值显示，水质、烟气按照国家标准显示，非标准格式监测因子支持用户定制开发，地图指标根据指数对应颜色显示，当数据指标超过预警界限后，根据用户制定发送提醒。

断线预警模式，监测站点的点位时，由于设备故障、设备断线导致数据连接中断后，自动给指定联系人发送断线提醒，每小时提醒一次，直至重新正常连接，实现断线预警；

异常值预警模式，当监测的PM2.5、PM10、SO₂、NO₂、CO和O₃等浓度数值在某一时间段内出现大幅度起落，或者在较长时间数值无变化，触发异常值预警，报知用户进行核对检修。

所述空气质量监测与评价系统，系统对监测站点与环保智能化监测终端连接状态进行定时监测，用不同的地图图标显示监测站点与环保化智能监测终端的连接/断开状态。

用户上传监测站点的位置信息，环保智能化监测终端按照环境部门标准格式，协议格式参考《污染源在线自动监控监测系统数据传输标准2122005》，发送数据协议后，系统即可自动解析数据格式，可以按照用户需求配置显示的监测因子，显示时间短分为实时状态值、最近一小时值、最近24小时值等。

所述空气质量监测与评价系统还包括：视频监控设备，所述视频监控设备安装在监测站点，实现监测站点的空气质量监测远程视频的实时监控；通过视频窗口，记录并查看监测站点周边的情况和各项污染物实时排放的实测浓度值，以保证系统运行的稳定性。当有异常预警提醒，可以通过回传影像资料判断监测站点的现场情况；当发生不可抗力因素时，同样可以根据影像资料来判定事故详情。

所述基于环保智能化监测终端的监测与评价系统还包括：污染物来源分析单元；收集站点的点位采集的PM2.5、PM10、SO₂、NO₂、CO和O₃等浓度数值数据后，环保化智能终端对各项污染物不同时间段的统计值进行计算分析，初步建立点位污染源模型，对不同时间段的空气质量进行评价，例如最近1小时、8小时和24小时的空气质量。

污染源分析全面覆盖污普、环统、排污申报、总量、监察等数据。采用《污染源在线自动监控监测系统数据传输标准2122005》和AQI分析方法，准确反映污染源数据和各类数据间的关系。从多角度进行分析，全面反映污染源状况，包括污染源数量和分布，主要污染物排放总量和变化趋势等，按行业、污染物、企业情况等因素，筛选出重点管理对象，为监察工作提供依据。

本发明的优点在于：

本发明提供所属地区各监测点位数据的实时采集传输、实时监控空气环境质量，实时在线数据查询、数据自动预警和环境质量分析评价，本系统由环境数据实时采集系统和移动监测终端组成，为环保业务管理提供统一的管理平台。

附图说明

图1是本发明的一种基于环保智能化监测终端的监测与评价系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供了一种空气质量监测与评价方法，该方法能够解决传统评价方法的滞后性、主观性、评价困难和不够直观等问题。应用环境智能化监测终端监测评价方法及系可以对评价区域空气质量环境进行实时性、客观行、直观性和评价方法简单易用等效果。

该方法基于环保智能化监测终端，且基于空气质量评价模型QOI算法，用于环境质量监测与评价，对空气质量级别、空气质量类别、表示空气质量的颜色、健康状况进行评价，并给出建议措施。该方法具体包括：

步骤1)参照空气中的各项污染物的分级浓度限值，通过数据采集模块实时采集监测站点的空气质量数据，具体采集空气中的每项污染物的实测浓度值，对应计算并得出每项污染物的空气质量分指数IAQI；并将每项污染物的空气质量分指数IAQI传输至环保化智能监测终端，其中，空气质量数据包括空气中的每项污染物的浓度值；

步骤2)根据步骤1)获得的每项污染物的IAQI，从中选择IAQI的最大值，以确定空气质量指数AQI，根据空气污染指数，通过环保化智能监测终端，实时监测空气质量；例如，当AQI大于空气污染指数0-50一档时，将IAQI的最大值所对应的污染物确定为首选污染物；

步骤3)对照AQI分级标准，确定和评价空气质量级别、空气质量类别和表示空气质量的颜色。

所述监测与评价方法还包括：步骤4)设置监测预警模式，采用短信、邮件和微信形式提醒用户。

所述监测预警模式包括：

超标预警模式，用于对大气、扬尘、水质、烟气的数据进行实时监测，根据用户制定关于每项污染物的实测浓度值超过预警界线值后的发送提醒；其中，大气、扬尘标准格式按照AQI指数对应色值显示，水质、烟气按照国家标准显示，非标准格式监测因子支持用户定制开发，地图指标根据指数对应颜色显示，当数据指标超过预警界限后，根据用户制定发送提醒。

断线预警模式，监测站点的点位时，由于设备故障、设备断线导致数据连接中断后，自动给指定联系人发送断线提醒，每小时提醒一次，直至重新正常连接，实现断线预警；

异常值预警模式，当监测PM2.5、PM10、SO₂、NO₂、CO和O₃等浓度数值在某一时间段内出现大幅度起落，或者在较长时间数值无变化，触发异常值预警，报知用户进行核对检修。

所述步骤1)具体包括：

采集每项污染物的实测浓度值，根据空气质量分指数IAQI的计算公式(1)，对应计算并得出每项污染物的空气质量分指数IAQI；其中，空气质量分指数IAQI计算公式(1)如下:

IAQI_p＝((IAQI_Hi–IAQI_L0)/(BP_Hi–BP_L0))*(C_p–BP_L0)+IAQI_L0(1)

其中，IAQI_p为污染物项目P的空气质量分指数；

C_p为污染物项目P质量浓度值；

BP_Hi为空气质量分指数对应污染物项目浓度限制表中与C_p相近的污染物浓度限值的高位值；

BP_L0为空气质量分指数对应污染物项目浓度限制表中与C_p相近的污染物浓度限值的低位值；

IAQI_Hi为空气质量分指数对应污染物项目浓度限制表中与BP_Hi对应的空气质量分指数；

IAQI_L0为空气质量分指数对应污染物项目浓度限制表中与BP_L0对应的空气质量分指数；

所述步骤2)具体包括：根据步骤1)获得的每项污染物的IAQI，依据空气质量指数AQI计算公式(2)，从中选择IAQI的最大值，以确定空气质量指数AQI；其中，空气质量指数AQI计算公式(2)如下：

AQI＝max{IAQI₁、IAQI₂、IAQI₃、…、IAQI_n}(2)

其中，IAQI为空气质量分指数；

n为污染物项目。

所述步骤2)中，空气污染指数划分为0-50、51-100、101-150、151-200、201-300、大于300六档，分别对应于空气质量的优、良、轻度污染、中度污染、重度污染、严重污染六个级别；其中，空气污染指数越大，空气质量的级别越高，说明污染越严重，对人体监控的影响也越明显。

基于上述监测与评价方法，本发明还提供了一种空气质量监测与评价系统，该系统位于环保化智能监测终端中，其具体包括：

数据采集模块，参照空气中的各项污染物的分级浓度限值，实时采集空气质量数据，所述空气质量数据包括：空气中的每项污染物的浓度值；具体采集空气中的每项污染物的实测浓度值，对应计算并得出每项污染物的空气质量分指数IAQI；

数据分析模块，根据获得的每项污染物的IAQI，选择IAQI的最大值，以确定空气质量指数AQI，根据空气污染指数，实时监测空气质量；对照AQI分级标准，确定和评价空气质量级别、空气质量类别、表示空气质量的颜色和健康状况；

GPS监测显示仪器，通过GPS在GIS地图上实现在线显示；所述GPS监测显示仪器直接向环保智能化监测终端开放的接口发送定位信息，对接成功并审核完成后，在GIS地图上显示监测站的监测站点位置。当GPS监测显示仪器无法定位、定位不准或站点的点位坐标移动后，用户上传监测仪器的经度、纬度、监测站点的位置信息。地图显示内容包括：矢量、卫星数据和三维数据；

监测预警模块，根据监测预警模式，采用短信、邮件和微信形式提醒用户。

所述监测预警模式包括：

超标预警模式，用于对大气、扬尘、水质、烟气的数据进行实时监测，根据用户制定关于每项污染物的实测浓度值超过预警界线值后的发送提醒；其中，大气、扬尘标准格式按照AQI指数对应色值显示，水质、烟气按照国家标准显示，非标准格式监测因子支持用户定制开发，地图指标根据指数对应颜色显示，当数据指标超过预警界限后，根据用户制定发送提醒。

断线预警模式，监测站点的点位时，由于设备故障、设备断线导致数据连接中断后，自动给指定联系人发送断线提醒，每小时提醒一次，直至重新正常连接，实现断线预警；

异常值预警模式，当监测的PM2.5、PM10、SO₂、NO₂、CO和O₃等浓度数值在某一时间段内出现大幅度起落，或者在较长时间数值无变化，触发异常值预警，报知用户进行核对检修。

所述空气质量监测与评价系统，系统对监测站点与环保智能化监测终端连接状态进行定时监测，用不同的地图图标显示监测站点与环保化智能监测终端的连接/断开状态。

用户上传监测站点的位置信息，环保智能化监测终端按照环境部门标准格式，协议格式参考《污染源在线自动监控监测系统数据传输标准2122005》，发送数据协议后，系统即可自动解析数据格式，可以按照用户需求配置显示的监测因子，显示时间短分为实时状态值、最近一小时值、最近24小时值等。

所述空气质量监测与评价系统还包括：视频监控设备，所述视频监控设备安装在监测站点，实现监测站点的空气质量监测远程视频的实时监控；通过视频窗口，记录并查看监测站点周边的情况和各项污染物实时排放的实测浓度值，以保证系统运行的稳定性。当有异常预警提醒，可以通过回传影像资料判断监测站点的现场情况；当发生不可抗力因素时，同样可以根据影像资料来判定事故详情。

所述基于环保智能化监测终端的监测与评价系统还包括：污染物来源分析单元；收集站点的点位采集的PM2.5、PM10、SO₂、NO₂、CO和O₃等浓度数值数据后，环保化智能终端对各项污染物不同时间段的统计值进行计算分析，初步建立点位污染源模型，对不同时间段的空气质量进行评价，例如最近1小时、8小时和24小时的空气质量。

污染源分析全面覆盖污普、环统、排污申报、总量、监察等数据。采用《污染源在线自动监控监测系统数据传输标准2122005》和AQI分析方法，准确反映污染源数据和各类数据间的关系。从多角度进行分析，全面反映污染源状况，包括污染源数量和分布，主要污染物排放总量和变化趋势等，按行业、污染物、企业情况等因素，筛选出重点管理对象，为监察工作提供依据。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种空气质量监测与评价方法，其特征在于，该方法基于空气质量评价模型QOI算法，对空气质量级别、空气质量类别、表示空气质量的颜色进行评价；该方法具体包括：

步骤1)参照空气中的各项污染物的分级浓度限值，通过数据采集模块实时采集空气中的每项污染物的实测浓度值，对应计算出每项污染物的空气质量分指数IAQI；并将每项污染物的空气质量分指数IAQI传输至环保化智能监测终端；

步骤2)根据步骤1)获得的每项污染物的IAQI，从中选择IAQI的最大值，以确定空气质量指数AQI，再根据空气污染指数，通过环保化智能监测终端，实时监测空气质量；

步骤3)对照AQI分级标准，确定和评价空气质量级别、空气质量类别、表示空气质量的颜色。

2.根据权利要求1所述的空气质量监测与评价方法，其特征在于，所述空气质量监测与评价方法还包括：步骤4)设置监测预警模式，采用短信、邮件和微信形式提醒用户。

3.根据权利要求2所述的空气质量监测与评价方法，其特征在于，所述监测预警模式包括：

超标预警模式，用于对大气、扬尘、水质、烟气的数据进行实时监测，根据用户制定关于每项污染物的实测浓度值超过预警界线值后的发送提醒；

断线预警模式，用于在数据连接中断后，自动给指定联系人发送断线提醒，每小时提醒一次，直至重新正常连接，实现断线预警；

异常值预警模式，用于监测PM2.5、PM10、SO₂、NO₂、CO和O₃的浓度数值在某一时间段内出现大幅度起落，或者在较长时间数值无变化，触发异常值预警，报知用户进行核对检修。

4.根据权利要求1所述的空气质量监测与评价方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：

采集每项污染物的实测浓度值，根据空气质量分指数IAQI的计算公式(1)，对应计算并得出每项污染物的空气质量分指数IAQI；

IAQI_p＝((IAQI_Hi–IAQI_L0)/(BP_Hi–BP_L0))*(C_p–BP_L0)+IAQI_L0 (1)

其中，IAQI_p为污染物项目P的空气质量分指数；

C_p为污染物项目P质量浓度值；

BP_Hi为空气质量分指数对应污染物项目浓度限制表中与C_p相近的污染物浓度限值的高位值；

BP_L0为空气质量分指数对应污染物项目浓度限制表中与C_p相近的污染物浓度限值的低位值；

IAQI_Hi为空气质量分指数对应污染物项目浓度限制表中与BP_Hi对应的空气质量分指数；

IAQI_L0为空气质量分指数对应污染物项目浓度限制表中与BP_L0对应的空气质量分指数。

5.根据权利要求1所述的空气质量监测与评价方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：根据步骤1)获得的每项污染物的IAQI，依据空气质量指数AQI计算公式(2)，从中选择IAQI的最大值，以确定空气质量指数AQI；

AQI＝max{IAQI₁、IAQI₂、IAQI₃、…、IAQI_n}(2)

其中，IAQI为空气质量分指数，n为污染物项目。

6.根据权利要求1所述的空气质量监测与评价方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述的空气污染指数划分为0-50、51-100、101-150、151-200、201-300、大于300六档，分别对应于空气质量的优、良、轻度污染、中度污染、重度污染、严重污染六个级别。

7.一种基于权利要求1-6中任意所述的空气质量监测与评价方法的系统，其特征在于，该系统位于环保化智能监测终端中，其具体包括：

数据采集模块，参照空气中的各项污染物的分级浓度限值，采集空气中的每项污染物的实测浓度值，对应计算并得出每项污染物的空气质量分指数IAQI；

数据分析模块，根据获得的每项污染物的IAQI，选择IAQI的最大值，以确定空气质量指数AQI，根据空气污染指数，实时监测空气质量；通过对照AQI分级标准，确定和评价空气质量级别、空气质量类别和表示空气质量的颜色；

GPS监测显示仪器，通过GPS在GIS地图上实现在线显示；所述GPS监测显示仪器直接向环保智能化监测终端开放的接口发送定位信息，对接成功并审核完成后，在GIS地图上显示监测站的监测站点位置；

监测预警模块，根据监测预警模式，采用短信、邮件和微信形式提醒用户。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：视频监控设备，所述视频监控设备安装在监测站点，实现监测站点的空气质量监测远程视频的实时监控；通过视频窗口，记录并查看监测站点周边的情况和各项污染物实时排放的实测浓度值。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：污染物来源分析单元；用于环保化智能终端对各项污染物不同时间段的统计值进行计算分析，初步建立点位污染源模型，对不同时间段的空气质量进行评价。