CN110826767B - 一种基于排放源监测数据的空气污染追溯方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于排放源监测数据的空气污染追溯方法和装置，该方法预先获取排放源监测数据及其统计规律；启动污染追溯过程后，基于追溯时段的监测数据计算排放源数据；并在监测数据变化不符合统计规律时，分情况对排放源数据进行修正：如果判定排放源监测设备出现设备故障或通信故障，则改用统计规律预测排放源数据；如果根据环境监测数据确定是企业生产原因时，按原因分类进行排放源数据修正；最后，采用处理后的排放源数据替换排放源清单中相应排放源的内容，将调整后排放源清单和气象场预报数据输入到空气污染追溯系统中，获得空气污染追溯结果。使用本发明，污染源排放变化能够及时反映到排放源数据，从而提高空气污染追溯准确率。
Description
技术领域
本发明属于空气污染追溯技术领域，尤其涉及一种基于排放源监测数据的空气污染追溯方法的装置。
背景技术
空气污染来源追溯，是进行大气环境治理和控制对策研究的重要科学依据。基于排放源清单、气象场预报数据和环境监测数据等，应用空气污染溯源模式系统，对不同行业、不同区域、不同时段排放源所造成的污染贡献率进行定量的分析，从而追溯空气污染的来源和分担率。
当前空气污染溯源技术所采用的排放源清单数据是基于对污染源的调查和资料处理。排放源清单编制是根据相应的法规、规范和技术方法，对清单编制区域内的排放源进行初步摸底调查，明确当地排放源的主要构成，选取合适的排放源分类级别，以确定源清单编制过程中的活动水平数据调查和收集对象。数据的调查收集过程应与现有数据统计体系结合，优先从环境统计、污染源普查等数据库中获取相关信息。根据排放源燃烧类型、燃料类型、排放系数、环保措施等信息，采用数学模型进行直接和间接估算。
可见，由于排放源清单编制过程需要大量的调查工作，因此费时费力，编制周期长。在实际应用于空气污染追溯时，就可能因产业调整导致的污染源排放变化不能及时反映到排放源清单数据中，影响空气污染追溯的准确率。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于排放源监测数据的空气污染追溯方法，污染源排放变化能够及时反映到排放源数据中，从而提高空气污染追溯的准确率。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
一种基于排放源监测数据的空气污染追溯方法，包括：
步骤一、从安装有监测设备的排放源获取排放参数监测数据，统计排放参数随时间变化的规律，获得统计规律；
步骤二、在时刻t1启动污染追溯过程，提取追溯时段(t0,t1)的排放参数监测数据，计算(t0,t1)时段的排放源数据S(t0)～S(t1)；
步骤三、将追溯时段(t0,t1)的排放参数监测数据与统计规律进行对比，当排放参数监测数据变化不符合统计规律时，分情况对排放源数据S(t0)～S(t1)进行修正：
情况a、如果判定排放源监测设备出现设备故障或通信故障，则利用统计规律预测追溯时段(t0,t1)的排放源数据S(t0)～S(t1)；
情况b、调用以排放源为基点的设定范围内的环境监测数据，如果追溯时段(t0,t1)的环境监测数据的变化趋势与排放参数监测数据的变化趋势相同，则认为是企业生产原因导致数据反常；此时，接收来自外部的企业生产原因信息：如果是企业偷排，则保持基于排放参数监测数据获得的排放源数据S(t0)～S(t1)；如果是企业停产，则将排放源数据S(t0)～S(t1)中停产企业对应排放源的排放量设为0；如果是事故性排放，则根据事故类型将排放源作为瞬时源或连续源，根据排放源类型确定排放量，替换基于监测数据获得的排放源数据S(t0)～S(t1)；
步骤四、采用当前排放源数据替换排放源清单中相应排放源的内容，生成调整后排放源清单；
步骤五、将调整后排放源清单和气象场预报数据输入到空气污染追溯系统中，获得空气污染追溯结果。
优选地，所述统计排放源数据随时间变化的规律包括：排放参数每天、每周、每月、每季度的变化趋势。
优选地，当确定为事故性排放时，如果是爆炸事故，则将排放源作为瞬时源，将排放源烟气设备最大容量Q作为爆炸排放源爆炸时刻的排放源数据；
如果是泄漏事故，则将排放源作为连续源，确定排放源的持续排放时间T，将排放源烟气设备最大容量Q除以时间T，将Q/T作为泄漏排放源时段T的排放源数据。
本发明还提供了一种基于排放源监测数据的空气污染追溯装置，包括统计单元、排放源数据处理单元、排放源清单融合单元、空气污染追溯单元、外部信息接口、排放源监测数据获取单元、环境监测数据获取单元、排放源清单存储单元和气象场预报数据输入单元；
排放源监测数据获取单元，用于从排放源监测设备获取排放参数监测数据；
环境监测数据获取单元，用于从环境监测设备获取环境监测数据；
统计单元，用于利用所述排放参数监测数据，统计排放参数随时间变化的规律，获得统计规律；
排放源数据处理单元，用于在t1时刻启动污染追溯时，从排放源监测数据获取单元提取追溯时段(t0,t1)的排放参数监测数据，利用该监测数据计算(t0,t1)时段的排放源数据S(t0)～S(t1)；同时，从统计单元获取统计规律，将追溯时段(t0,t1)的监测数据与统计规律进行对比，当监测数据表明排放源排放变化不符合所述统计规律时，分情况对排放源数据S(t0)～S(t1)进行修正：
情况a、如果排放源数据处理单元判定排放源监测设备出现设备故障或通信故障，则利用统计规律中追溯时段(t0,t1)的排放参数计算排放源数据S(t0)～S(t1)；
情况b、排放源数据处理单元从环境监测数据获取单元调用以排放源为基点的设定范围内的环境监测数据，如果环境监测数据的变化趋势与排放参数监测数据的变化趋势相同，则认为是企业生产原因导致数据反常；此时，通过外部信息接口接收来自外部的企业生产原因信息：如果是企业偷排，则保持基于监测数据获得的排放源数据S(t0)～S(t1)不变；如果是企业停产，则将排放源数据S(t0)～S(t1)中停产企业对应位置的排放量设为0；如果是事故性排放，则根据事故类型将排放源作为瞬时源或连续源，根据排放源类型确定排放量Sp，替换基于监测数据获得的排放源数据S(t0)～S(t1)；
排放源清单融合单元，用于从排放源清单存储单元获取排放源清单，从排放源数据处理单元获得排放源数据，用获得的排放源数据替换排放源清单中相应排放源的内容，生成调整后排放源清单；
空气污染追溯单元，用于从排放源清单融合单元获取调整后排放源清单，从气象场预报数据输入单元获取追溯时段的气象场预报数据，进行污染追溯，获得空气污染追溯结果。
优选地，所述统计单元统计排放源数据随时间变化的规律时，统计排放参数每天、每周、每月、每季度的变化趋势。
优选地，排放源数据处理单元在确定为事故性排放时，如果是爆炸事故，则将排放源作为瞬时源，将排放源烟气设备最大容量Q作为爆炸排放源爆炸时刻的排放源数据；如果是泄漏事故，则将排放源作为连续源，确定排放源的持续排放时间T，将排放源烟气设备最大容量Q除以时间T，将Q/T作为泄漏排放源时段T的排放源数据。
有益效果：
本发明针对具有监测设备的排放源，利用监测数据计算排放量，代替原排放源清单中相应排放源的数据进行空气污染追溯；并且当与统计规律相比发现监测数据异常时，进一步根据原因分类别对排放源数据进行修正，使得污染源排放变化能够及时反映到排放源数据，从而提高空气污染追溯的准确性。
附图说明
图1为本发明基于排放源监测数据的空气污染追溯方法的流程图。
图2为本发明基于排放源监测数据的空气污染追溯装置的组成框图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
当环境监测数据表明在t1时刻发生了污染物浓度超标现象，为了追溯是哪些排放源造成了主要污染，以及这些排放源的贡献率大小，需要启动空气污染追溯系统进行计算分析。
为了控制追溯分析的计算量，限定追溯污染源的起始时刻为某个历史时刻t0，根据实践经验，由于大气传输、扩散稀释等效应，污染源排放的污染物对本地污染的主要影响通常不超过72小时，那么(t0,t1)的时间段可以选为72小时。
为了追溯(t0,t1)时段各排放源对t1时刻污染的贡献，需要向空气污染溯源系统输入(t0,t1)时段的气象场预报数据和(t0,t1)时段的排放源数据。
现有技术中该排放源数据采用排放源清单，但是因产业调整导致的污染源排放变化不能及时反映到排放源清单数据中，影响空气污染追溯的准确率，因此本发明针对具有监测设备的排放源，利用监测数据计算排放量，代替原排放源清单中相应排放源的数据进行空气污染追溯；并且当与统计规律相比发现监测数据异常时，进一步根据原因分类别对排放源数据进行修正，从而提高空气污染追溯的准确性。
该空气污染追溯方法包括如下步骤：
步骤1、从安装有监测设备的排放源获取排放参数监测数据，并存储。
本空气污染追溯系统与排放源监测设备之间具有通信连接，二者之间可以交互监测数据，还可以获取监测设备的状态数据。其中，排放参数监测数据包括烟气中各种污染物浓度和烟气参数(温度、压力、流速或流量、湿度、含氧量等)。
步骤2、利用排放参数监测数据统计排放参数随时间变化的规律，获得统计规律。该统计规律预先进行统计并存储，可以周期性进行更新。
统计规律可以包括排放参数每天、每周、每月、每季度的变化趋势。该统计规律与企业的生产工艺、生产规模变化和环保措施等有密切的关系，且往往具有明显的日变化、周变化的周期性。
步骤3、设在时刻t1，环境监测数据表明发生了污染物浓度超标现象，则启动污染追溯过程。此时，提取追溯时段(t0,t1)的排放参数监测数据，利用该监测数据计算(t0,t1)时段的排放源数据S(t0)～S(t1)。
本步骤根据排放参数计算排放源数据为：根据排放参数中的污染物浓度和烟气流量，计算出单位时间内的污染物排放量s；根据排放参数中的烟气温度和气象场预报数据提供的气象要素，可计算烟气抬升高度z，从而得到空气污染追溯系统所需的排放源数据。
步骤4、判断追溯时段(t0,t1)的排放参数监测数据是否反常。
本步骤从存储的排放参数监测数据中提取追溯时段(t0,t1)的监测数据；将追溯时段(t0,t1)的监测数据与统计规律进行对比，判断追溯时段的排放参数是否符合统计规律，如果追溯时段排放参数与统计规律之间的差异超过设定范围，如相比于统计规律突然大幅度升高，或突然大幅度降低，则考虑当前发生了设备故障、排放事故或其他原因，仅仅采用基于监测数据计算的排放源数据进行污染追溯，可能无法真实反映实际情况，影响污染追溯结果，因此需要分析监测数据反常的原因，根据原因分情况对排放源数据进行修正，此时执行步骤5；否则，在没有监测数据反常的情况下执行步骤6。
步骤5、分情况对步骤3基于监测数据确定的排放源数据进行修正。
情况a：首先排查数据反常是否因为监测设备故障或通信故障。监测设备故障可以通过监测设备反馈的状态信号确定，通信故障可以通过心跳信号或者通信中断时长确定。如果确定为监测设备故障或通信故障，则监测数据失效，此时从步骤2获得的统计规律中提取追溯时段(t0,t1)的统计规律，继而计算(t0,t1)时段的排放源数据S(t0)～S(t1)。
(2)排查是否是企业生产原因，如因发生事故导致排放量激增，企业偷排、企业停产等导致排放量变化，则应该根据实际情况调整排放源数据。这里企业原因可以在人为排查后通过外部信息接口输入到本流程中。或者调用以排放源为基点设定范围内的环境监测数据，如果环境监测数据的变化趋势与排放参数监测数据的变化趋势相同，则认为出现企业生产原因的反常数据。
当确定是企业生产原因时，需要根据原因类型分情况进行处理：
2.1、对于事故性排放，根据事故类型，将排放源作为瞬时源或连续源，根据排放源类型确定排放量Sp，替换基于监测数据获得的排放源数据S(t0)～S(t1)中的相应内容。
事故类型通常为爆炸事故或泄露事故。事故类型需要通过人为排查并输入到本流程。如果确定为爆炸事故，则会瞬时产生巨大的排放量，超出监测设备量程，此时监测设备采集量不准确，本发明将排放源作为瞬时源，将排放源烟气设备最大容量Q作为爆炸排放源爆炸时刻的排放源数据，替换掉根据监测数据计算的排放源数据S(t0)～S(t1)中的部分内容，从而使得排放源数据真实反映实际情况。如果确定为泄露事故，则会在一段时间内出现较大排放量，此时将排放源作为连续源，确定排放源的持续排放时间T，将排放源烟气设备最大容量Q除以时间T，将Q/T作为泄漏排放源时段T的排放源数据。这里，持续排放时间T的开始和结束时间点可以通过经验或者实地排查确定，并输入到本流程中。
2.2、如果确定为企业偷排，因偷排量不会过大，仍在监测设备量程范围内，因此监测数据会反应该偷排状况，可以仍然使用基于监测数据获得的排放源数据S(t0)～S(t1)。
2.3、如果确定为企业停产，则当前监测到的排放参数是背景值，不能真实反映排放量，因此本发明将前面步骤所确定的排放源数据S(t0)～S(t1)中停产企业对应排放源的排放量设为0。开始设为0的时刻为企业停产开始时刻。
步骤6、采用步骤3确定的排放源数据替换排放源清单中相应排放源的内容，生成新排放源清单；或者，如果执行了步骤5的修正，则采用修正后的排放源数据替换排放源清单中相应排放源的内容，生成新排放源清单。
步骤7、将调整后排放源清单和追溯时段的气象场预报数据输入到空气污染追溯系统中，获得空气污染追溯结果。空气污染追溯系统基于这些数据进行空气污染追溯的过程为常规技术，这里不详述。
基于上述方案，本发明还提供了一种基于排放源监测数据的空气污染追溯装置，如图2所示，其包括统计单元、排放源数据处理单元、排放源清单融合单元、空气污染追溯单元、外部信息接口、排放源监测数据获取单元、环境监测数据获取单元、排放源清单存储单元和气象场预报数据输入单元。
排放源监测数据获取单元，用于从排放源监测设备获取排放参数监测数据。
环境监测数据获取单元，用于从环境监测设备获取环境监测数据。
统计单元，用于利用所述排放参数监测数据，统计排放参数随时间变化的规律，获得统计规律。统计时，可以统计排放参数每天、每周、每月、每季度的变化趋势。
排放源数据处理单元，用于在t1时刻启动污染追溯时，从排放源监测数据获取单元提取追溯时段(t0,t1)的排放参数监测数据，利用该监测数据计算(t0,t1)时段的排放源数据S(t0)～S(t1)；同时，从统计单元获取统计规律，将追溯时段(t0,t1)的监测数据与统计规律进行对比，当监测数据表明排放源排放变化不符合所述统计规律时，分情况对排放源数据S(t0)～S(t1)进行修正：
情况a、如果排放源数据处理单元判定排放源监测设备出现设备故障或通信故障，则利用统计规律中追溯时段(t0,t1)的排放参数计算排放源数据S(t0)～S(t1)；
情况b、排放源数据处理单元从环境监测数据获取单元调用以排放源为基点的设定范围内的环境监测数据，如果环境监测数据的变化趋势与排放参数监测数据的变化趋势相同，则认为是企业生产原因导致数据反常；此时，通过外部信息接口接收来自外部的企业生产原因信息：
Δ如果是事故性排放，则根据事故类型将排放源作为瞬时源或连续源，根据排放源类型确定排放量Sp，替换基于监测数据获得的排放源数据S(t0)～S(t1)。其中，如果是爆炸事故，则将排放源作为瞬时源，将排放源烟气设备最大容量Q作为爆炸排放源爆炸时刻的排放源数据；如果是泄漏事故，则将排放源作为连续源，确定排放源的持续排放时间T，将排放源烟气设备最大容量Q除以时间T，将Q/T作为泄漏排放源时段T的排放源数据。
Δ如果是企业偷排，则保持基于监测数据获得的排放源数据S(t0)～S(t1)不变；
Δ如果是企业停产，则将排放源数据S(t0)～S(t1)中停产企业对应位置的排放量设为0。
排放源清单融合单元，用于从排放源清单存储单元获取排放源清单，从排放源数据处理单元获得排放源数据(可能经修正或不经修正)，用获得的排放源数据替换排放源清单中相应排放源的内容，生成调整后排放源清单。
空气污染追溯单元，用于从排放源清单融合单元获取调整后排放源清单，从气象场预报数据输入单元获取追溯时段的气象场预报数据，进行空气污染追溯，获得空气污染追溯结果。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于排放源监测数据的空气污染追溯方法，其特征在于，包括：
步骤一、从安装有监测设备的排放源获取排放参数监测数据，统计排放参数随时间变化的规律，获得统计规律；
步骤二、在时刻t1启动污染追溯过程，提取追溯时段(t0, t1)的排放参数监测数据，计算(t0, t1)时段的排放源数据S(t0)~S(t1)；
步骤三、将追溯时段(t0,t1)的排放参数监测数据与统计规律进行对比，当排放参数监测数据变化不符合统计规律时，分情况对排放源数据S(t0)~S(t1)进行修正：
情况a、如果判定排放源监测设备出现设备故障或通信故障，则利用统计规律预测追溯时段(t0,t1)的排放源数据S(t0)~S(t1)；
情况b、调用以排放源为基点的设定范围内的环境监测数据，如果追溯时段(t0,t1)的环境监测数据的变化趋势与排放参数监测数据的变化趋势相同，则认为是企业生产原因导致数据反常；此时，接收来自外部的企业生产原因信息：如果是企业偷排，则保持基于排放参数监测数据获得的排放源数据S(t0)~S(t1)；如果是企业停产，则将排放源数据S(t0)~S(t1)中停产企业对应排放源的排放量设为0；如果是事故性排放，则根据事故类型将排放源作为瞬时源或连续源，根据排放源类型确定排放量，替换基于监测数据获得的排放源数据S(t0)~S(t1)；
当确定为事故性排放时，如果是爆炸事故，则将排放源作为瞬时源，将排放源烟气设备最大容量Q作为爆炸排放源爆炸时刻的排放源数据；如果是泄漏事故，则将排放源作为连续源，确定排放源的持续排放时间T，将排放源烟气设备最大容量Q除以时间T，将Q/T作为泄漏排放源时段T的排放源数据；
步骤四、采用当前排放源数据替换排放源清单中相应排放源的内容，生成调整后排放源清单；
步骤五、将调整后排放源清单和气象场预报数据输入到空气污染追溯系统中，获得空气污染追溯结果。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述统计排放参数随时间变化的规律包括：排放参数每天、每周、每月、每季度的变化趋势。
3.一种基于排放源监测数据的空气污染追溯装置，其特征在于，包括统计单元、排放源数据处理单元、排放源清单融合单元、空气污染追溯单元、外部信息接口、排放源监测数据获取单元、环境监测数据获取单元、排放源清单存储单元和气象场预报数据输入单元；
排放源监测数据获取单元，用于从排放源监测设备获取排放参数监测数据；
环境监测数据获取单元，用于从环境监测设备获取环境监测数据；
统计单元，用于利用所述排放参数监测数据，统计排放参数随时间变化的规律，获得统计规律；
排放源数据处理单元，用于在t1时刻启动污染追溯时，从排放源监测数据获取单元提取追溯时段(t0, t1)的排放参数监测数据，利用该监测数据计算(t0, t1)时段的排放源数据S(t0)~S(t1)；同时，从统计单元获取统计规律，将追溯时段(t0, t1)的监测数据与统计规律进行对比，当监测数据表明排放源排放变化不符合所述统计规律时，分情况对排放源数据S(t0)~S(t1)进行修正：
情况a、如果排放源数据处理单元判定排放源监测设备出现设备故障或通信故障，则利用统计规律中追溯时段(t0, t1)的排放参数计算排放源数据S(t0)~S(t1)；
情况b、排放源数据处理单元从环境监测数据获取单元调用以排放源为基点的设定范围内的环境监测数据，如果环境监测数据的变化趋势与排放参数监测数据的变化趋势相同，则认为是企业生产原因导致数据反常；此时，通过外部信息接口接收来自外部的企业生产原因信息：如果是企业偷排，则保持基于监测数据获得的排放源数据S(t0)~S(t1)不变；如果是企业停产，则将排放源数据S(t0)~S(t1)中停产企业对应位置的排放量设为0；如果是事故性排放，则根据事故类型将排放源作为瞬时源或连续源，根据排放源类型确定排放量Sp，替换基于监测数据获得的排放源数据S(t0)~S(t1)；
排放源数据处理单元在确定为事故性排放时，如果是爆炸事故，则将排放源作为瞬时源，将排放源烟气设备最大容量Q作为爆炸排放源爆炸时刻的排放源数据；
如果是泄漏事故，则将排放源作为连续源，确定排放源的持续排放时间T，将排放源烟气设备最大容量Q除以时间T，将Q/T作为泄漏排放源时段T的排放源数据；
排放源清单融合单元，用于从排放源清单存储单元获取排放源清单，从排放源数据处理单元获得排放源数据，用获得的排放源数据替换排放源清单中相应排放源的内容，生成调整后排放源清单；
空气污染追溯单元，用于从排放源清单融合单元获取调整后排放源清单，从气象场预报数据输入单元获取追溯时段的气象场预报数据，进行污染追溯，获得空气污染追溯结果。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述统计单元统计排放参数随时间变化的规律时，统计排放参数每天、每周、每月、每季度的变化趋势。
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