CN113487098A - 一种大气污染预警信息表达及展示方法 - Google Patents

一种大气污染预警信息表达及展示方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大气污染预警信息表达及展示方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)通过实时监测系统监控大气污染的预警要素浓度值，其中预警要素包括PM2.5、PM10、VOCs、氮氧化物、二氧化硫；(2)通过实时监控的大气污染预警要素的浓度值，计算各个要素的超限系数OLC；(3)结合经验法和层次分析法获取大气污染要素的预警权重系数WW；(4)根据污染各个要素超限系数OLC和要素预警权重系数WW计算综合预警系数CWC；(5)根据综合预警系数CWC判断污染预警等级，并通过信息化业务展示系统进行展示；本发明提出综合预警系数的概念，能较好地表达当前大气污染的危害、风险程度，以及采取的相应措施。

Description

一种大气污染预警信息表达及展示方法
技术领域
本发明属于大气污染防治领域，更具体地说，涉及一种大气污染预警信息表达及展示方法。
背景技术
新时代提倡高质量的产业发展，不再以牺牲自然环境为代价，针对大气污染的防治工作也越来越受到重视，如何高效便捷的表达大气污染预警信息成为综合治理的关键一环。新的“环保法”已明确要求城市政府实施环境空气质量的精细化管理，要求城市环保管理部门急需要改变传统的、粗放式的管理模式，利用大数据、“互联网+”的信息化技术支持，实现环境质量管理的专业化、科学化和效率化，确保辖区空气质量稳定达标。
中国专利CN102393761提供了一种环境监测系统,其包括一个控制中心和若干个环境监测设备，每个环境监测设备置于不同的位置，各自监测当前水位，当其中一个监测到当前水位逼近警戒水位时，抬升自身高度并通知其他设备，其他设备接到通知后也抬升自身高度，抬升完后发送确认信息，未发送确认信息的设备被视为出现故障并上报给控制中心。如此，当地面上发生水灾时，各环境监测设备可及时抬升高度，从而避免因被水淹没而无法正常工作的情况，且只需其中一个监测到水位危险即可通知其他设备共同抬升高度，同时还可以通过信息交互检测设备是否出现故障。
中国专利CN108802296，一种大气环境监测预警方法及系统提供了将数据处理结果进行图形构建，并对图形进行显示和分析的方法，但此方法仅采集监测站测得的数据进行分析和图形构建，并且仅对大气环境污染进行检测，没有对污染源以及污染排放源头进行实时监控无法进行突变预警，没有对污染成因进行分析，无法为环境治理领导层提供相应的决策依据。
中国专利CN 108802296，提供了一种大气环境监测预警方法及系统，其中，包括：收集大气环境要素数据，并对所述大气环境要素数据进行处理得到数据处理结果；实时对所述数据处理结果进行监控；对所述数据处理结果进行图形构建，以及对构建的图形进行显示与分析；对各类大气环境要素数据设置相应的报警阈值；根据实时监控的情况以及构建的图形，对达到所述报警阈值的数据进行报警显示。
在上述研究中，大气污染预警信息往往是零散的，暂时未形成标准的方法体系，不能全面直观的表达当前空气污染的风险程度，以及应该采取的专业应对措施。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种大气污染预警信息的表达与展示方法，通过大气污染核心预警要素划分预警等级，利用图标、颜色、文字、声音、二维码等多种元素对预警等级进行定义、描述，结合GIS底图，利用图标闪烁、声音告警、二维码、信息通知栏等方式综合展示当前大气污染预警信息。
本发明所采用的技术方案如下：
一种大气污染预警信息表达及展示方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)通过实时监测系统监控大气污染的预警要素浓度值，其中预警要素包括PM2.5、PM10、VOCs、氮氧化物、二氧化硫；(2)通过实时监控的大气污染预警要素的浓度值，计算各个要素的超限系数OLC(超限系数Over Limit Coefficient，OLC，单个要素超过限定值的程度)；(3)结合经验法和层次分析法获取大气污染要素的预警权重系数WW(Warning Weight，WW)；(4)根据污染各个要素超限系数OLC和要素预警权重系数WW计算综合预警系数CWC(ComprehensiveWarning Coefficient，CWC)；(5)根据综合预警系数CWC判断污染预警等级，并通过信息化业务展示系统进行展示。
根据《空气质量标准》(GB3095-2012)获取各个要素的浓度限值。
采用如下公式计算单要素超限系数
Figure BDA0003162898440000021
MSCi为污染要素Mi的实时监测值，μg/m3；MLCi为污染要素Mi的浓度限值，μg/m3。
根据研究区域的实际需要和专家经验法对不同要素的重要程度进行排序，结合超限系数{OLCi}利用层次分析法(AHP)获取各要素的权重系数向量{MWi}
MWi＝f(Ni,OLCi)0<MWi<1
计算综合预警系数CWC根据如下公式计算：
Figure BDA0003162898440000022
n为污染物要素的个数；φ(OLCi)判断函数，φ(OLCi)＝Min(OLCi,10)。
根据计算得到的综合预警系数CWC值判断污染预警等级，其判断标准如下：①若CWC>＝1，一级预警，红色图标，高风险；需加密监测频次，进行溯源分析，输出分析报告；②若0.5＝<CWC<1，二级预警，橙色图标，较高风险；需加密监测频次，进行溯源分析，分析污染源贡献值；③若0＝<CWC<0.5，三级预警，黄色图标，中风险；常规监测频次，持续监测分析；④若CWC<0，无预警，绿色图标，无风险；常规监测。
所述的信息化业务展示系统能够根据不同预警场景自动生成预警二维码，扫描预警二维码可以获取当前大气污染预警的详细信息。
所述的信息化业务展示系统能够结合GIS底图展示研究区域的大气污染预警空间分布情况，通过信息通知栏展示预警详细信息。
点击GIS底图可以查询任意一点的大气污染预警信息，包括预警等级、风险说明、应对措施。
本发明与现有方法相比，具有以下优点：
1、本发明以多种常规大气污染物实测浓度作为输入条件，提出综合预警系数的概念，制定完整的等级划分规则和相应的描述内容，形成一整套大气污染预警信息表达及展示解决方案，能较好地表达当前大气污染的危害、风险程度，以及采取的相应措施。
2、本发明包涵配套的信息化业务系统，基于GIS底图展示大气污染预警信息，通过二维码、图标、颜色、文字、声音等元素全面诠释大气污染预警信息，一图展示不同预警等级对应的颜色、风险程度、应对措施等，为行政管理人员进行大气污染治理提供更加明确、直接的信息支撑。
3、本发明业务系统可以结合GIS底图展示研究区域的大气污染预警空间分布情况，通过信息通知栏展示预警详细信息；当出现一级预警时，系统进行声音提示，红色图标进行闪烁。
附图说明
图1为本发明大气污染预警信息表达及展示方法的流程图
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
一种大气污染预警信息表达及展示方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)通过实时监测系统监控大气污染的预警要素浓度值，其中预警要素包括PM2.5、PM10、VOCs、氮氧化物、二氧化硫；(2)通过实时监控的大气污染预警要素的浓度值，计算各个要素的超限系数OLC(超限系数Over Limit Coefficient，OLC，单个要素超过限定值的程度)；(3)结合经验法和层次分析法获取大气污染要素的预警权重系数WW(Warning Weight，WW)；(4)根据污染各个要素超限系数OLC和要素预警权重系数WW计算综合预警系数CWC(ComprehensiveWarning Coefficient，CWC)；(5)根据综合预警系数CWC判断污染预警等级，并通过信息化业务展示系统进行展示。
根据《空气质量标准》(GB3095-2012)获取各个要素的浓度限值。
采用如下公式计算单要素超限系数
Figure BDA0003162898440000041
MSCi为污染要素Mi的实时监测值，μg/m3；MLCi为污染要素Mi的浓度限值，μg/m3。
根据研究区域的实际需要和专家经验法对不同要素的重要程度进行排序，结合超限系数{OLCi}利用层次分析法(AHP)获取各要素的权重系数向量{MWi}
MWi＝f(Ni,OLCi)0<MWi<1
计算综合预警系数CWC根据如下公式计算：
Figure BDA0003162898440000042
n为污染物要素的个数；φ(OLCi)判断函数，φ(OLCi)＝Min(OLCi,10)。
根据计算得到的综合预警系数CWC值判断污染预警等级，其判断标准如下：①若CWC>＝1，一级预警，红色图标，高风险；需加密监测频次，进行溯源分析，输出分析报告；②若0.5＝<CWC<1，二级预警，橙色图标，较高风险；需加密监测频次，进行溯源分析，分析污染源贡献值；③若0＝<CWC<0.5，三级预警，黄色图标，中风险；常规监测频次，持续监测分析；④若CWC<0，无预警，绿色图标，无风险；常规监测。
所述的信息化业务展示系统能够根据不同预警场景自动生成预警二维码，扫描预警二维码可以获取当前大气污染预警的详细信息。
所述的信息化业务展示系统能够结合GIS底图展示研究区域的大气污染预警空间分布情况，通过信息通知栏展示预警详细信息。
点击GIS底图可以查询任意一点的大气污染预警信息，包括预警等级、风险说明、应对措施。
应用例1
中部某省某城市中心城区公园，需要实时评估公园空气质量情况，主要考虑的指标包括PM2.5、PM10、氮氧化物、二氧化硫、臭氧，即{Mi}＝{PM2.5,PM10,NOx,SO2,O3}；
②按照《环境空气质量标准》(GB3095-2012)的相关标准要求，获取{Mi}的浓度限值；
②按照公园区域当地早10点监测数据，主要指标的实测值为{MSCi}＝{50,26,115,97,80}，单位为(μg/m3)；
③公园内最关心的指标排序(重要程度依次降低)是{O3,NOx,PM2.5,PM10,SO2}＝{10,6,3,2,1}，按照层次分析法(九标度分层)计算得到相应的关系对比矩阵为：
Figure BDA0003162898440000051
列向量归一化处理得到中间矩阵，保留4位有效数字：
Figure BDA0003162898440000052
计算得到{O3,NOx,PM2.5,PM10,SO2}＝[0.3918,0.1112,0.3029,0.1450,0.0491]T；
④根据公式计算公园内各个监测要素{Mi}＝{PM2.5,PM10,NOx,SO2,O3}的超限系数{OLCi}＝{0.43,-0.48,-0.42,-0.35,-0.5}；
⑤根据公式计算当前综合预警系数CWC值
CWC＝0.3918×(-0.5)+0.1112×(-0.42)+0.3029×0.43+0.1450×(-0.48)+0.0491×(-0.35)
＝-0.1959-0.0467+0.1302-0.0696-0.0172≈-0.2
因为CWC＝-0.2<0，公园当前空气污染无预警等级，进行常规监测即可；在业务系统中显示绿色图标，预警栏显示“当前无预警”。其中PM2.5存在超标现象，但是由于指标的权重不高，所以对预警等级的影响不大。
应用例2
东部某沿海城市化工园区拥有做个污染类型的企业，会产生粉尘、二氧化硫、甲苯、二甲苯等污染物，根据相关实际应用需求，选择总悬浮颗粒物(TSP)、二氧化硫、甲苯、二甲苯4中污染物作为空气污染预警的要素指标，即{Mi}＝{TSP,SO2,C7H8,C7H10}；
①按照《环境空气质量标准》(GB3095-2012)和《大气污染物综合排放标准》的相关标准要求，获取{Mi}的浓度限值{MLCi}＝{0.12,0.15,2.4,1.2}，单位mg/m3；
②工业园区内某厂房附近设有多种要素实时监测点，通过在线系统获取工作日下午2点监测数据，主要指标的实测值为{MSCi}＝{0.02,0.28,5.3,1.0}，单位为(mg/m3)；
③按照厂区的实际情况和对人体的危害程度对4种指标进行排序(重要程度依次降低)，{Mi}＝{C7H8,C7H10,SO2,TSP}，按照层次分析法(九标度分层)计算得到相应的关系对比矩阵为：
Figure BDA0003162898440000061
列向量归一化处理得到中间矩阵，保留4位有效数字：
Figure BDA0003162898440000062
计算得到{C7H8,C7H10,SO2,TSP}＝[0.5271,0.3428,0.0883,0.0418]T
④根据公式计算厂区各个大气污染监测要素{Mi}＝{C7H8,C7H10,SO2,TSP}的超限系数{OLCi}＝{1.21,-0.17,0.87-0.83}；
⑤根据公式计算厂区当前综合预警系数CWC值：
CWC＝0.5271×1.21+0.3428×(-0.17)+0.0883×0.87+0.0418×(-0.83)＝0.6378-0.0583+0.0768-0.0347≈0.6
CWC＝0.6，满足0.5≤CWC<1，厂区当前空气污染预警等级为二级，较高风险；需加密监测频次，进行溯源分析，分析污染源贡献值；在业务系统中显示橙色图标，预警栏显示“当前二级预警，甲苯严重超标”。其中甲苯和二氧化硫存在超标现象，并且甲苯的关注度较高，因此导致当前出现二级预警等级。
上述实施案例仅为本发明中部分实施案例，但本发明的实施方式并不受上述实施案例的限制，如实施例中方案的各种形式的组合，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合均应为等效的替换方式，都在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种大气污染预警信息表达及展示方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)通过实时监测系统监控大气污染的预警要素浓度值，其中预警要素包括PM2.5、PM10、VOCs、氮氧化物、二氧化硫；(2)通过实时监控的大气污染预警要素的浓度值，计算各个要素的超限系数OLC；(3)结合经验法和层次分析法获取大气污染要素的预警权重系数WW；(4)根据污染各个要素超限系数OLC和要素预警权重系数WW计算综合预警系数CWC；(5)根据综合预警系数CWC判断污染预警等级，并通过信息化业务展示系统进行展示。
2.如权利要求1所述的大气污染预警信息表达及展示方法，其特征在于：根据《空气质量标准》(GB3095-2012)获取各个要素的浓度限值。
3.如权利要求1所述的大气污染预警信息表达及展示方法，其特征在于：采用如下公式计算单要素超限系数
Figure FDA0003162898430000011
MSCi为污染要素Mi的实时监测值，μg/m3；MLCi为污染要素Mi的浓度限值，μg/m3。
4.如权利要求1所述的大气污染预警信息表达及展示方法，其特征在于：根据研究区域的实际需要和专家经验法对不同要素的重要程度进行排序，结合超限系数{OLCi}利用层次分析法(AHP)获取各要素的权重系数向量{MWi}
MWi＝f(Ni,OLCi)0<MWi<1
5.如权利要求1所述的大气污染预警信息表达及展示方法，其特征在于：计算综合预警系数CWC根据如下公式计算：
Figure FDA0003162898430000012
n为污染物要素的个数；φ(OLCi)判断函数，φ(OLCi)＝Min(OLCi,10)。
6.如权利要求1所述的大气污染预警信息表达及展示方法，其特征在于：根据计算得到的综合预警系数CWC值判断污染预警等级，其判断标准如下：①若CWC>＝1，一级预警，红色图标，高风险；需加密监测频次，进行溯源分析，输出分析报告；②若0.5＝<CWC<1，二级预警，橙色图标，较高风险；需加密监测频次，进行溯源分析，分析污染源贡献值；③若0＝<CWC<0.5，三级预警，黄色图标，中风险；常规监测频次，持续监测分析；④若CWC<0，无预警，绿色图标，无风险；常规监测。
7.如权利要求1所述的大气污染预警信息表达及展示方法，其特征在于：所述的信息化业务展示系统能够根据不同预警场景自动生成预警二维码，扫描预警二维码可以获取当前大气污染预警的详细信息。
8.如权利要求1所述的大气污染预警信息表达及展示方法，其特征在于：所述的信息化业务展示系统能够结合GIS底图展示研究区域的大气污染预警空间分布情况，通过信息通知栏展示预警详细信息。
9.如权利要求8所述的大气污染预警信息表达及展示方法，其特征在于：点击GIS底图可以查询任意一点的大气污染预警信息，包括预警等级、风险说明、应对措施。
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