CN115236271A - 挥发性污染物监测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种挥发性污染物监测方法,属于污染物监测领域。所述挥发性污染物监测方法包括:将监测区域网格化为网格单元;获取所述网格单元内的污染物浓度和风速、风向;根据所述风速和风向确定污染物的浓度驻留时间;根据所述污染物浓度和所述浓度驻留时间确定所述网格权重浓度;根据所述网格权重浓度的大小划分浓度区间,各浓度区间对应不同标识,将所述网格单元以其所属浓度区间对应的标识进行显示。该方法将监测到的污染物浓度与风速、风向相耦合从而确定网格单元的网格权重浓度,并对网格权重浓度划分浓度区间,将网格单元以其所属浓度区间对应的标识进行显示,通过标识可以观测到网格单元浓度的动态变化过程并进行有效溯源。
Description
技术领域
本发明涉及污染物监测领域,具体地涉及一种挥发性污染物监测方法及系统。
背景技术
随着大气污染问题日益严重,目前国家对石化企业污染防治水平要求越来越高。石化企业在生产、检修过程中会产生挥发性有机物(VOCs,Volatile Organic Compounds)、无机废气、恶臭废气,若将这些挥发性污染物无组织排放到大气中势必会存在较大的环境风险隐患,因此针对挥发性污染物的排放一直以来也都是群众信访与投诉的重点对象。生态环境部在2019年6月下发的《重点行业挥发性有机物综合治理方案》中,明确要求石化、化工类工业园区应建设监测预警监控体系,具备条件的,开展走航监测、网格化监测以及溯源分析等工作。对石化企业而言,提升环保污染防治水平,有效管理污染排放迫在眉睫,然而由于石化企业具有装置密集、泄漏源多、污染物排放浓度高的特点,因此对于重污染区域往往存在污染物来源不明确、污染交叉等问题,并且由于现场缺少实时的监测数据,管理部门在环保管理时,各车间可能存在互相推诿扯皮等情况,无法有效地溯源到污染具体来源,从而无法有效治理和防范。
网格化监测如今作为一种新兴的环境监测控制手段,主要依托智能传感、大数据平台、“互联网+”与物联网技术,通过将监测区域进行网格化划分,并在网格内布设监测设备,进而实时地对网格内污染情况进行监测,是一种高效的密集的监测手段,为大气污染防治提供可靠与准确的数据,能够全方位提高监测质量。实施挥发性污染物网格化监测,可有效帮助企业实现对气态污染源全过程排放的监控、预警,实现对环境质量的智能监测,目前已被应用到企业污染排放管理实践中。
然而当前对网格化监测技术的应用实践,仅仅依赖于监测数值的变化来反应污染情况,缺少利用网格化监测优势进行挥发性污染物动态分析的手段,对网格化监测数据利用不足。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种挥发性污染物监测方法,该方法将监测到的污染物浓度与风速、风向相耦合从而确定网格单元的网格权重浓度,并对网格权重浓度划分浓度区间,将网格单元以其所属浓度区间对应的标识进行显示,通过标识可以观测到网格单元浓度的动态变化过程并进行有效溯源。
为了实现上述目的,本发明实施例提供一种挥发性污染物监测方法,包括:将监测区域网格化为网格单元;获取所述网格单元内的污染物浓度和风速、风向;根据所述风速和风向确定污染物的浓度驻留时间;根据所述污染物浓度和所述浓度驻留时间确定所述网格权重浓度,计算公式如下:其中,i、j为所述网格单元的位置编号,为所述网格权重浓度,M为所述网格单元内用于获取所述污染物浓度和所述风速、风向的监测设备的数量,ckij为所述网格单元内第k个监测设备监测到的污染物浓度,tkij为所述网格单元内第k个监测设备对应所述ckij的浓度驻留时间;根据所述网格权重浓度的大小划分浓度区间,各浓度区间对应不同标识,将所述网格单元以其所属浓度区间对应的标识进行显示。
可选的,根据所述风速和风向确定污染物的浓度驻留时间,包括:所述网格单元为正方形网格单元,边长为L,所述浓度驻留时间tk利用如下公式计算:
其中,x为所述监测设备距所属网格单元东部边界的距离,y为所述监测设备距所属网格单元北部边界的距离,θ为风向角度,μkf为对应当前时间的风速,δ为修正系数,δ利用如下公式计算:其中,n=60/监测设备分析周期分钟数,f为计算周期的周期序数,f起始值为1,每增加一个计算周期f加1。
可选的,还包括:计算预设时间段内所述网格单元对所述监测区域的污染贡献率,所述污染贡献率包括静态污染贡献率和动态污染贡献率。
可选的,还包括:根据所述污染贡献率的大小划分贡献率区间,各贡献率区间对应不同标记,将所述网格单元以其所属贡献率区间对应的标记进行显示。
可选的,计算所述网格单元对所述监测区域的静态污染贡献率,利用如下公式计算:其中,PCij为所述静态污染贡献率,Eij为所述网格单元在所述预设时间段内计算的超出预警阈值的网格权重浓度的个数,Gij为所述网格单元在所述预设时间段内计算的全部网格权重浓度的个数。
可选的,所述监测设备的安装数量根据所述网格单元内污染源数量确定,所述监测设备安装在所述污染源常年主导风向的下风向。
另一方面,本发明提供一种挥发性污染物监控系统,包括:监测设备、处理器和显示器;其中,所述监测设备用于监测污染物浓度和风速、风向;所述处理器用于:将监测区域网格化为网格单元;根据所述风速和风向确定污染物的浓度驻留时间;根据所述污染物浓度和所述浓度驻留时间确定所述网格权重浓度,计算公式如下:其中,i、j为所述网格单元的位置编号,为所述网格权重浓度,M为所述网格单元内用于获取所述污染物浓度和所述风速、风向的监测设备的数量,ckij为所述网格单元内第k个监测设备监测到的污染物浓度,tkij为所述网格单元内第k个监测设备对应所述ckij的浓度驻留时间;所述显示器用于将所述网格单元以其所属浓度区间对应的标识进行显示。
可选的,所述处理器还用于:计算预设时间段内所述网格单元对所述监测区域的污染贡献率,所述污染贡献率包括静态污染贡献率和动态污染贡献率。
可选的,所述处理器还用于:根据所述污染贡献率的大小划分贡献率区间,各贡献率区间对应不同标记;所述显示器还用于:将所述网格单元以其所属贡献率区间对应的标记进行显示。
可选的,所述监测设备的安装数量根据所述网格单元内污染源数量确定,所述监测设备安装在所述污染源常年主导风向的下风向。
通过上述技术方案,将监测到的污染物浓度与风速、风向相耦合从而确定网格单元的网格权重浓度,并对网格权重浓度划分浓度区间,将网格单元以其所属浓度区间对应的标识进行显示,通过标识可以观测到网格单元浓度的动态变化过程以及进行有效溯源。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例,但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中:
图1是实施例一提供的挥发性污染物监测方法流程图;
图2是实施例一提供的将监测区域划分为网格单元后的示意图;
图3是实施例二提供的用于计算浓度驻留时间的网格单元的示意图;
图4是实施例四提供的挥发性污染物监测系统结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例,并不用于限制本发明实施例。
当前对网格化监测技术的应用实践,仅仅依赖于监测数值的变化来反应污染情况,缺少利用网格化监测优势进行挥发性污染物动态分析的手段,对网格化监测数据利用不足。
鉴于上述缺陷,本发明提供一种挥发性污染物监测方法及系统,所述方法有效利用网格化监测技术进行污染物动态分析以及有效溯源,通过直观地实时显示网格单元的污染程度,使得监管部门能够落实属地责任,真正实现“网格化监测、网格化管理”的理念,帮助企业科学有效地对挥发性污染物进行追根溯源,提升企业污染防治精细化管理水平与环境风险应急处理能力,具体通过以下实施例实现。
实施例一
图1示出一种挥发性污染物监测方法,包括S102-S110:
S102,将监测区域网格化为网格单元。
S104,获取所述网格单元内的污染物浓度和风速、风向。
S106,根据所述风速和风向确定污染物的浓度驻留时间。
S108,根据所述污染物浓度和所述浓度驻留时间确定所述网格权重浓度。
S110,根据所述网格权重浓度的大小划分浓度区间,各浓度区间对应不同标识,将所述网格单元以其所属浓度区间对应的标识进行显示。
首先如S102所述,将监测区域划分为网格单元,以监测区域为石化企业厂区为例,将石化企业厂区按照正方形网格进行划分,当然,还可以按照其他形状的网格进行划分;每个网格单元的尺寸长度可设为200米,图2示出了对石化企业厂区进行网格划分后的网格单元,为方便后续计算和区分,对划分好的网格单元进行标记,例如可以将网格单元按自南向北的排序记为i,并将网格单元按自西向东的排序记为j。例如,若某网格单元为自南向北的第2个网格单元、自西向东的第3个网格单元,则i=2,j=3,将该网格单元记为(2,3)。
在执行S104之前,需要在监测区域布置用于获取污染物数据和气象数据的监测设备,监测设备可以为高灵敏度VOCs(Volatile Organic Compounds,挥发性有机物)在线监测设备,测量因子为TVOC(Total Volatile Organic Compounds,总挥发性有机化合物)及气象五参数(温度、气压、湿度、风向、风速)。监测设备可安装于生产装置常年主导风向的下风向,安装数量根据网格单元内污染源数量确定,例如对于其中没有生产装置的网格单元,根据实际情况不安装监测设备或少安装监测设备,对于其中具有生产装置的网格单元,至少安装一台监测设备;所安装的高灵敏度监测设备是采用PID(Proportion IntegralDifferential,比例积分微分)原理测量TVOC,检出限≤10ppb,响应时间≤30s,分析周期≤5min,分析周期是指监测设备得出测量数据的周期,该监测设备与传统设备相比具有快速、准确、易安装的优点。以网格单元(1,1)为例,在该网格单元内安装监测设备1台,安装位置见图2中三角形所示。
之后便可执行S104。将处理器从监测设备获取污染物浓度和风速、风向进行计算的周期称为计算周期,需满足监测设备分析周期大于等于计算周期且为计算周期的整数倍,若将计算周期设置为5min,即表示处理器每5min获得一组污染物浓度、风速、风向数据用于计算。
S106,根据所述风速和风向确定污染物的浓度驻留时间tk。
S108,根据所述污染物浓度和所述浓度驻留时间tk确定所述网格权重浓度。
所述网格权重浓度采用公式(1)计算:
其中,i、j为所述网格单元的位置编号,为网格单元(i,j)的网格权重浓度,M为网格单元(i,j)内用于获取污染物数据和气象数据的监测设备的数量,ckij为所述网格单元(i,j)内第k个监测设备监测到的污染物浓度,tkij为所述网格单元(i,j)内第k个监测设备对应所述ckij的浓度驻留时间。在如图2所示的网格单元(1,1)内,M=1,k=1。
在计算出网格权重浓度后,便可执行S110:根据所述网格权重浓度的大小划分浓度区间,各浓度区间对应不同标识,将网格单元以其所属浓度区间对应的标识进行显示。例如,根据网格权重浓度值的大小按1-20,20-40,40-80,≥80划分为四个浓度区间,污染程度分别对应:优、良、轻度污染、重度污染,并依次对应深绿、浅绿、黄色、红色的颜色标识,将各网格单元以其所属浓度区间对应的颜色标识进行显示,由此实现对全厂区网格单元污染程度的可视化展示。显示结果随网格权重浓度的计算周期动态变化,设定计算周期为5min,并将显示变化周期也设定为5min,则每个网格单元对应的颜色标识每5min根据网格权重浓度的计算结果变化一次,由此可以观测到网格单元污染程度的动态变化过程并据此进行有效溯源,从而直观地发现重点污染区域,落实属地责任,从根本上达到“网格化监测、网格化管理”的作用。
实施例一通过将监测到的污染物浓度与风速、风向相耦合从而确定网格单元的网格权重浓度,并对网格权重浓度划分浓度区间,将网格单元以其所属浓度区间对应的标识进行显示,通过标识可以观测到网格单元浓度的动态变化过程以及进行有效溯源。
实施例二
实施例一中S106的浓度驻留时间tk可采取如下方式计算:
图3示出了一个网格单元的示例,网格单元中的圆形标志代表监测设备的安装位置,设正方形网格单元的边长为L,该监测设备距所属网格单元东部边界的距离为x,该监测设备距所属网格单元北部边界的距离为y,θ为风向角度,浓度驻留时间tk可采用公式(2)计算:
其中,μkf为对应当前时间的风速,δ为修正系数,δ采用公式(3)计算:
其中f为计算周期的周期序数,定义方式参见如下示例:f起始值为1,以某日12:00-13:00时间段计算为例,12:00对应f=1,每增加一个计算周期则f加1,在第n个计算周期则f=n,若将计算周期设置为5min,到13:00结束,共包含12个计算周期,分别计算(i,j)网格内第k(1≤k≤M)个监测设备在12:00(f=1)、12:05(f=2)、12:10(f=3)、……、12:55(f=12)每个时刻的浓度驻留时间tk。其中n的定义方式为:n=60/监测设备分析周期(监测设备分析周期的单位:min),在本实施例中,设监测设备分析周期为5min,则n=12。当然,监测设备分析周期和计算周期可以不同(需满足监测设备分析周期大于等于计算周期,且监测设备分析周期是计算周期的整数倍),若将监测设备分析周期设置为10min,则n=6,计算周期设置为5min,则12:00-13:00时间段共包含12个计算周期,共需在12个时刻:12:00(f=1)、12:10(f=2)、12:20(f=3)、……、12:55(f=12)分别计算浓度驻留时间tk,在1≤f≤6时,使用公式(3-1)计算修正系数δ,f>6时,使用公式(3-2)计算修正系数δ。
本实施例中浓度驻留时间tk由风速和风向确定,在计算网格权重浓度时,通过将监测到的污染物浓度与风速、风向相耦合,从而将污染物浓度转化为连续的污染轨迹,据此计算出的网格权重浓度可体现污染物的动态变化过程。
实施例三
在上述实施例的基础上,所述挥发性污染物监测方法,还包括:
S112,计算预设时间段内所述网格单元对所述监测区域的污染贡献率。
S114,根据所述污染贡献率的大小划分贡献率区间,各贡献率区间对应不同标记,将所述网格单元以其所属贡献率区间对应的标记进行显示。
其中,所述污染贡献率可包括静态污染贡献率和动态污染贡献率。静态污染贡献率适用于一天以上,以周、月等长时间段为查询单位的网格单元污染程度评估,动态污染贡献率适用于以一天以内等短时间段为查询单位的网格单元污染程度评估。
静态污染贡献率可利用公式(4)进行计算:
其中,i、j为所述网格单元的位置编号,PCij为网格单元(i,j)的静态污染贡献率,Eij为网格单元(i,j)在预设时间段内计算的超出预警阈值的网格权重浓度的个数,Gij为网格单元(i,j)在预设时间段内计算的全部网格权重浓度的个数。PCij的值越大,表明该网格单元(i,j)对全厂区的污染贡献越大。
例如,在网格单元(i,j)中,预设时间段为一周,在一周时间内共获得168组网格权重浓度,则Gij为168,统计出网格权重浓度≥预警阈值的网格权重浓度的个数为14组,则Eij为14,计算出PCij=0.08,说明该网格单元一周时间内污染程度一般。
同样的,对每个网格单元均按照上述公式计算其PCij值,并依据PCij值的大小划分贡献率区间,例如按0-0.1,0.1-0.2,0.2-0.4,≥0.4划分为四个贡献率区间,静态污染贡献率分别对应微、少、一般、高,并分别对应深绿、浅绿、黄色、红色的颜色标识,将各网格单元以其所属贡献率区间对应的颜色标识在“静态污染贡献率”窗口进行显示,由此实现网格单元在长时间段内对全厂区污染贡献程度的可视化展示。
同样的,计算出动态污染贡献率后,根据动态污染贡献率的大小划分贡献率区间,各贡献率区间对应不同标记,将网格单元以其所属贡献率区间对应的标记在“动态污染贡献率”窗口进行显示,由此实现网格单元在短时间段内对全厂区污染贡献程度的可视化展示。
实施例四
实施例四提供一种挥发性污染物监控系统,如图4所示,包括:监测设备、处理器和显示器。
其中,所述监测设备用于监测污染物浓度和风速、风向;所述处理器用于:将监测区域网格化为网格单元;根据所述风速和风向确定污染物的浓度驻留时间;根据所述污染物浓度和所述浓度驻留时间确定所述网格权重浓度,计算公式如下:其中,i、j为所述网格单元的位置编号,为所述网格权重浓度,M为所述网格单元内用于获取所述污染物浓度和所述风速、风向的监测设备的数量,ckij为所述网格单元内第k个监测设备监测到的污染物浓度,tkij为所述网格单元内第k个监测设备对应所述ckij的浓度驻留时间;根据所述网格权重浓度的大小划分浓度区间,各浓度区间对应不同标识;所述显示器用于将所述网格单元以其所属浓度区间对应的标识进行显示。
可选地,在本发明实施例中,所述处理器还用于:计算预设时间段内所述网格单元对所述监测区域的污染贡献率,所述污染贡献率包括静态污染贡献率和动态污染贡献率。
可选地,在本发明实施例中,所述处理器还用于:根据所述污染贡献率的大小划分贡献率区间,各贡献率区间对应不同标记;所述显示器还用于:将所述网格单元以其所属贡献率区间对应的标记进行显示。
可选地,在本发明实施例中,所述监测设备的安装数量根据所述网格单元内污染源数量确定,所述监测设备安装在所述污染源常年主导风向的下风向。
所述监测设备和所述处理器所执行的其他方法实施例及有益效果参见上述实施例一、二、三所示,本实施例四不再赘述。
本发明实施例还提供一种存储介质,其上存储有程序,该程序被处理器执行时实现挥发性污染物监测方法。
需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已,并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (11)
1.一种挥发性污染物监测方法,其特征在于,包括:
将监测区域网格化为网格单元;
获取所述网格单元内的污染物浓度和风速、风向;
根据所述风速和风向确定污染物的浓度驻留时间;
根据所述污染物浓度和所述浓度驻留时间确定所述网格权重浓度,计算公式如下:
其中,i、j为所述网格单元的位置编号,为所述网格权重浓度,M为所述网格单元内用于获取所述污染物浓度和所述风速、风向的监测设备的数量,ckij为所述网格单元内第k个监测设备监测到的污染物浓度,tkij为所述网格单元内第k个监测设备对应所述ckij的浓度驻留时间;
根据所述网格权重浓度的大小划分浓度区间,各浓度区间对应不同标识,将所述网格单元以其所属浓度区间对应的标识进行显示。
3.根据权利要求1所述的挥发性污染物监测方法,其特征在于,还包括:
计算预设时间段内所述网格单元对所述监测区域的污染贡献率,所述污染贡献率包括静态污染贡献率和动态污染贡献率。
4.根据权利要求3所述的挥发性污染物监测方法,其特征在于,还包括:
根据所述污染贡献率的大小划分贡献率区间,各贡献率区间对应不同标记,将所述网格单元以其所属贡献率区间对应的标记进行显示。
7.根据权利要求1所述的挥发性污染物监测方法,其特征在于,所述监测设备的安装数量根据所述网格单元内污染源数量确定,所述监测设备安装在所述污染源常年主导风向的下风向。
8.一种挥发性污染物监控系统,其特征在于,包括:监测设备、处理器和显示器;
其中,所述监测设备用于监测污染物浓度和风速、风向;
所述处理器用于:将监测区域网格化为网格单元;
根据所述风速和风向确定污染物的浓度驻留时间;
根据所述污染物浓度和所述浓度驻留时间确定所述网格权重浓度,计算公式如下:
其中,i、j为所述网格单元的位置编号,为所述网格权重浓度,M为所述网格单元内用于获取所述污染物浓度和所述风速、风向的监测设备的数量,ckij为所述网格单元内第k个监测设备监测到的污染物浓度,tkij为所述网格单元内第k个监测设备对应所述ckij的浓度驻留时间;
根据所述网格权重浓度的大小划分浓度区间,各浓度区间对应不同标识;
所述显示器用于将所述网格单元以其所属浓度区间对应的标识进行显示。
9.根据权利要求8所述的挥发性污染物监测系统,其特征在于,所述处理器还用于:
计算预设时间段内所述网格单元对所述监测区域的污染贡献率,所述污染贡献率包括静态污染贡献率和动态污染贡献率。
10.根据权利要求9所述的挥发性污染物监测系统,其特征在于,所述处理器还用于:
根据所述污染贡献率的大小划分贡献率区间,各贡献率区间对应不同标记;
所述显示器还用于:将所述网格单元以其所属贡献率区间对应的标记进行显示。
11.根据权利要求8所述的挥发性污染物监测系统,其特征在于,所述监测设备的安装数量根据所述网格单元内污染源数量确定,所述监测设备安装在所述污染源常年主导风向的下风向。
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CN202110444164.3A CN115236271A (zh) | 2021-04-23 | 2021-04-23 | 挥发性污染物监测方法及系统 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CN202110444164.3A CN115236271A (zh) | 2021-04-23 | 2021-04-23 | 挥发性污染物监测方法及系统 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN115792137A (zh) * | 2023-01-17 | 2023-03-14 | 河北先河环保科技股份有限公司 | 大气污染溯源方法及装置、终端 |
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2021
- 2021-04-23 CN CN202110444164.3A patent/CN115236271A/zh active Pending
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