大气网格化系统解决方案
大气网格化系统解决方案
目录
一、建设背景 (1)
二、建设目标 (1)
三、网格化建设 (2)
3.1 网格布设 (4)
3.2 技术要求 (7)
3.3 建设规模核算 (8)
四、环境监测平台 (9)
4.1 首页地图 (9)
4.2 在线监测 (10)
4.3 数据分析 (12)
4.4 台账统计 (13)
4.5 考核监管 (13)
4.6 资源管理 (14)
五、数据分析服务 (14)
5.1 分析类型 (14)
5.2 服务类型 (15)
六、产品特点 (16)
一、建设背景
十九大报告中指出“建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计。必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，坚持节约资源和保护环境的基本国策，像对待生命一样对待生态环境。要着力解决突出环境问题，坚持全民共治、源头防治，持续实施大气污染防治行动，打赢蓝天保卫战。”
2018年5月18日至19日，全国生态环境保护大会在北京召开，在会上习近平总书记深刻阐述加强生态文明建设的重大意义，明确提出加强生态文明建设必须坚持的重要原则，对加强生态环境保护、打好污染防治攻坚战做出了全面部署。
通过构建空气质量网格化监测，可以有效提高大气环境监管的针对性、科学性和准确性，是“精准治气”、“科学治气”的基础工作，通过监测数据与大数据技术的深度融合，可以提高大气环境精细化管理水平。加快推进生态环境治理体系和治理能力现代化，积极推动“蓝天常在、青山常在、绿水常在”的绿色发展步伐。
二、建设目标
本方案通过构建大气网格化监测网络和环境监测平台，真正实现第一时间发现问题、第一时间处置问题、第一时间解决问题的管理目标。本方案着重解决以下问题：
（1）着力解决生活面源污染监管难的问题。
通过人工智能技术进行24小时不间断的监管侦测，可针对蔗/秸秆垃圾焚烧、施工道路扬尘、餐饮油烟排放等生活面源污染，建立自动监测与侦测技术手段，当现场出现环境违规、违法行为时，自动进行图像抓拍和浓度告警，快速形成监管证据链，为第一时间发现和处置问题提供科学手段。通过针对污染源违规的智能取证，打通监测与监管的最后一公里。
（2）弄清污染物浓度变化规律及趋势
通过对城区居民区、县城乡镇、重点工业企业、道路交通、建筑工地、区域边界、污染物传输通道等多种环境的监测，实现对大气环境的全覆盖式网格化精准监控，实时掌握区域内污染分布状况及空气质量变化趋势。
（3）大力提高空气质量研判能力
充分发挥平台的在线监测、在线监督等功能，对重点企业、重点镇街、重点园区排污情况实时监测，并通过大数据平台的分析研判，为环保局持续开展动态源解析、预警预报、治理评估等提供决策支撑。
三、网格化建设
从功能上来看，方案总体分为污染源管控网络和大数据专家支撑服务两个层面。
其中污染源监测网络主要是采用物联网传感设施，根据选址原则，对重点区域的大气颗粒物（PM2.5、PM10）、SO2、O3、NO2、CO，有毒污染
气体TVOC 等进行实时监测，对污染源的违规行为进行智能识别和自动取证，完成“发现问题”的目标。
大数据专家支撑服务主要通过专家建模，再由计算机将大数据通过人工智能的方式，进行分析并得出结论，形成专业的定制化报告。这些结论将成为违法违规行为的处置、中长期减排措施、以及交通调整规划的制定的主要依据，主要完成“分析问题”的目标。
FSU
运营商网络
设备管理用户管理采集管理数据分析热力图实时监控质量报告串口客户
无线 模块设
备
网
络
层
平
台
层
应
用
层站址排名设备告警网格管理
GIS 展示第三方接口
环境监测设备环境监测设备
图1 总体方案架构图
从物联网的架构来看，方案总体分为物联网设备层、网络层、平台层和应用层。
设备层的主要组成部分是微型环境监测站，微型环境监测站主要由各类传感器组成，传感器可监测参数包括环境参数（PM2.5、PM10、NO2、SO2、O3、CO、TVOC（挥发性有机物））和气象参数（温度、湿度、气压、风向、风速等）。微型环境监测站具有体积小、便安装、无人值守和成本低等优势，且所监测的各参数可模块化组合，灵活适用于业务的需求。
传输层以FSU或微型环境监测站内置数据传输模块（DTU）为传输手段，通过运营商3G/4G/IOT网络将数据进行回传，由于传感器参数均为文字性数据，因此所需带宽流量低，每月单站所需流量可控制在300MB 以内，网络传输成本较低。
平台层是总部统一建设，并作为唯一数据接入点为客户提供监测数据的管理，客户可直接访问平台直观了解各项监测数据。
应用层主要通过将采集到的数据与现有平台进行融合，依托大数据分析，能够实时展现城市空气质量状况和污染分布情况，对空气污染进行精确溯源，并结合历史污染数据、气象数据以及治理措施数据，提出针对大气污染源的管控建议。
3.1网格布设
（1）主城区网格布设原则
针对城市主城区的网格化监测，采取以主城区网格化为主，主城区边界传输通道区域网格化和区县网格化为辅的布设方式。主城区的监测区域
分为2种：一是以城区整个面积作为监测区域，二是针对城区面积较大的城市，以国控站为中心，周边5km范围内+城区重点污染区作为主要监测区域
主要技术路线如下：
1）以国控站为中心，将监测区域均匀地划分成2km×2km大小的热点网格作为重点监管对象。
2）再将2km×2km的热点网格，划分为1km×1km的小网格作为污染源精准监测对象。
3）在距离城区4公里边界的污染物传输通道区域，以2km宽度的距离布点，作为城区边界外来污染物的监测对象。
4）在各区县通向市城区方向的区县城区边缘的传输通道，以2km 宽度的距离布点，作为区县城区向市区方向扩散的污染物监测对象。
5）对于2km×2km的热点网格，在每个网格的交点布设一套空气质量微型站（监测参数为PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3）；对于
1km×1km的小网格，在每个网格内的工地、企业等污染源布设污染源一体化监测设备（监测参数：PM10、PM2.5、O3）；在市、区、县边界结合地区常年主导风向的传输通道区域，按照2km的距离布设一套空气质量微型站（监测参数为PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3）。
（2）污染源网格布设原则
1）工地扬尘
重点对市、区、县的施工工地建立扬尘在线监控系统，重点对车辆进出道路的冲洗、进出车辆是否存在带泥上路等情况进行监控，并在工地安装高清摄像头，严控工地降尘措施落实情况。主要对用地面积40000m2以上或连续施工7个月以上的建筑工地安装在线监控系统。每个工地部署1套污染源传感网络监测仪（监测参数为PM2.5、PM10）。
2）道路扬尘/交通污染
根据管理需要建立道路扬尘在线监控，以方便摄像头捕捉渣土运输车或洒水车违规图片，重点监控道路积尘、渣土运输车带泥上路以及道路路面清扫情况。
同时针对主要交通拥堵路段，建立颗粒物在线监测，每条重要干道部署1套污染源传感网络监测仪（监测参数为PM2.5、PM10）。
3）蔗/秸秆垃圾
在城乡结合部或垃圾焚烧高发区域部署监控设备，重点针对烧蔗/秸秆、烧垃圾、烧废弃物等生物质焚烧污染，每个重点区域部署1套污染源传感网络监测仪（监测参数为PM2.5、PM10）。
4）餐饮油烟
在食堂、饭店的主要油烟排放口附近30米范围内安装1台空气质量传感网络监测仪（监测参数为PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3）以及TVOC传感网络监测仪。
3.2技术要求
（1）2km热点网格建设内容
微型站主要布设在国控站周边、城市道路、城市生活区、工业园区的街道旁；
微型站监测数据包含空气质量数据（PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3）和气象五参数数据（温度、湿度、风速、风向、气压）；
需接入国控、省控站空气质量数据和气象数据；
需接入网格区域内工业企业等组织的污染源排放数据。
（2）1km小网格建设内容
污染源监测设备主要布设在网格内的工地、商混企业、渣土车主要通行路段；生物质焚烧高发区域；餐饮油烟聚集区域；工业VOCS集中区域；机动车尾气高排放区域。
污染源一体监测数据包含浓度监测数据（PM2.5、O3）、现场视频图像数据和气象四参数数据（温度、湿度、风速、风向）；
利用图像智能识别技术，能对工地现场施工、商混企业作业、渣土车通行路段的洒水降尘、地面冲洗、车辆冒装等违规行为进行自动抓拍；对
生物质焚烧、蔗/秸秆焚烧等进行自动抓拍；对机动车尾气超标车牌进行自动抓拍等，并能自动推送告警。
（3）市城区边界建设内容
微型站主要布设在该地区常年主导风向的上下口风向上且离城区距离4km的区域；
微型站监测数据包含空气质量数据（PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3）和气象五参数数据（温度、湿度、风速、风向、气压）。
（4）区县城区边界建设内容
微型站主要布设在往市城区方向的区县城区边界上；
微型站监测数据包含空气质量数据（PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3）和气象五参数数据（温度、湿度、风速、风向、气压）；
需接入区县工业企业等组织的污染源排放数据。
3.3建设规模核算
整个网格化建设规模核算，按照监测区域的面积大小和重点污染源监控数量相结合的原则测算，其中最重要的计算依据是2km×2km的6参数网格和1km×1km的2参数网格。
下面按监测面积为120平方公里的城区规划来举例：
如某城市城区监测面积约120平方公里，那么将建设2km×2km的网格30个，布设空气质量微型站42套；1km×1km的网格120个，布设污染源一体化监测设备120套；
在城区上下风向的主要传输通道、距离城区4km处的边界区域，根据传输通道宽度，按照2km的距离布设空气质量微型站，如传输通道宽度约为6km,则在上下风向各布设空气质量微型站 3 套；
在区县城区往市城区方向区域的边界，按照2km的距离布设空气质量微型站，如区县正北方向城区边界6km,且正好为往市区方向，则应在区县正北方向的边界布设空气质量微型站 3 套。
因此，该城区设备建设总数量为6参数设备48套、2参数设备120套。
在实际项目中，以上设备数量还需根据当地环境、客户要求进行调整。
四、环境监测平台
4.1首页地图
图2首页地图
通过“首页地图”构建本地区大气污染防治的时空大数据场景图，全面、完整反映本地区大气污染防治状况，包括三个核心内容：一是空气质量状况。包括实时空气质量AQI值、首要污染物、实时6参数监测浓度、累计6参数监测浓度；空气质量预测预报、当日空气质量发展态势；空气质量排名、优良天数统计、污染日历等。
二是气象潜势状况。通过气象条件数据的可视化展示，提供历史和实时的气象条件信息，为污染防治研判提供气象条件方面的数据支持。可视化信息包括：污染源网格信息、污染源监控（国控站和微信站）信息（包括AQI、PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3）、实时和历史的气温、降水、风场信息、辐射、湿度、气压维度的可视化。
三是污染源监控状况。涵盖城市扬尘、机动车尾气、工业VOCs、生物质焚烧、餐饮油烟等大气主要污染源的监测与监管情况，包括污染浓度实时监测和视频实时监控。在监控方面，当监测数据超标后，立即启动监测浓度和图像抓取的取证系统，并实时发出超标告警。在监察方面，完整展示当期污染源超标告警、告警处置、超期处置、处置完成等全链条状况信息。在管控方面，平台根据污染源的排放强度和影响水平，实时给出管控和策略建议。
4.2在线监测
（1）大气网格化监测
主要包含三类数据展示：
一是监测总览，以地图的形式呈现监测区域的监测数据。
二是监测的实时数据展示，包括AQI、PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3实时监测数据、首要污染源等。
三是设备告警，呈现出现告警的设备情况。
图3大气网格化监测
（2）大气污染源监测
全面涵盖大气污染防治领域的主要污染源包括施工扬尘、道路扬尘、机动车尾气、工业VOCs、生物质焚烧、餐饮油烟等。通过浓度监测和视频监控两个抓手，建立超排违规证据链，为污染源监管提供管理依据和执法依据。
图4工业VOCs气监测图
4.3数据分析
（1）数据对比分析
可实现对单站点单监测数据在一天内或一周内的曲线分析。
（2）数据查询
实现对历史数据、均值数据、历史数据趋势的查询和下载。
（3）大气研判
为大气研判提供全方面的地图，涵盖国控站数据、气象数据等。
（4）污染溯源分析
污染溯源分析结合污染源监测数据和气象数据进行统一的分析。通过污染内因和外因相结合的方式，快速找出真正的污染物来源，精确定位到某一个污染源上。再通过对污染源的历史排放数据进行分析，得出精确的治理方法建议。
（5）报告分析
根据客户对监测数据报告的要求，为客户提供涵盖监测数据、首要污染物、趋势分析、防治手段等内容的报告。报告可按照天、周、月度、季度、年度等进行提供。
4.4台账统计
该模块聚合了平台所有历史和实时数据，通过可视化的图表和详实的表格信息，让监测和监控数据一目了然的呈现给管理者。
图5台账统计首页
4.5考核监管
该模块提供了污染监管的考核功能，包括、污染告警、现场巡检、空气质量达标情况等功能。为客户的对空气质量的管理提供服务。
图6污染告警页面
4.6资源管理
该模块提供了网格的管理（网格的设置、查看、删除、修改）、设备的管理、报告管理等运营管理功能。
图7网格化绘制页面
五、数据分析服务
5.1分析类型
（1）空气质量研判分析
空气质量研判分析重点在污染成因分析和污染溯源分析，其中污染成因分析包括在突发污染、短时浓度异常和重污染时期的成因分析；大气颗粒物组分特征、空间差异及时间变化特征、重污染过程特征、污染气象协同关系分析及污染源解析等。
污染溯源分析需要结合污染源监测数据和气象数据进行统一的分析。通过污染内因和外因相结合的方式，快速找出真正的污染物来源，精确定位到某一个污染源上。再通过对污染源的历史排放数据进行分析，得出精确的治理方法建议。
（2）污染源管控分析
污染源管控分析包括施工扬尘和道路扬尘、机动车尾气、工业VOCs、餐饮油烟、生物质焚烧等大气主要污染源，平台能对监测数据的同比、环比、排名、超标报警、超标比例、颗粒物浓度分布范围等进行统计分析。同时可以根据不同污染源的时空分布，进行本地排放特征和规律分析。
5.2服务类型
（1）平台接入服务
支持客户所拥有的大气监测设备直接接入平台，公司根据客户需求，只为客户提供源数据或分析后数据。
（2）数据信息服务
依托塔、房、电、平台等资源，公司提供端到端数据采集，根据客户需求，直接向客户提供源数据或分析后数据。
六、产品特点
（1）对远程数据进行实时采集和实时展现。
（2）通过规模化的快速布点，为管理决策提供数据支持。
（3）通过精细化的网格监测，实现分级分域的灵活管理。
（4）开放性平台支撑，支持数据跨平台整合共享。
（5）提供端到端的数据采集服务，实现设备快速接入。