生態用地空氣負氧離子的在線監測方法
2023-06-15 04:25:31
生態用地空氣負氧離子的在線監測方法
【專利摘要】一種空氣品質檢測【技術領域】的生態用地空氣負氧離子的在線監測方法，通過確定監測點位置，採集數據並剔除異常值得以實現。本發明能夠避免外界間歇性幹擾因素對環境空氣負氧離子監測影響，合理監測、評價空氣負氧離子，實現有效監測環境空氣負氧離子，合理反映環境空氣品質的清新度。
【專利說明】 生態用地空氣負氧離子的在線監測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種空氣品質監測【技術領域】的方法，具體是一種生態用地空氣負氧離子的在線監測方法。
【背景技術】
[0002]空氣負氧離子為小粒徑負氧離子,離子遷移率大於0.4cm2/V *sec。空氣負氧離子利用其帶電功能，能將空氣中懸浮汙染物、細菌等吸附而使空氣變清潔，具有降塵、滅菌、淨化空氣作用，其含量在一定程度上反應了空氣的清潔度及環境遭受汙染的程度。由於空氣負氧離子對人體健康的重要作用，以及它與大氣汙染密切的負相關性，空氣負氧離子濃度成為國際上表徵空氣清新普遍採用的評價指標。世界衛生組織(WHO)規定，每立方釐米空氣負氧離子不低於1000 -1500個時為清新空氣，並以400個/立方釐米作為旅遊區空氣負氧離子的臨界濃度。
[0003]目前，國內一些風景旅遊區開展了空氣負氧離子監測工作，但由於監測技術尚未統一，且邊界條件未曾界定，使監測值無法合理表徵區域空氣負氧離子的水平；另外，監測儀器、離子遷移率、監測時間、計算方法不統一，造成各區域負氧離子監測濃度差異明顯，無法進行不同區域之間的對比。
[0004]空氣負氧離子影響因素複雜，不僅受溫度、溼度、太陽輻射、風向、風速等氣象因素的影響，還與pm2.5、PM10, NO3> SO4等大氣汙染因子有關；植被類型、覆蓋度、面積均也對負氧離子產生一定的影響。此外，監測點位置布設不當，周邊人為活動以及其它輻射源的影響，均會干擾空氣負氧離子的監測值，即使在環境要素相同的區域，不同點的空氣負氧離子濃度監測值也會由於外界因素的幹擾，監測值不穩定。同時，數據採集處理未有統一、合理的標準，未進行定量規定，這使不同監測點的負氧離子濃度不能夠進行有效對比。
[0005]目前空氣負氧離子的監測技術，尚未對監測儀器的放置地點、邊界條件、周邊環境做出統一的界定，且對在線儀器設備技術要求、在線系統構成、數據採集頻率、數據有效性未做出明確的規定，這些因素均會影響儀器監測數據的合理性。
[0006]因此，有必要制定空氣負氧離子的監測方法，合理布設點位，規範監測條件，避免周圍環境間歇性幹擾因素對空氣負氧離子濃度的影響，使監測設備有效表徵區域空氣負氧離子的真實濃度，反映環境空氣品質的清新度；同時，確定在線監測系統構成，對設備進行定期校正，有效採集、篩選數據，合理評價空氣負氧離子，使不同區域監測的空氣負氧離子能夠有效對比和評價。
【發明內容】
[0007]本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種生態用地空氣負氧離子的在線監測方法，能夠避免外界間歇性幹擾因素對環境空氣負氧離子監測影響，合理監測、評價空氣負氧離子，實現有效監測環境空氣負氧離子，合理反映環境空氣品質的清新度。
[0008]本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括以下步驟:
[0009]第一步、確定監測點位置，具體為:
[0010]1.1)設置地面植被為林地和/或草地，監測點周邊去除裸露泥土、監測點設置於距離周邊林地邊界20m以上的樹蔭下以避免太陽直射.
[0011]所述監測點高度為1.5 -2m、周邊2m以內沒有障礙物、周邊50m內沒有電磁輻射設備。
[0012]第二步、採集數據並剔除異常值，具體為:
[0013]2.1)啟動檢測系統並預熱20min ；
[0014]2.2)進行2小時以上的連續數據讀取。
[0015]所述的剔除異常值是指:對於超出已採集數據平均值2 - 3倍以上的數據、連續3個以上十分鐘均值一致的數據、小於100個/Cm3或大於5000個/cm3的數據剔除，當發生檢測系統重啟後，剔除重啟後初始採集到的30min數據。
[0016]本發明涉及一種實現方法的環境空氣負氧離子在線監測系統，包括:數據自動接收系統、數據自動處理系統和設備運營維護系統，其中:
[0017]所述的數據自動接收系統包括:監測儀器、外網路由器和接收伺服器，其中:監測儀器對空氣中的負氧離子進行連續自動監測、採集和存儲，並由外網路由器發送至具有固定IP位址的接收伺服器。
[0018]所述的接收伺服器內置接收軟體、數據入庫軟體和WEB客戶端查看軟體，通過接收軟體接收和解析監測數據，並通過數據入庫軟體寫入到資料庫中，通過WEB客戶端查看軟體查看。
[0019]所述的數據自動處理系統包括:數據檢查處理模塊、數據統計分析模塊、數據問題診斷模塊，其中:數據檢查處理模塊對所監測的數據進行檢查，判別數據的斷點、跳點特徵，對數據進行篩選處理，存儲有效數據；數據統計分析模塊對處理後的數據進行時均值、日均值、月均值、年均值統計，自動分析數據分布規律；數據問題診斷模塊對儀器數據異常原因進行診斷，自動解析儀器監測運行問題。
[0020]所述的設備運營維護系統包括:儀器校準審核單元和設備運行維護單元，其中:儀器校準審核單元是指定期對監測儀器監測數據進行標定、校準，並對檢修設備和更換設備進行校準，標定校準後進行24h的試運行，審核數據的穩定性；設備運行維護單元指根據設備的運行要求，進行日常保養、維護，對發生儀器故障的設備進行檢修和更換。
技術效果
[0021]與現有技術相比，本發明實現了環境空氣負氧離子監測儀安裝位置的合理選擇，規範了周邊環境條件，以及確定了有效數據的篩選方法，同時提出實現數據處理、維護及管理的環境空氣負氧離子在線監測系統。根據大量的野外現場監測和在線監測實驗，確定了這些要求的具體參數，為環境空氣負氧離子監測點合理布設、數據評價、以及不同生態用地監測數據互相對比提供了依據。
[0022]本發明通過對監測設備點位選擇和周邊環境條件的界定，使監測的空氣負氧離子能有效表徵生態用地的合理濃度，避免監測點位選擇無效導致監測數據不合理；通過儀器周邊環境條件的界定，有效避免外界不良因素的幹擾，減少監測儀器發生故障的頻率；通過確定監測數據的處理方法，篩選出有效數據，能夠合理評價及對比不同生態用地的空氣負氧離子情況；通過確定環境空氣負氧離子的在線監測系統組成，建立數據採集處理、問題診斷、運營維護的自動模式，有效管理空氣負氧離子的自動監測系統，節省人力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明環境空氣負氧離子的在線監測系統示意圖。
[0024]圖2為負氧離子儀器監測點位置示意圖。
[0025]圖3為不同測點四個方向負氧離子監測情況示意圖；
[0026]圖中:a為實施例1示意圖；b為實施例2示意圖；c為實施例3示意圖；d為實施例4示意圖。
[0027]圖4為同一測點有風無風空氣負氧離子監測值對比情況示意圖。
[0028]圖5為灘涂水面、空曠地區空氣負氧離子監測情況示意圖。
[0029]圖6為典型生態用地負氧離子監測情況示意圖。
[0030]圖7為空氣負氧離子數據監測初始不穩定情況示意圖。
[0031]圖8為典型測點夏季太陽下或樹蔭下的空氣負氧離子監測值對比圖
[0032]圖9為環境空氣負氧離子自動監測系統基本構成示意圖。
【具體實施方式】
[0033]下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。
實施例1
[0034]如圖1所示，本實施例中空氣負氧離子監測儀I外面加防風防雨罩2，進出風口 5設計應將風速控制在0.5m/s以下，並避免降雨淋入，在風口設置防蟲網5，避免飛蟲進入、蜘蛛結網，幹擾負氧離子監測數據(僅監測負氧離子需I個進風口、I個出風口 ；如果正、負氧離子均監測需要2個進風口、2個出風口)。負氧離子儀器通過支杆3支撐，高度在1.5-2米左右，支杆可以為金屬或木材材質，需能承受負氧離子儀器及防風罩的重量。為防止人為活動影響，負氧離子儀器周邊應用欄杆11圍隔，欄杆邊長為4米以上，距離負氧離子儀器至少2米以上。儀器主板8應有數據處理、存儲、計算、分析功能，監測數據通過GPRS模塊自動傳輸至接收系統(伺服器)。為確保儀器數據傳輸順利，防風罩外側安裝通訊天線7。為避免夏季雷雨、雷電影響，儀器內部應安裝防雷設備9。另外，儀器應通過電線4外接220v電源，並內置電池10，確保供電10小時以上，避免突發斷電時數據的自動接收與傳輸。
[0035]如圖2所示，圖中顯示了空氣負氧離子監測儀安裝的邊界條件。空氣負氧離子設備4通過支架5固定在林地(或林草結合)2區域，並位於樹蔭下，自然通風條件良好。負氧離子儀器安裝位置距離林地邊界6至少5米以上，周邊無輻射源、無其他儀器，無金屬障礙物。監測區域遠離森林燒烤、林地娛樂場所、停車場等區域，避免廢氣影響空氣負氧離子監測結果。
[0036]如圖3所示，空氣負氧離子大小與風向成一定的正比關係，與進入儀器取樣筒的空氣流量有關，當取樣筒正對風向時，空氣流量大，電容式收集器收集到的空氣離子攜帶的電荷就多，監測值就高。
[0037]如圖3a所示，為本實施例的測試點1:風向為東到東北風，儀器採樣筒進風口分別朝東、南、西、北四個方向放置，當儀器採樣筒進風口朝東時，監測的負氧離子濃度數值較大；
[0038]如圖3b所示，為本實施例的測試點2:風向為偏南風，儀器採樣筒進風口分別朝東、南、西、北四個方向放置，當儀器採樣筒進風口朝朝南時，監測數值較大；
[0039]如圖3c所示，為本實施例的測試點3:風向為偏北風，儀器採樣筒進風口分別朝東、南、西、北四個方向放置，當儀器採樣筒進風口朝北時，監測值較大；
[0040]如圖3d所示，為本實施例的測試點4:風向為東南風，儀器採樣筒進風口分別朝東、南、西、北四個方向放置，當儀器採樣筒進風口朝東時，監測值較大。
[0041]如圖4所示，有風時空氣負氧離子濃度高於無風時監測值，且有風時監測數據具有一定的波動，說明風速對空氣負氧離子濃度存在一定的幹擾，在線監測儀器應有防風裝置。
[0042]如圖5所示，灘涂潮汐水面、空曠地區空氣負氧離子監測數據波動很大，60%數據超出合理範圍，說明空氣負氧離子儀不宜安裝在此位置。
[0043]如圖6所示，根據本發明布設的典型生態用地空氣負氧離子監測設備，數據穩定，除有少數不正常跳點數據外，監測值能夠有效代表本區域的空氣負氧離子濃度水平。
[0044]如圖7所示，不同典型生態用地空氣負氧離子數據一段時間內監測值分布情況，部分測點初始值不穩定，高於穩定期2 - 3倍。
[0045]如圖8a和圖Sb所示，夏季陽光下空氣負氧離子濃度明顯低於同測點樹蔭下監測的空氣負氧離子濃度。因此，如對比不同生態區域的空氣負氧離子濃度，應在同一條件下進行監測。
[0046]如圖8a所示，為測試點氣象條件1:天氣晴朗、無風，9:40 _ 13:10將監測儀器放置於蔭涼處監測，13:20 - 13:30將儀器移至10米之外太陽直射區，13:40 - 15:50儀器在太陽直射條件負氧離子濃度監測。結果表明:太陽輻射由蔭涼處的100W/m2左右上升至900W/m2左右，負氧離子濃度在13:40出現驟降，9:40 - 13:10的負氧離子濃度約是13:40 - 15:50的3倍，說明太陽輻射量越大，空氣負氧離子濃度越低。
[0047]如圖Sb所示，為測試點氣象條件2:天氣晴朗、無風，11:00 - 14:50對蔭涼處、太陽直射區同時進行空氣負氧離子監測，兩個測點相距10米。監測前對2臺儀器進行比對實驗，消除相對誤差。監測結果表明，蔭涼條件下和太陽直射條件下負氧離子濃度呈現基本一致的時間變化趨勢，但蔭涼條件下空氣負氧離子濃度明顯高於同樣周邊環境太陽直射條件下負氧離子濃度。
[0048]如圖9所示，圖中顯示了實現本發明的環境空氣負氧離子的自動監測系統。本實施例中放置野外監測的空氣負氧離子數據通過GPRS網絡發送至室內的數據接收系統，通過軟體程序對數據進行自動處理，刪除跳點、間歇、不穩定數據，並由系統自動診斷出現問題的類型、時間、並對問題進行判斷，通過GPRS網絡自動傳輸至技術人員，對於野外工作儀器故障，8小時無數據等現象進行警報通知。技術人員接到通知後進行人工判斷，並現場踏勘，對系統進行人工維護和維修。
【權利要求】
1.一種生態用地空氣負氧離子的在線監測方法，其特徵在於，包括以下步驟: 第一步、確定監測點位置，具體為設置地面植被為林地和/或草地，監測點周邊去除裸露泥土、監測點設置於距離周邊林地邊界20m以上的樹蔭下以避免太陽直射；所述監測點高度為1.5 - 2m、周邊2m以內沒有障礙物、周邊50m內沒有電磁輻射設備； 第二步、採集數據並剔除異常值，具體為啟動檢測系統並預熱20min，然後進行2小時以上的連續數據讀取，對於超出已採集數據平均值2 -3倍以上的數據、連續3個以上十分鐘均值一致的數據、小於100個/cm3或大於5000個/cm3的數據剔除，當發生檢測系統重啟後，剔除重啟後初始採集到的30min數據。
2.一種實現權利要求1所述方法的環境空氣負氧離子在線監測系統，其特徵在於，包括:數據自動接收系統、數據自動處理系統和設備運營維護系統，其中: 所述的數據自動接收系統包括:監測儀器、外網路由器和接收伺服器，其中:監測儀器對空氣中的負氧離子進行連續自動監測、採集和存儲，並由外網路由器發送至具有固定IP位址的接收伺服器； 所述的接收伺服器內置接收軟體、數據入庫軟體和WEB客戶端查看軟體，通過接收軟體接收和解析監測數據，並通過數據入庫軟體寫入到資料庫中，通過WEB客戶端查看軟體查看； 所述的數據自動處理系統包括:數據檢查處理模塊、數據統計分析模塊、數據問題診斷模塊，其中:數據檢查處理模塊對所監測的數據進行檢查，判別數據的斷點、跳點特徵，對數據進行篩選處理，存儲有效數據；數據統計分析模塊對處理後的數據進行時均值、日均值、月均值、年均值統計，自動分析數據分布規律；數據問題診斷模塊對儀器數據異常原因進行診斷，自動解析儀器監測運行問題； 所述的設備運營維護系統包括:儀器校準審核單元和設備運行維護單元，其中:儀器校準審核單元是指定期對監測儀器監測數據進行標定、校準，並對檢修設備和更換設備進行校準，標定校準後進行24h的試運行，審核數據的穩定性；設備運行維護單元指根據設備的運行要求，進行日常保養、維護，對發生儀器故障的設備進行檢修和更換。
【文檔編號】H04L29/06GK104198661SQ201410468123
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月15日 優先權日:2014年9月15日
【發明者】王敏, 熊麗君, 吳建強, 唐浩, 黃沈發, 趙豔佩 申請人:上海市環境科學研究院