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一款PM10智能监测仪的研发与应用
张楠
为防治大气污染，保护和改善生活环境和生态环境，保障人体健康，促进经济和社会的可持续发展，我国于2016年1月颁布实施了经过第二次修订的《中华人民共和国大气污染防治法》，这部被称为“史上最严”的大气污染防治法。不仅在法条数量上几近翻一倍，内容上也基本对所有现行法条作出修改，其中第二十九条要求：环境保护主管部门及其委托的环境监察机构和其他负有大气环境保护监督管理职责的部门，有权通过现场检查监测、自动监测、遥感监测、远红外摄像等方式，对排放大气污染物的企业事业单位和其他生产经营者进行监督检查。
党的十八大报告首次专章论述生态文明，首次提出推进绿色发展、循环发展、低碳发展和建设美丽中国。报告指出：建设生态文明，是关系人民福祉、关乎民族未来的长远大计。面对资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势，必须树立尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念，把生态文明建设放在突出地位，融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程，努力建设美丽中国，实现中华民族永续发展。
随着在建工程项目越来越多，工地分布范围越来越广，传统人力巡查存在检查结果主要靠估测，难以量化和分析，导致相应处罚科学依据不充分等缺点，通过建立扬尘在线监测系统，就可对建筑工地扬尘排放状况进行全天24小时的实时跟踪监控，系统对回传数据进行快速处理、对超过预定排放值的建设工地进行实时报警，及时自动发送短信告知工地负责人做相应整治工作。
一、项目背景
PM10严重污染环境，危害人体健康，对其监测和治理已经刻不容缓。PM10来自污染源的直接排放，比如烟囱与车辆。另一些则是由环境空气中硫的氧化物、氮氧化物、挥发性有机化合物及其它化合物互相作用形成的细小颗粒物，它们的化学和物理组成依地点、气候、一年中的季节不同而变化很大。PM10通常来自在未铺沥青、水泥的路面上行使的机动车、材料的破碎碾磨处理过程以及被风扬起的尘土。
越细小的颗粒物对人体危害越大，粒径超过10微米的颗粒物可被鼻毛阻留，也可通过咳嗽排出人体，而粒径小于10微米的可吸入颗粒物可随人的呼吸沉积到肺部，甚至可以进入肺泡、血液。
PM10的前身为飘尘，指能在大气中长期漂浮的物质。由于它能在大气中长期漂浮，易将污染物带到很远的地方，导致污染范围扩大，在大气中还可为化学反应提供反应床。由于PM10的粒径相对较大，因此PM10是沉降的，近地面的浓度最高，随着高度增加，浓度会减轻。
PM10能被人直接吸入呼吸道，但部分可通过痰液等排出体外，另外也会被鼻腔内部的绒毛阻挡，对人体健康危害相对较小。不过PM10对于能见度和温度的影响非常明显。
光的散射是能见度降低的最主要因素。PM10通过光的散射，降低物体与背景之间的对比度，从而降低能见度。另一方面，PM10对光的吸收效应也是能见度降低的原因。例如，煤烟的总消光系数是透明颗粒的3倍，少量的煤烟颗粒就可以导致光强降低很多。由于PM10的存在直接阻挡太阳光抵达地球表面，使可见光的光学厚度增大，抵达地面的太阳能通量剧烈下降，从而使地面温度降低，高空温度升高。有数据表明，当PM10浓度达到600微克每立方米时，到达地面的紫外线减少42.7%，当达到1000毫克每立方米时，到达地面的紫外线减少60%。
二、项目简介
南阳中衡智能科技有限公司自主研发的、于2016年10月1日成功面市的最新产品——中衡公司的PM10智能监测仪。
中衡公司的PM10智能监测仪，是一套可以全天候扬尘智能监测系统，进行不同环境功能区、扬尘重点监控区、监测点的连续自动监测，且具有完善功能的监测设备。在无人看管的情况下自动监测数据，并通过GPRS/CDMA移动公网、专线网络（中国电信、中国移动、中国联通）传输数据。主要用于城市功能区监测、工业企业厂界监测、施工场界监测。
中衡公司的PM10检测仪可以检测空气质量的六项指标：PM10，PM2.5，温度，湿度，风速，风向。具有快速、灵敏、稳定性好、体积小、重量轻、无噪音、操作简便、安全可靠等优点。适用于公共场所空气中可吸入颗粒（PM10）浓度的现场检测。
三、系统组成与功能
（一）系统组成“扬尘污染自动监控系统”由传感器、数据处理采集器、电源管理、信息传输与监控管理平台共四部分组成。系统集成了物联网、大数据技术，通过光散射在线监测仪、小型气象参数采集设备和数据传输等设备，实现了实时、远程、自动监控颗粒物浓度；数据通过采用GPRS网络传输，可以在智能移动平台、桌面PC机等多终端访问；监控平台还具有高浓度报警功能，与除尘喷雾装置进行联动。可对建筑工地进行实时监控。
（二）功能特点
监测终端系统系统集成了总悬浮颗粒物、PM10、PM2.5、温度、湿度、风向和风速等多个环境参数，24小时在线连续监测，全天候提供工地的空气质量数据，超过报警值时还能自动启动监控设备，具有多参数、实时性、智能化等特性。主要功能特点：
1.系统集成专用： 内置工控行业成熟稳定的嵌入式控制技术，专业配套系统集成商成套系统；
2.系统配套接入： 独有的自动化控制，数据采集优化算法； 3.全天候全自动： 24小时365天全时工作，故障提示报警功能； 4.通信方式可选： 工业级RS485通信，可选GPRS/CDMA/3G、Internet网支持；气象参数扩展：温湿度、风速、风向等气象信号的接入，可进一步扩展，实现环境全面监控；
5.全铝合金外壳： 全铝合金外壳封装，坚固、防尘、防锈、防潮，适合各种恶劣工业环境，防护等级为IP65；
6.实时方便的无线传输方式，在移动公网覆盖的区域内都可以工作；
7.可靠的硬件系统，保证系统稳定工作；
8.高配置嵌入式系统；采用了ARM控制器搭载实时操作系统和看门狗电路，保证系统采集速度和精度；
四、工程应用
通过扬尘在线监测系统可以节约大量人力物力，及时有效地获取建筑工地扬尘排放状况，为现场处理和行政执法提供定量的数据支持。
建设工地内安装在线监控系统后，将对工地进行连续不间断监测，主要监测的项目为可吸入颗粒物，并配套噪声监控系统、气象系统、数据采集系统和通信系统等，与各级环保局污染源监控中心无缝对接，实现互联互通。
在线扬尘噪声自动监测系统主要用于建筑扬尘、沙石场、堆煤场、桔杆焚烧等无组织烟尘污染源排放及居民区、商业区、道路交通、施工区域等的环境空气质量的在线实时的自动监控，所得数据均能通过有线或无线网络及时传递到数据平台便于管控。
目前，为有效遏制建设工程施工和城市道路扬尘污染突出问题, 加强对扬尘治理的综合管控,提高治理的科学化和技术化水平，全国各省市已经行动起来，陆续建立扬尘在线监测系统。
例如：河南省住房和城乡建设厅建立全省工程施工及城市道路扬尘防治综合监控平台,并要求各地监控平台实现与全省监控平台的互联互通。为加强信息融合减少重复建设,实现全省信息的互通互联,使监控数据发挥更大的社会效益。省级平台将于2016年9月底前全面建设完成,各省辖市及直管县(市)平台应在此前建成并完成与省级平台的联调、对接,各县平台应在年底前完成与省辖市级平台的数据共享,实现全省工程施工及城市道路扬尘防治监控平台的互联互通。
上海市、福州市已经开展了扬尘在线监测工作：《福州市人民政府办公厅关于印发福州市环境空气质量行动计划2016年度实施方案的通知》（榕政办[2016]74号）要求，现决定在本市符合要求的房建工地开展扬尘在线监测工作。《上海市人民政府印发关于加快推进本市环境污染第三方治理工作指导意见的通知》）的有关要求，现决定在本市符合要求的建筑工地开展噪声扬尘在线监测工作。
（作者简介：张楠，工程师，南阳中衡智能科技有限公司研发总监，联系电话***）
