生态用地空气负氧离子的在线监测方法
【专利摘要】一种空气质量检测【技术领域】的生态用地空气负氧离子的在线监测方法，通过确定监测点位置，采集数据并剔除异常值得以实现。本发明能够避免外界间歇性干扰因素对环境空气负氧离子监测影响，合理监测、评价空气负氧离子，实现有效监测环境空气负氧离子，合理反映环境空气质量的清新度。
【专利说明】 生态用地空气负氧离子的在线监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种空气质量监测【技术领域】的方法，具体是一种生态用地空气负氧离子的在线监测方法。
【背景技术】
[0002]空气负氧离子为小粒径负氧离子,离子迁移率大于0.4cm2/V *sec。空气负氧离子利用其带电功能，能将空气中悬浮污染物、细菌等吸附而使空气变清洁，具有降尘、灭菌、净化空气作用，其含量在一定程度上反应了空气的清洁度及环境遭受污染的程度。由于空气负氧离子对人体健康的重要作用，以及它与大气污染密切的负相关性，空气负氧离子浓度成为国际上表征空气清新普遍采用的评价指标。世界卫生组织(WHO)规定，每立方厘米空气负氧离子不低于1000 -1500个时为清新空气，并以400个/立方厘米作为旅游区空气负氧离子的临界浓度。
[0003]目前，国内一些风景旅游区开展了空气负氧离子监测工作，但由于监测技术尚未统一，且边界条件未曾界定，使监测值无法合理表征区域空气负氧离子的水平；另外，监测仪器、离子迁移率、监测时间、计算方法不统一，造成各区域负氧离子监测浓度差异明显，无法进行不同区域之间的对比。
[0004]空气负氧离子影响因素复杂，不仅受温度、湿度、太阳辐射、风向、风速等气象因素的影响，还与pm2.5、PM10, NO3> SO4等大气污染因子有关；植被类型、覆盖度、面积均也对负氧离子产生一定的影响。此外，监测点位置布设不当，周边人为活动以及其它辐射源的影响，均会干扰空气负氧离子的监测值，即使在环境要素相同的区域，不同点的空气负氧离子浓度监测值也会由于外界因素的干扰，监测值不稳定。同时，数据采集处理未有统一、合理的标准，未进行定量规定，这使不同监测点的负氧离子浓度不能够进行有效对比。
[0005]目前空气负氧离子的监测技术，尚未对监测仪器的放置地点、边界条件、周边环境做出统一的界定，且对在线仪器设备技术要求、在线系统构成、数据采集频率、数据有效性未做出明确的规定，这些因素均会影响仪器监测数据的合理性。
[0006]因此，有必要制定空气负氧离子的监测方法，合理布设点位，规范监测条件，避免周围环境间歇性干扰因素对空气负氧离子浓度的影响，使监测设备有效表征区域空气负氧离子的真实浓度，反映环境空气质量的清新度；同时，确定在线监测系统构成，对设备进行定期校正，有效采集、筛选数据，合理评价空气负氧离子，使不同区域监测的空气负氧离子能够有效对比和评价。
【发明内容】
[0007]本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种生态用地空气负氧离子的在线监测方法，能够避免外界间歇性干扰因素对环境空气负氧离子监测影响，合理监测、评价空气负氧离子，实现有效监测环境空气负氧离子，合理反映环境空气质量的清新度。
[0008]本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤:
[0009]第一步、确定监测点位置，具体为:
[0010]1.1)设置地面植被为林地和/或草地，监测点周边去除裸露泥土、监测点设置于距离周边林地边界20m以上的树荫下以避免太阳直射.
[0011]所述监测点高度为1.5 -2m、周边2m以内没有障碍物、周边50m内没有电磁辐射设备。
[0012]第二步、采集数据并剔除异常值，具体为:
[0013]2.1)启动检测系统并预热20min ；
[0014]2.2)进行2小时以上的连续数据读取。
[0015]所述的剔除异常值是指:对于超出已采集数据平均值2 - 3倍以上的数据、连续3个以上十分钟均值一致的数据、小于100个/Cm3或大于5000个/cm3的数据剔除，当发生检测系统重启后，剔除重启后初始采集到的30min数据。
[0016]本发明涉及一种实现方法的环境空气负氧离子在线监测系统，包括:数据自动接收系统、数据自动处理系统和设备运营维护系统，其中:
[0017]所述的数据自动接收系统包括:监测仪器、外网路由器和接收服务器，其中:监测仪器对空气中的负氧离子进行连续自动监测、采集和存储，并由外网路由器发送至具有固定IP地址的接收服务器。
[0018]所述的接收服务器内置接收软件、数据入库软件和WEB客户端查看软件，通过接收软件接收和解析监测数据，并通过数据入库软件写入到数据库中，通过WEB客户端查看软件查看。
[0019]所述的数据自动处理系统包括:数据检查处理模块、数据统计分析模块、数据问题诊断模块，其中:数据检查处理模块对所监测的数据进行检查，判别数据的断点、跳点特征，对数据进行筛选处理，存储有效数据；数据统计分析模块对处理后的数据进行时均值、日均值、月均值、年均值统计，自动分析数据分布规律；数据问题诊断模块对仪器数据异常原因进行诊断，自动解析仪器监测运行问题。
[0020]所述的设备运营维护系统包括:仪器校准审核单元和设备运行维护单元，其中:仪器校准审核单元是指定期对监测仪器监测数据进行标定、校准，并对检修设备和更换设备进行校准，标定校准后进行24h的试运行，审核数据的稳定性；设备运行维护单元指根据设备的运行要求，进行日常保养、维护，对发生仪器故障的设备进行检修和更换。
技术效果
[0021]与现有技术相比，本发明实现了环境空气负氧离子监测仪安装位置的合理选择，规范了周边环境条件，以及确定了有效数据的筛选方法，同时提出实现数据处理、维护及管理的环境空气负氧离子在线监测系统。根据大量的野外现场监测和在线监测实验，确定了这些要求的具体参数，为环境空气负氧离子监测点合理布设、数据评价、以及不同生态用地监测数据互相对比提供了依据。
[0022]本发明通过对监测设备点位选择和周边环境条件的界定，使监测的空气负氧离子能有效表征生态用地的合理浓度，避免监测点位选择无效导致监测数据不合理；通过仪器周边环境条件的界定，有效避免外界不良因素的干扰，减少监测仪器发生故障的频率；通过确定监测数据的处理方法，筛选出有效数据，能够合理评价及对比不同生态用地的空气负氧离子情况；通过确定环境空气负氧离子的在线监测系统组成，建立数据采集处理、问题诊断、运营维护的自动模式，有效管理空气负氧离子的自动监测系统，节省人力。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明环境空气负氧离子的在线监测系统示意图。
[0024]图2为负氧离子仪器监测点位置示意图。
[0025]图3为不同测点四个方向负氧离子监测情况示意图；
[0026]图中:a为实施例1示意图；b为实施例2示意图；c为实施例3示意图；d为实施例4示意图。
[0027]图4为同一测点有风无风空气负氧离子监测值对比情况示意图。
[0028]图5为滩涂水面、空旷地区空气负氧离子监测情况示意图。
[0029]图6为典型生态用地负氧离子监测情况示意图。
[0030]图7为空气负氧离子数据监测初始不稳定情况示意图。
[0031]图8为典型测点夏季太阳下或树荫下的空气负氧离子监测值对比图
[0032]图9为环境空气负氧离子自动监测系统基本构成示意图。
【具体实施方式】
[0033]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
[0034]如图1所示，本实施例中空气负氧离子监测仪I外面加防风防雨罩2，进出风口 5设计应将风速控制在0.5m/s以下，并避免降雨淋入，在风口设置防虫网5，避免飞虫进入、蜘蛛结网，干扰负氧离子监测数据(仅监测负氧离子需I个进风口、I个出风口 ；如果正、负氧离子均监测需要2个进风口、2个出风口)。负氧离子仪器通过支杆3支撑，高度在1.5-2米左右，支杆可以为金属或木材材质，需能承受负氧离子仪器及防风罩的重量。为防止人为活动影响，负氧离子仪器周边应用栏杆11围隔，栏杆边长为4米以上，距离负氧离子仪器至少2米以上。仪器主板8应有数据处理、存储、计算、分析功能，监测数据通过GPRS模块自动传输至接收系统(服务器)。为确保仪器数据传输顺利，防风罩外侧安装通讯天线7。为避免夏季雷雨、雷电影响，仪器内部应安装防雷设备9。另外，仪器应通过电线4外接220v电源，并内置电池10，确保供电10小时以上，避免突发断电时数据的自动接收与传输。
[0035]如图2所示，图中显示了空气负氧离子监测仪安装的边界条件。空气负氧离子设备4通过支架5固定在林地(或林草结合)2区域，并位于树荫下，自然通风条件良好。负氧离子仪器安装位置距离林地边界6至少5米以上，周边无辐射源、无其他仪器，无金属障碍物。监测区域远离森林烧烤、林地娱乐场所、停车场等区域，避免废气影响空气负氧离子监测结果。
[0036]如图3所示，空气负氧离子大小与风向成一定的正比关系，与进入仪器取样筒的空气流量有关，当取样筒正对风向时，空气流量大，电容式收集器收集到的空气离子携带的电荷就多，监测值就高。
[0037]如图3a所示，为本实施例的测试点1:风向为东到东北风，仪器采样筒进风口分别朝东、南、西、北四个方向放置，当仪器采样筒进风口朝东时，监测的负氧离子浓度数值较大；
[0038]如图3b所示，为本实施例的测试点2:风向为偏南风，仪器采样筒进风口分别朝东、南、西、北四个方向放置，当仪器采样筒进风口朝朝南时，监测数值较大；
[0039]如图3c所示，为本实施例的测试点3:风向为偏北风，仪器采样筒进风口分别朝东、南、西、北四个方向放置，当仪器采样筒进风口朝北时，监测值较大；
[0040]如图3d所示，为本实施例的测试点4:风向为东南风，仪器采样筒进风口分别朝东、南、西、北四个方向放置，当仪器采样筒进风口朝东时，监测值较大。
[0041]如图4所示，有风时空气负氧离子浓度高于无风时监测值，且有风时监测数据具有一定的波动，说明风速对空气负氧离子浓度存在一定的干扰，在线监测仪器应有防风装置。
[0042]如图5所示，滩涂潮汐水面、空旷地区空气负氧离子监测数据波动很大，60%数据超出合理范围，说明空气负氧离子仪不宜安装在此位置。
[0043]如图6所示，根据本发明布设的典型生态用地空气负氧离子监测设备，数据稳定，除有少数不正常跳点数据外，监测值能够有效代表本区域的空气负氧离子浓度水平。
[0044]如图7所示，不同典型生态用地空气负氧离子数据一段时间内监测值分布情况，部分测点初始值不稳定，高于稳定期2 - 3倍。
[0045]如图8a和图Sb所示，夏季阳光下空气负氧离子浓度明显低于同测点树荫下监测的空气负氧离子浓度。因此，如对比不同生态区域的空气负氧离子浓度，应在同一条件下进行监测。
[0046]如图8a所示，为测试点气象条件1:天气晴朗、无风，9:40 _ 13:10将监测仪器放置于荫凉处监测，13:20 - 13:30将仪器移至10米之外太阳直射区，13:40 - 15:50仪器在太阳直射条件负氧离子浓度监测。结果表明:太阳辐射由荫凉处的100W/m2左右上升至900W/m2左右，负氧离子浓度在13:40出现骤降，9:40 - 13:10的负氧离子浓度约是13:40 - 15:50的3倍，说明太阳辐射量越大，空气负氧离子浓度越低。
[0047]如图Sb所示，为测试点气象条件2:天气晴朗、无风，11:00 - 14:50对荫凉处、太阳直射区同时进行空气负氧离子监测，两个测点相距10米。监测前对2台仪器进行比对实验，消除相对误差。监测结果表明，荫凉条件下和太阳直射条件下负氧离子浓度呈现基本一致的时间变化趋势，但荫凉条件下空气负氧离子浓度明显高于同样周边环境太阳直射条件下负氧离子浓度。
[0048]如图9所示，图中显示了实现本发明的环境空气负氧离子的自动监测系统。本实施例中放置野外监测的空气负氧离子数据通过GPRS网络发送至室内的数据接收系统，通过软件程序对数据进行自动处理，删除跳点、间歇、不稳定数据，并由系统自动诊断出现问题的类型、时间、并对问题进行判断，通过GPRS网络自动传输至技术人员，对于野外工作仪器故障，8小时无数据等现象进行警报通知。技术人员接到通知后进行人工判断，并现场踏勘，对系统进行人工维护和维修。
【权利要求】
1.一种生态用地空气负氧离子的在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步、确定监测点位置，具体为设置地面植被为林地和/或草地，监测点周边去除裸露泥土、监测点设置于距离周边林地边界20m以上的树荫下以避免太阳直射；所述监测点高度为1.5 - 2m、周边2m以内没有障碍物、周边50m内没有电磁辐射设备； 第二步、采集数据并剔除异常值，具体为启动检测系统并预热20min，然后进行2小时以上的连续数据读取，对于超出已采集数据平均值2 -3倍以上的数据、连续3个以上十分钟均值一致的数据、小于100个/cm3或大于5000个/cm3的数据剔除，当发生检测系统重启后，剔除重启后初始采集到的30min数据。
2.一种实现权利要求1所述方法的环境空气负氧离子在线监测系统，其特征在于，包括:数据自动接收系统、数据自动处理系统和设备运营维护系统，其中: 所述的数据自动接收系统包括:监测仪器、外网路由器和接收服务器，其中:监测仪器对空气中的负氧离子进行连续自动监测、采集和存储，并由外网路由器发送至具有固定IP地址的接收服务器； 所述的接收服务器内置接收软件、数据入库软件和WEB客户端查看软件，通过接收软件接收和解析监测数据，并通过数据入库软件写入到数据库中，通过WEB客户端查看软件查看； 所述的数据自动处理系统包括:数据检查处理模块、数据统计分析模块、数据问题诊断模块，其中:数据检查处理模块对所监测的数据进行检查，判别数据的断点、跳点特征，对数据进行筛选处理，存储有效数据；数据统计分析模块对处理后的数据进行时均值、日均值、月均值、年均值统计，自动分析数据分布规律；数据问题诊断模块对仪器数据异常原因进行诊断，自动解析仪器监测运行问题； 所述的设备运营维护系统包括:仪器校准审核单元和设备运行维护单元，其中:仪器校准审核单元是指定期对监测仪器监测数据进行标定、校准，并对检修设备和更换设备进行校准，标定校准后进行24h的试运行，审核数据的稳定性；设备运行维护单元指根据设备的运行要求，进行日常保养、维护，对发生仪器故障的设备进行检修和更换。
【文档编号】H04L29/06GK104198661SQ201410468123
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】王敏, 熊丽君, 吴建强, 唐浩, 黄沈发, 赵艳佩 申请人:上海市环境科学研究院