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- 空气质量监测物联网与智能化管理平台

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- 空气质量监测物联网与智能化管理平台

  • 分类:大气环境
  • 发布时间:2021-09-27 18:15:35
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概要:
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1.空气质量监测物联网与智能化管理体系

空气质量监测物联网与智能化管理体系建立了完整的数据采集、监控、数据异常诊断和数据多维度分析数据分析管理体系来保障环境空气自动监测数据“真准全”,充分发掘监测数据的潜力,最大限度提供多维度数据分析及热点问题特征成因分析,给用户提供科学的指挥决策指导。

1.1.建设理念
生态环境部编制了《关于推进生态环境监测体系与监测能力现代化的若干意见》:推进科技创新与应用。完善生态环境监测技术体系,发展智慧监测,推动物联网、传感器、区块链、人工智能等新技术在监测监控业务中的应用。
(1)区块链
将区块链技术应用于数据共享、数据安全防护、数据备份;

 

空气质量监测物联网与智能化管理体系

图 区块链数据防护

(2)物联网
面向空气质量监测物联网设备管理的实时前端反馈与人机互动;接入智能化设备实现设备即插即用,从过去的人找设备转向设备找人;

(3)人工智能
异常数据模型诊断应用于数据审核,提高审核效率,减少人为失误;

(4)软件跨平台及国产化的要求;
国外对华政治经济政策日趋恶化,技术封锁日益严重,信息安全受到严重威胁,国产化呼声越来越高。
空气质量监测物联网与智能化管理平台,以提高监测数据质量和数据有效率为方向,以推进空气质量监测站房物联网能力建设水平为途径,着力于在空气质量监测联网平台的建设内容基础上,应用智能站房一体质控联动仪,实现以下应用场景:

1.2.全网站房监控及巡检控制

当站房处于无人状态时,站房里的仪器设备正在运行中,站房业主(环境监测部门)和站房管理人员(运维单位)需要实时掌握站房内外环境,仪器状态的存活和健康情况,当出现异常情况时,能及时收到有效报警信息,并进行处理得到反馈结果。
通过基于物联网设备实现站房自动化巡检与远程控制,可以实时周期性地对站房内外环境,仪器状态进行巡查评估反馈,从过去的人找设备变成设备找人

 

空气质量监测物联网与智能化管理体系

图 全网站房监控

空气质量监测物联网与智能化管理体系图 站房巡检

1.3.颗粒物监测仪流量自动校准

当运维人员在站房现场进行颗粒物手动质控检查时,会出现有意或无意的人为干扰和失误,导致颗粒物监测数据失真,中国环境监测总站希望对颗粒物手动检查进行监控,从而避免人为误差
颗粒物手动质控检查包括流量检查校准、温湿度压力检查校准、质量膜片校准,其中流量检查的频率最高,系统实现颗粒物监测仪质控中流量检查校准自动化。

空气质量监测物联网与智能化管理体系

图 颗粒物半自动化流量校准

1.4.全网质控及质控统计

全网质控一张图可以直观了解到全网所有站点的质控情况,并且可以进一步分析质控不合格的原因,对整体数据质量情况有一个宏观把控,从而辅助质控方面的决策分析。
当执行完监测仪器质控任务生成质控数据后,环境监测站工作人员需要根据质控生成的数据进行统计分析判断整个监测网络的数据质量,包括误差分析、精度统计等,间接掌握不同区域或不同运维公司质控的完成情况和质量;同时需要自动计算质控执行情况和有效数据获取率用于运维考核评分。
系统功能及应用场景如下:

序号 系统功能 应用场景
1 质控统计分析 根据质控生成的数据进行统计分析判断整个监测网络的数据质量,包括误差分析、精度统计等,间接掌握不同区域或不同运维公司质控的完成情况和质量
2 远程质控 通过在线设置自动周期性质控,实现气态污染物质控全自动化,并可现在观测质控曲线,了解质控情况
3 全网质控 全网质控一张图通过GIS地图的形式展示最近一个月内有质控不合格的站点,并且以图表的形式直观展示四项气态污染物近一个月的零点检查、跨度检查、精度检查的质控合格率、质控误差率、不合格站点数量,并且展示质控不合格站点的质控信息。

 

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图 全网质控一张图

img图 质控统计-精度分析

1.5.数据异常诊断

随着监测数据量不断增大,监测数据异常原因日渐复杂,导致人工数据审核时的负荷加重,容易造成异常数据误判漏判,因此急需建立一套基于双屏数据审核联动的数据异常分析诊断体系,第一时间对异常数据进行初步排查,辅助数据审核人员对空气质量自动监测数据进行审核判断。
双屏数据审核联联动依托前端物联网站房一体化智能感知系统,以及区块链对监测数据的全方位防护为基础,实现对异常数据的精准分析,分析维度包括五分钟监测值、小时监测值、站点对比情况、仪器状态情况、运维质控情况和站房环境情况等。

序号 系统功能 应用场景
1  双屏数据审核联动 依据站房间一体化数据及质控运维数据等,多维度分析监测数据生产环境,及异常环境对监测数据的影响。
2 异常数据模型诊断  通过内嵌数据异常诊断算法自动识别监测数据异常值,如趋势异常值、倒挂数据、异常低/高值、数据不值,防止人工数据审核中出现的纰漏。
3 审核效率统计分析 根据《国家环境空气质量监测网城市站运行管理实施细则》中对数据审核的要求,对数据审核上报时间进行统计,掌握数据审核上报效率。

 

img

图 双屏数据审核-异常数据模型诊断

1.6.站房资产设备管理

目前环境监测设备的管理主要依赖于人工,随着环境监测设备逐年增加,资产管理的任务越来越繁重,导致资产盘点费时费力,资产动态不能及时掌握。环境监管部门亟需通过基于设备唯一标识物联网技术应用于资产管理,提高环境监测设备的资产管理效率,及时掌握环境监测设备资产动向。
系统功能及应用场景如下图如示:

序号 系统功能 应用场景
1  蓝牙标签唯一编号分类平台初始化 设备唯一标识的标准化
2 监测仪器信息标签对应 通过蓝牙标签自动接收各个监测仪器的位置及对应基本信息,便于更新和追踪监测仪器位置;
3 监测仪器位置跟踪 跟踪监测仪器位置信息,当出现监测仪器位置变更,及时记录更新,防止资产信息错乱。
4 监测仪器资产盘点 每年设备资产盘点时,自动导出需上交监测仪器资产列表,减轻盘点人员工作负担,增加盘点效率。

 

 每年设备资产盘点时,自动导出需上交监测仪器资产列表,减轻盘点人员工作负担,增加盘点效率。

图 设备分布盘点

1.7.空气质量达标分析

各省市大气污染防治工作逐步推进,而防治工作的目标在于空气质量达标。针对环境监管部门对于污染指标达标无法直观了解的问题,建设达标管理分析专题。
系统功能及应用场景如下表所示:

序号 系统功能 应用场景
1 达标GIS图 供环保部门领导一目了然掌握所管辖区域内的历年达标情况(PM2.5及优良天)及本年度的达标预判;
2 空气质量达标测算 基于当前累计的空气质量情况及设定的目标值,系统自定计算指标在接下来的时间内的达标压力、剩余控制量等,并根据上两年实际情况对当年剩余情况进行达标研判分析。

 

基于当前累计的空气质量情况及设定的目标值,系统自定计算指标在接下来的时间内的达标压力、剩余控制量等,并根据上两年实际情况对当年剩余情况进行达标研判分析。

图 达标GIS图

2.应用案例

2.1.国家环境空气质量监测网城市站运维管理平台
通过逻辑缜密的数据审核体系以及异常数据剔除模型,使得总站1734个国控点监测数据有序完成审核并及时发布。

应用案例

2.2.吉林省空气质量联网监测管理平台-数据防护
为吉林省生态环境监测中心的监测能力建设项目添加区块链支持,当前共有22个监测站点接入吉林省的区块链网络。

应用案例

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