一种大气污染物精准溯源识别系统及方法技术方案

本申请公开了一种大气污染物精准溯源识别系统及方法，包括数据监测模块、信息处理模块和可视化协同决策模块；通过部署以敏感点位为中心节点的区域气象流场与大气痕量成分高精尖分析仪器，实时高分辨监测区域大气物理流场状况，立体全面掌握区域内任意点位大气流动特征参数；同时在前期获取覆盖区域内各工业企业生产全周期中排放的指纹型痕量气体和亚微米级粒子特征成分等的谱分布基础上，在中心节点进行高分辨实时特征成分监测；在获得以上物理，化学参数基础上进行相关算法计算，从而进行工业园区污染物来源识别定位解析，解析结果对于防范区域环境污染过程,在事前预防、事中监测、事后评价的各个过程中均起着极其重要的作用。

A Precise Traceability Identification System and Method for Air Pollutants

This application discloses a precise traceability identification system and method for atmospheric pollutants, including data monitoring module, information processing module and visual cooperative decision-making module. By deploying high-precision analytical instruments for regional meteorological flow field and atmospheric trace components with sensitive points as the central node, real-time and high-resolution monitoring of regional atmospheric physical flow field can be achieved, and the arbitrary situation in the region can be grasped in a three-dimensional and comprehensive way. At the same time, on the basis of obtaining the spectral distribution of fingerprint trace gases and sub-micron particle characteristic components emitted by industrial enterprises in the whole production cycle in the coverage area in advance, high-resolution real-time characteristic component monitoring is carried out at the central node; on the basis of obtaining the above physical and chemical parameters, relevant algorithms are calculated to carry out industrial park pollution. The results of identification and location of dye sources play an extremely important role in the prevention of regional environmental pollution, in-process monitoring, and in-process evaluation.

【技术实现步骤摘要】
一种大气污染物精准溯源识别系统及方法
本申请涉及环境监测
，具体而言，涉及一种大气污染物精准溯源识别系统及方法。
技术介绍
随着人类工业活动的不断发展，空气污染严重影响城市空气环境质量和人体健康。当前，规模化的工业园区越来越多的出现，园区企业的废气排放不仅成为重要的空气污染源而且成为影响本地空气质量考核、引起居民投诉信访量上升等的最重要因素。园区大气污染物中的细颗粒物、硫氧化物、氮氧化物、挥发性有机物等对于人体健康有着极大的危害，直接或间接导致当地空气质量监测数据上升。而面对突发性的投诉和阶段性监测数据上升时，由于园区内排放源众多，排放物随大气流动性强，管理者常常无法确定大气污染物准确来源而无法针对性管理。目前，基于概率统计理论与优化理论的技术为基础的物理扩散模型方法被国内外学者应用于空气污染排放溯源方法，该方法主要基于气象和环境污染物浓度实时监测数据并利用上述统计方法来反推推算最大可能产生污染排放的区域和概率。但该类溯源技术只能对污染发生来源的工业区区域和概率进行判别，若该工业区区域内存在多个污染企业，则无法进一步判别。现有的大气扩散模型模式以及相关的溯源系统因为气象观测数据、采样分析技术和算法本身都适合于城市及更大尺度，在园区尺度范围内溯源分辨率、精确度、指向性都不足。因此研究一种大气污染物精准溯源识别系统具有十分重大的意义。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种大气污染物精准溯源识别系统及方法，该系统包括数据监测模块、信息处理模块和可视化协同决策模块，以各种物理、化学特征参数监测、分析方法为基础，多种污染源解析技术为核心，追溯定位污染源。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种大气污染物精准溯源识别系统，包括监测模块、信息处理模块、可视化协同决策模块；所述监测模块包括大气物理流场监测和大气化学特征因子监测，用于为信息处理模块提供输入数据，所述大气物理流场监测为利用高密度气象观测仪组网监测园区动态大气流场，所述大气化学特征因子监测为利用大气痕量成分高精度分析仪器实时测量节点区域内各工业企业生产全周期中排放的指纹型特征痕量气体和亚微米级粒子特征成分的谱分布；所述信息处理模块包括大气物理流场计算模块、化学计算模块、源解析模型、地理信息系统，所述大气物理流场计算模块定性定量描述大气污染物从排放源到被检测点所经历的全过程，所述化学计算模块用于建立污染源与监测点位之间的轨迹对应关系，所述源解析模型用于分析环境污染物监测数据并对污染物进行定性和定量源解析，所述地理信息系统用于处理区域、分辨率、地形地貌、建筑物和路况信息；所述可视化协同决策模块用于可视化展示物理来源回溯、进行化学特征谱比对、生成综合溯源结论、生成自动报告。所述可视化协同决策模块还包括以可视化方式集成相关大数据，所述大数据包括本区域环境卫星、监测站网、空间全面联网无缝式实时监测数据，用以高频率在线监测实现对大气环境态势的全面感知、自动预测预警、协同高效识别、处置污染排放。所述大气物理流场监测具体为：将园区划分为以每100m×100m为一个格点的网格区域，每个格点内部署一套气象参数观测仪，构成格点流场基础数据，高时频的所述基础数据供计算系统重构三维立体流场，无缝隙的掌握承载污染物质的大气气团活动轨迹矢量过程，从而为从物理空间层面识别来源提供数据。所述大气痕量成分高精度分析仪器包括能够监测一般工业生产过程中释放的挥发性有机物、无机气体、颗粒物，所述挥发性有机物包括烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃、醛、酮、酸；所述无机气体包括硫氧化物、氮氧化物、氨；所述颗粒物包括可溶性离子、金属元素。所述大气物理流场计算模块通过大气物理格点流场监测数据，根据高精度高分辨数据包括园区自身的地形建筑、源分布状况、气象数据，通过微尺度及小尺度与中尺度大气扩散算法进行污染物物理流场的定位识别、三维空间溯源分析，从物理运动轨迹回溯污染排放来源。所述大气扩散算法具体为：以受体点为原点，建立空间直角三维坐标系xyz，假设一个示踪气团位置在t时刻处于Pt(x,y,z)位置，时间步长Δt后的位置PΔt＝P(x+u*Δt,y+v*Δt,z+w*Δt)，式中，u、v、w为变量参数，Δt取值为1-5分钟，按要回退的时间进行累计计算可得到该气团来源轨迹。所述化学计算模块通过对园区源排放的主要污染物组成的指纹谱信息含有的特征污染物进行分析来识别污染源，在园区小微尺度范围内，通过选择反应时间较长的特征物，锁定污染排放来源；算法为：先将园区内所有企业对应的特征释放物进行前期调研检测，完成收集排放源谱，然后在受体点为进行连续的以上化学成分的监测，每套监测数据都进行与前述排放源谱的比对计算，从而识别受体点的气团来自哪个企业。所述比对计算具体为：假设园区内某企业厂区所有能够监测到的特征谱分布为A，其中有n个特征化学成分参数，每个参数的平均特征浓度为an，而受体点监测到的样品谱分布为B，其中化学成分n，不足n个的也记为n，只是其浓度为零，两套数据组成n维样本点A(a1,a2,…,an)和B(b1,b2,…,bn)，通过以下公式计算两个向量数组的对比参数；确定a与b的相似程度L12，L12越大表示源和受体点样品一致性越高，即受体点观测到的来源与A企业的排放关系越大：再通过前述物理方位溯源轨迹与化学算法结果交叉验证锁定污染排放来源。一种大气污染物精准溯源识别方法，采用前述的大气污染物精准溯源识别系统，包括如下步骤：1)将园区划分为多个网格区域，每个格点内部署一套气象观测仪，利用高密度分布的气象观测仪组网监测园区动态大气流场；2)利用大气痕量成分高精度分析仪器测量节点区域内各工业企业生产全周期中排放的污染物，形成指纹型特征痕量气体和亚微米级粒子特征成分谱分布；3)将高精度高分辨数据包括园区自身的地形建筑、源分布状况、气象数据输入大气物理流场计算模块中，进行污染物物理流场的定位识别、三维空间溯源分析，从物理运动轨迹回溯污染排放来源；4)将各种化学成分的组成、含量和特征元素输入到化学计算模块中，通过选择反应时间较长的特征物，锁定排放源；5)交叉验证物理溯源法和化学溯源法，锁定污染排放来源；6)查询任意点位的流场来源信息，敏感点位的化学指纹特征因子匹配识别信息，交叉验证产生的污染源溯源识别信息。有益效果：本专利技术通过集成最新的微尺度大气物理流场监测模拟、高分辨大气化学污染特征谱成分检测、交叉谱溯源算法技术，建立园区尺度污染源识别技术方法，在识别解析定位园区各不同生产企业排放来源的基础上，还解决了微小尺度空间内，产业集聚度高，生产工艺类似，排放物类似等的小尺度、同类源问题，为大气环境信访投诉事件、阶段性监测站数据高于平均水平、园区大气环境预警预测和区域污染贡献量等问题的解决提供科学可行的识别、追踪、判断依据和工作抓手。本专利技术所具有的园区大气污染源识别定位解析技术将为环境监管、执法与治理提供有力支持，使环保部门实现污染物排放“说得清、管得住、行得通”的管理新模式。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为本专利技术的大气污染物精准溯源识别系统示意图。其中，1、大气污染物精准溯源识别系统；2、数据监测模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大气污染物精准溯源识别系统，其特征在于，包括监测模块、信息处理模块、可视化协同决策模块；所述监测模块包括大气物理流场监测和大气化学特征因子监测，用于为信息处理模块提供输入数据，所述大气物理流场监测为利用高密度气象观测仪组网监测园区动态大气流场，所述大气化学特征因子监测为利用大气痕量成分高精度分析仪器实时测量节点区域内各工业企业生产全周期中排放的指纹型特征痕量气体和亚微米级粒子特征成分的谱分布；所述信息处理模块包括大气物理流场计算模块、化学计算模块、源解析模型、地理信息系统，所述大气物理流场计算模块定性定量描述大气污染物从排放源到被检测点所经历的全过程，所述化学计算模块用于建立污染源与监测点位之间的轨迹对应关系，所述源解析模型用于分析环境污染物监测数据并对污染物进行定性和定量源解析，所述地理信息系统用于处理区域、分辨率、地形地貌、建筑物和路况信息；所述可视化协同决策模块用于可视化展示物理来源回溯、进行化学特征谱比对、生成综合溯源结论、生成自动报告。

【技术特征摘要】
1.一种大气污染物精准溯源识别系统，其特征在于，包括监测模块、信息处理模块、可视化协同决策模块；所述监测模块包括大气物理流场监测和大气化学特征因子监测，用于为信息处理模块提供输入数据，所述大气物理流场监测为利用高密度气象观测仪组网监测园区动态大气流场，所述大气化学特征因子监测为利用大气痕量成分高精度分析仪器实时测量节点区域内各工业企业生产全周期中排放的指纹型特征痕量气体和亚微米级粒子特征成分的谱分布；所述信息处理模块包括大气物理流场计算模块、化学计算模块、源解析模型、地理信息系统，所述大气物理流场计算模块定性定量描述大气污染物从排放源到被检测点所经历的全过程，所述化学计算模块用于建立污染源与监测点位之间的轨迹对应关系，所述源解析模型用于分析环境污染物监测数据并对污染物进行定性和定量源解析，所述地理信息系统用于处理区域、分辨率、地形地貌、建筑物和路况信息；所述可视化协同决策模块用于可视化展示物理来源回溯、进行化学特征谱比对、生成综合溯源结论、生成自动报告。2.根据权利要求1所述的一种大气污染物精准溯源识别系统，其特征在于，所述可视化协同决策模块还包括以可视化方式集成相关大数据，所述大数据包括本区域环境卫星、监测站网、空间全面联网无缝式实时监测数据，用以高频率在线监测实现对大气环境态势的全面感知、自动预测预警、协同高效识别、处置污染排放。3.根据权利要求1所述的一种大气污染物精准溯源识别系统，其特征在于，所述大气物理流场监测具体为：将园区划分为以每100m×100m为一个格点的网格区域，每个格点内部署一套气象参数观测仪，构成格点流场基础数据，高时频的所述基础数据供计算系统重构三维立体流场，无缝隙的掌握承载污染物质的大气气团活动轨迹矢量过程，从而为从物理空间层面识别来源提供数据。4.根据权利要求1所述的一种大气污染物精准溯源识别系统，其特征在于，所述大气痕量成分高精度分析仪器包括能够监测一般工业生产过程中释放的挥发性有机物、无机气体、颗粒物，所述挥发性有机物包括烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃、醛、酮、酸；所述无机气体包括硫氧化物、氮氧化物、氨；所述颗粒物包括可溶性离子、金属元素。5.根据权利要求3所述的一种大气污染物精准溯源识别系统，其特征在于，所述大气物理流场计算模块通过大气物理格点流场监测数据，根据高精度高分辨数据包括园区自身的地形建筑、源分布状况、气象数据，通过微尺度及小尺度与中尺度大气扩散算法进行污染物物理流场的定位识别、三维空间溯源分析，从物理运动轨迹回溯污染排放来源。6.根据权利要求5所述的一种大气污染物精准...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙扬，
申请(专利权)人：孙扬，
类型：发明
国别省市：北京,11