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随着科学技术的进步和经济的发展,人们的生活水平日益提高,但随之带来的环境问题也日益突出,其中大气污染尤其严重。大气污染问题已经成为人民日益关注的热点问题。近几年雾霾天频频来袭,对人们的生活和健康带来了极大的危害。人们渴望着蓝天白云,盼望着清洁的空气….。
一、空气质量及其标准
空气是指包围在地球周围的气体,它维护着人类及生物的生存。清洁的空气是由氮78.06%、氧20.95%、氩气0.93%等气体组成的,这三种气体约占空气总量99.94%,其它气体总和不到千分之一。但是,随着工业及交通运输业的不断发展,大量的有害物质被排放到空气中,改变了空气的正常组成,使空气质量变坏,人类健康就会受到影响。为了改善环境空气质量,防止生态破坏,创造清洁适宜的环境,保护人体健康,根据《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染防治法》制定了《环境空气质量标准》(GB3095-1996)。这个标准规定了环境空气质量功能区划分、标准分级、主要污染物项目和这些污染物在各个级别下的浓度限值等,是评价空气质量好坏的科学依据。它将有关地区按功能划分为三种类型的区域:一类区为自然保护区、林区、风景名胜区和其它需要特殊保护的地区,二类区为城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区,三类区为特定工业区。环境空气质量标准也分为三级,一类区执行一级标准,二类区执行执行二级标准,三类区执行三级标准。衡量某个区域的空气质量达到几级标准主要就是看这个地方空气中各种污染物如总悬浮颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等的浓度达到几级标准。
二、空气污染及污染物
大气污染通常是指由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中,呈现出足够的浓度,达到足够的时间,并因此危害了人体的舒适、健康和环境污染的现象。
大气污染物主要分为有害气体(二氧化碳、氮氧化物、碳氢化物、光化学烟雾等)及颗粒物(粉尘、雾、尘等)。它们的主要来源是工厂排放,汽车尾气,农垦烧荒,森林失火,炊烟(包括路边烧烤),尘土(包括建筑工地)等。
三、空气污染指数及与健康的关系
空气污染指数(Air pollution Index,简称API)就是将常规监测的几种空气污染物浓度简化成为单一的概念性指数值形式,并分级表征空气污染程度和空气质量状况,适合于表示城市的短期空气质量状况和变化趋势,是评估空气质量状况的一组数字,它能告诉您今天或明天您呼吸的空气是清洁的还是受到污染的,以及您应当注意的健康问题。空气污染指数关注的是吸入受到污染的空气以后几小时或几天内人体健康可能受到的影响。空气污染指数划分为0-50、51-100、101-150、151-200、201-300和大于300六档,对应于空气质量的六个级别,指数越大,级别越高,说明污染越严重,对人体健康的影响也越明显。
空气污染指数为0-50,空气质量级别为I级,空气质量状况属于优。此时不存在空气污染问题,对公众的健康没有任何危害。
空气污染指数为51-100,空气质量级别为Ⅱ级,空气质量状况属于良。此时空气质量被认为是可以接受的,除极少数对某种污染物特别敏感的人以外,对公众健康没有危害。
空气污染指数为101-150,空气质量级别为Ⅲ⑴级,空气质量状况属于轻微污染。此时,对污染物比较敏感的人群,例如儿童和老年人、呼吸道疾病或心脏病患者,以及喜爱户外活动的人,他们的健康状况会受到影响,但对健康人群基本没有影响。
空气污染指数为151-200,空气质量级别为Ⅲ⑵级,空气质量状况属于轻度污染。此时,几乎每个人的健康都会受到影响,对敏感人群的不利影响尤为明显。
空气污染指数为201-300,空气质量级别为Ⅳ级,空气质量状况属于中度重污染。此时,每个人的健康都会受到比较严重的影响。
空气污染指数大于300,空气质量级别为V级,空气质量状况属于重度污染。此时,所有人的健康都会受到严重影响。
空气污染指数的预测可以在严重的空气污染情况出现前,提醒市民大众,特别是那些对空气污染敏感的人士,如患有心脏病或呼吸系统毛病者,在必要时采取预防措施。
9月14日,中国汽车工业协会车内空气质量工作委员会在京成立。委员会将推动车内空气质量相关工作,尤其是相关标准的制定和落地。
作为中国首部车内空气质量控制推荐性标准,《乘用车内空气质量评价指南》2012年3月1日就开始实施。但标准颁布以后,专家质疑仅仅作为推荐标准对企业的约束力肯定不够。
于是,2014年开始对标准进行修订,要把它变成强制标准。标准修订的控制目标是车的内饰件、粘结剂、橡胶内饰件等非金属材料的挥发产生的有毒有害物质。
《指南》规定了车内空气中有关苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛8种常见的车内挥发性有机物浓度的限值。
北京理工大学教授葛蕴珊是标准修订组的成员之一,她说,“醛类物质重点控制甲醛,适当控制乙醛和丙烯醛,芳香烃类重点控制苯,包括甲苯、二甲苯、乙苯。”
根据现在的结果,初步定的标准限值的调整建议甲醛不变,苯可以降低。限值的调整也要考虑调整之后汽车行业成本升高的问题,因为这也直接与以后标准执行的效果相关。
另外,因为是即将作为强制标准实行,就涉及管理的问题。究竟是根据《产品质量法》纳入产品质量的范畴,或者是依据是《环保法》纳入环保的范畴,目前还没有定论。
车内空气质量涉及产品的设计、产品的配装以及产品的整个生产制造过程,这也是为什么车内空气质量工作委员会首批会员既有上汽、长安、北汽、吉利、宇通等整车企业,又有汽车内饰件和内饰材料企业以及车内空气净化器企业。
有消息说,大概在今年年底,《乘用车内空气质量评价指南》这个强制性标准将出台。它会对汽车行业造成什么影响?有人感到压力,也有人看到机会。
有了这项强制性标准,会促使整车厂更主动地在整个车辆研发生产过程中就把空气质量管理列入流程。
未来标准一旦实施,车企必然会被要求披露生产车辆的车内空气质量相关情况。车企必须引起相当重视,越早重视越对自己有利。
以江淮汽车为例,从2006年开始,江淮就跟合肥工业大学等单位联合开展了车内空气污染的研究,后来根据编制的车内空气质量管理办法,建立了对应的三层次文件并纳入整车开发流程。
2013年至今,从二代车型开始,从研发、生产、组装、管理各方面开展车内空气质量达标工作,已成为江淮制度体系之一。江淮汽车技术中心材料工程部总监黄家奇称,“基于正向设计的空气质量控制流程的建立,有效支撑了我们二代车型及后续车型的整车VIAQ的达标。”
车内空气质量标准还会促进内饰行业的技术进步,比如供应商将采用更加科学环保的内饰塑料、粘结剂等。
据说,每辆车内饰的塑料就多达80-90公斤,对汽车内部空气质量的影响很大。不过目前市面上已经出现了很多低散发的材料。
比如为了生产更加环保的车内塑料,专注于研发改性塑料材料的上海锦湖日丽公司,对原材料、加工工艺和注塑工艺等各个环节进行控制。
公司工程师高磊说道,“任何一家原材料供应商都应遵循以下的方式来制造更低VOC散发的材料:少带入、少产生和多排出。”
作为汽车行业黏合剂、密封机及表面处理的供应商,跨国德企汉高股份一直在研发粘合剂的环保无害方向。目前市场粘合剂的趋势就是在做一个去溶剂的过程,主要就是减少溶剂的使用,从而减少了VOC。
城市空气污染分布具有不均有的特征,要详细了解一个城市的空气污染状况及其变化特征,需要对此城市通过合理的监测点的设置,并对城市空气污染情况进行长期的动态监测和分析,兼顾全面性、区域性及地区的气候特点,科学合理的分析城市空气污染分布特征,尽量降低监测的局限性。城市污染分布情况的研究是一个全面化、系统化的过程,不仅要考虑到城市的整体规划情况和工业区、生活区的布局情况,同时还要对空气污染情况进行定量的分析,结合实地的仔细的检测和分析,来对城市不同地点空气污染的分布情况进行总结,找到空气污染分布特征和规律。经过实际的检测以及工作实践的总结,城市空气污染分布特征主要受以下因素的影响:第一,城市的整体规划和布局。对于任何一个城市来说,其布局和规划的情况对城市整体空气质量有着直接的影响。尤其是以工业生产为主的城市来说,其工业区的分布情况对空气污染分布的情况有着重要影响。第二,城市人口的分布情况。随着城市化进程的步伐加快,城市规模不断扩大,越来越多的人涌向城市发展,城市人口数量急剧增加,使得城市人口的分布情况出现了严重的不均匀状况。人口数量的激增为城市带来巨大压力的同时,对城市的空气污染也具有一定的影响。第三,交通设施的影响。对于城市而言交通设施数量的不同对城市交通情况的影响也是不同的,通常在城市较为繁华的地段以及交通容易堵塞的路段,对城市空气污染的影响也比其它地段要严重得多。第四,气候条件的影响。城市所处的地区环境和气候条件对当地的空气污染情况的影响是显而易见的,不同的气候对城市空气条件有着不同的影响,这也是造成城市空气污染分布不均的主要原因。因此,对于城市空气污染分布的研究要充分考虑到城市所处地区的气候条件的影响。
2、城市空气污染分布不均匀的特征分析
从大量的研究资料以及城市空气污染的案例分析结果来看,城市空气污染的形成具有以下三点规律:城市生产方面,工业化是空气污染的主要推动力。城市化发展进程的加快,城市大力发展工业生产,工业化不仅是能源和材料流动的结构和速度发生了变化,能源消耗量增加的同时带来的是污染物排放量的增加。工业生产的现代化发展,使得能源利用的效率不断提高,但是工业规模的扩张速度却远远大于能源效率的提高速度。城市的发展,企业的壮大,人们生活水平的提高,城市现代化的发展表现为高消费、高耗能,虽然不断有新的技术出现,但是后续新污染的出现也是不同忽视的。城市生活方面,居民生活方式加速空气污染的进程。家用煤炉的使用以及汽车尾气的排放,空调、冰箱的使用等等,人们在享受高质量的生活的同时,生活方式的变革对空气质量形成了负面的效应,成为近年来“雾霾”等空气污染现象频发的罪魁祸首。从公共领域方面,政府与公众对空气污染的认识程度、对待空气污染态度和治理的决心直接影响了城市空气污染治理的走向。汽车产业、石油公司、私家车主等等都有可能成为治理空气污染的阻力。如何处理各个群体间的利益关系是关系空气污染治理成败的关键。从我国城市空气分布的现状来看,城市空气污染分布不均匀是普遍存在的。以广东省为例,广东省位于我国南端,属于亚热带气候,常年受东南信风的影响。通过对相关的空气质量检测和报告的分析,以广州市为例,城市污染指数普遍在40以上。即使是在同一城市的不同区域,在空气污染方面也存在着不均匀的特征。通过空气检测网,可以较为全面的了解城市空气污染的分布,从数据显示来看,具有明显的差异性。如果将城市按照不同的区域进行划分,如市中心区、工业区、居民区等,污染源分布的不同,污染指数也是不同的,空气污染不均匀手多方面因素的影响。不同城市之间,经济建设具有差异性,加上人口分布和地势地形的影响,都会导致空气污染呈现不均匀的分布特征。即使是在同一城市的不同地区,因为地区功能的不同,加上城市规模的变化,空气质量也存在明显差异性。同一地区在不同的时间段得到检测结果也是不同,这些都造成城市空气污染的不均匀。值得一提的是,无论是哪个城市,工业区的空气污染指数明显高于城市其他分布区域,另外在人口密集区、交通繁忙的低端,空气污染的指数也是相对较高的。
3、结语
关键词: 空气质量;LM3S1F16;Cortex-M3
0 引言
室内环境泛指人们生活、劳动以及其他相对封闭的公共场所等。人的一生大约有80%~90%的时间是在室内度过的,因此室内空气质量的好坏对人们的身体健康明显高于室外环境。“室内空气污染”被认为继“煤烟型污染”和“光化学烟雾型污染”后的第三污染。人体对室内环境的需求从安全性的角度来说主要指有毒气体含量不得超标,于是对室内空气污染物的检测转变成对室内污染物的种类和浓度的检测。
1 系统结构
本室内空气质量检测系统是以室内空气中有毒有害气体的监测监控为背景,对CO,CO2,H2S,O2,氨气以及甲醛等有毒有害气体信息实时采集,从人居舒适度角度加之不同的气体组分和浓度对传感器自身响应特性易受到温度,湿度等环境因素的影响,在系统中包含有对室内温度、湿度等环境信息数据的采集,数据处理在采用具有Cortex-M3内核的ARM芯片LM3S1F16上进行,数据处理结果反映在显示屏上,在测量数据超出已设定的标准时,系统同时进行声光报警。本系统的硬件部分主要由气体传感器阵列、信号调理电路、MCU对采集的数据进行分析和处理、显示模块、无线通信模块、报警系统和换气系统等组成。其主要功能模块如图1所示。
2 系统硬件设计
2.1 微制器选择
目前单片机微处理器种类繁多,且不断向低成本低功耗反向发展。Cortex-M3是首款基于ARMv7架构,Thumb-2指令集结合非对齐数据存储和原子位处理等特性,轻易8位16位器件所需的存储空间就实现了32位性能。
LM3S1F16作为使用Cortex-M3为内核的其中一款产品,CPU时钟达到80MHz,其内部存储器包含单周期384KB的FlashROM,48KB的SRAM,ROM中还包含StellarisWare?,内含3个UARTs,2个标准和快速I2C,8个具有12位的ADC。在功耗方面包含了睡眠模式和深度睡眠模式其目标是包含为工业应用,包括测试、测量设备、工厂自动化、家庭和商业网站监测和控制,游戏设备、运动控制、医疗仪器、灯光控制、运输和消防和安全。综上,选择LM3S1F16作为本设计中的微控制器。
2.2 传感器阵列设计
所设计的空气质量监测器需能识别多种气体,因此系统中需要包含大量的气敏传感器。环境的温度和湿度是影响传感器测量的重要环境因素,因此系统中引入了温湿度传感器对系统测量进行补偿,优化的传感器阵列平衡了传感器间的交叉敏感特性和选择性,较好的去除冗余和相关,提高了系统的识别能力。
日本FIGARO公司生产的TGS系列气体传感器属与采用SnO2薄膜作为敏感材料的MOS传感器,属于可变电阻式传感器。在一定工作温度下,使用简单的电路即可将电阻的输出变换变换为相应气体的浓度输出信号。TGS2620对有机气体、挥发性气体和可燃性气体有较高的灵敏度,可用于CO的检测。TGS2602是一款探测空气污染的传感器,可以探测很低浓度的H2S和氨气,也可以探测低浓度VOC。
TGS4161是基于固态电解质检测原理的CO2传感器,具有低功耗、长寿命的优点,在测量范围内具有良好的线性度,并且具有较好的抗湿度性。
氧气含量也是衡量室内空气质量的主要指标。英国的Alphasense
公司研制气体传感器应用广泛,根据系统设计需要选用O2-A2氧气传感器。其测量范围0~30%,输出为80~120μA的电流信号,使用电压并联负反馈对信号进行转换和放大后送入A/D转换器。
根据系统需要,选择了MQ138作为本装置的甲醛传感器,其适宜醇类、醛类、芳族和酮类等有机溶剂的探测,具有较高的灵敏度,并且具有寿命长和稳定性好等特点。
环境的温湿度是人体对环境舒适度的重要需求。不同的温湿度环境也会对传感器的检测有较大的影响。综合人体舒适度和传感器检测补偿的需要,本系统中选用了SHT11温湿度传感器模块,其内部将温湿度传感器、信号放大和调理电路、A/D、I2C等接口电路集成,输出分辨率可调,具有良好的稳定性。
2.3 射频芯选择
CC2520是TI公司为ZigBee低功耗无线应用推出的第2代2.4GHz射频芯片,具有工作电压范围最大、接收灵敏最高、休眠电流小、封装尺寸最小等优点,遵循IEEE802.15.4标准。其收发电流相对CC2420较高,但其休眠电流却远低于CC2420。监测节点通常为低占空比工作模式,休眠电流对节点的功耗影响更为明显。在本监测器中选择CC2520射频芯片构建无线网络,完成节点数据的采集并可馈送至监控主机。
2.4 人机交互硬件结构
ZLG7290按键数码管驱动器是广州周立功单片机发展有线公司针对仪器仪表行业推出的一款驱动芯片,可驱动8位共阴数码管或64个独立LED和64个按键,内置有连击计数器,可控扫描位数并且可控任一键的连击次数,提供键盘中断信号,无需外接元件即可直接驱动LED,该芯片抗干扰能力强,在工业测控中被广泛使用。
声光警示部分采用高亮闪烁放光极管和长音型喇叭,这样微控制器就只需要提供一个电平信号而不需要过多的占用微控制器资源就能分别完成声光警示效果。
2.5 换气系统
室内空气的污染源来源复杂,种类多。在室内的空气流动性差,导致污染源所散发出的有毒有害气体在室内积累,浓度不断提升。对于室内环境空气质量的调节主要除了及时清除污染源外,通风是较好的改善室内空气质量的方法。本系统中通过光耦隔离方式,采用过零双向可控硅型光耦MOC3041,集光电隔离、过零检测、过零触发于一身,避免了输入输出通道同时控制双向可控硅的触发的缺陷,保护了MCU的端口。
3 系统程序设计
本监测器的主要程序设计主要包含了硬件系统的初始化,包括开机后初始化LM3S1F16,系统显示和警示模块的自检,本过程由人工进行判断并通过按键进行系统自检通过确认。系统确认通过后,传感器基本达到热平衡,气体感测系统开始工作。系统在读取气体传感器的信息时,应先读取当前环境的温湿度情况,气敏传感器实时将数据反馈到MCU,LM3S1F16驱动片内A/D转换器工作,分别多次读取各传感器的信息并进行转换,转换结果经过软件进行数据平滑滤波并计算,得出单位时间内的各传感器的所主要感应的气体浓度。检测数值即时更新至节点的12864显示器上。检测过程中可以使用按键或上位机随时根据需要更改报警限值。当所测中出现任何气体、温湿度超过所设限值时,打开本地声光报警器,并同时驱动换气系统加速室内空气流动,将污染气体排放至室外。系统可依据上位机的要求,实时将节点所测各气体的浓度通过串行口所接射频网络反馈至上位机,描绘曲线。其主要工作流程如图2所示。
4 小结
室内空气质量的好坏对人们的身体健康明显高于室外环境,其空气质量问题逐渐被人们所关注,本室内空气质量监测器从人体对室内环境的安全性、舒适性需求,以使用传感器对室内空气中有害气体检测为主要手段,实时监测室内空气质量,当空气质量不符合要求时,自动启动换气和报警装置,为室内人群提供警示的同时,主动加快室内外空气流动,改善室内质量。
本仪器具有监测准确度高、体积小、使用方便、性能价格比高等优点,使得该测温装置在居家、公共场所都有着很广阔的应用前景。
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【关键词】环境空气质量 自动监测质量 管理 研究
环境空气质量自动监测系统是一个包括多项内容的综合性系统,能够实现对环境空气质量的自动监测,以便于能够及时的了解我国环境空气质量,及时的进行管理与控制。本文首先从我国目前环境空气质量自动监测系统现状出发进行了分析,然后研究并且提出了环境空气质量自动监测质量管理研究体系,希望能够确保我国环境空气质量自动监测系统的有效运行。
一、环境空气质量自动监测系统的发展现状分析
随着科学技术水平的不断提高,环境空气质量自动监测系统取得了一定的发展,我国已经有多个地区实现了环境空气质量自动监测。但是,随着环境空气质量自动监测系统的不断发展,一些问题开始逐渐暴露出来。
(一)环境空气质量自动监测质量管理力度不够
虽然环境空气质量自动监测系统已经初显成效,但是,环境空气质量自动监测质量管理力度还不够,缺乏有效的监测管理手段,环境空气质量自动监测管理人员自身专业技能水平不强,不能有效的解决监测过程中出现的问题,从而使得环境空气质量监测数据不够准确,不能及时的传递环境空气质量信息。
(二)环境空气质量自动监测体系不健全
环境空气质量自动监测体系还不够健全,还没有建立起全国统一的质量监测体系。许多环境空气质量自动监测部门,缺乏相应的监测管理设备,许多比较先进的环境空气质量自动监测方法还不能有效的得到使用,从而使得监测技术不够规范,监测结果不够准确。
(三)环境空气质量自动监测方法和手段不够成熟
由于许多环境空气质量自动监测机构缺乏相应的技术设施,从而使得监测数据不准,业务水平不高,不能及时的发现环境空气问题,并及时的得到解决。除此以外,我国的环境空气质量自动监测方法以及手段都不够成熟,不能及时的应对各种问题,一些原有的环境空气质量监测方法还没有及时的更新,从而不能有效的确保数据的准确性。
二、环境空气质量自动监测质量管理有效方法
(一)不断建立与健全环境空气质量自动监测管理体系
我国要根据实际情况,不断建立与健全环境空气质量自动监测管理体系,积极构建出从国家到各个具体区域的全方位自动监测体系,从而形成一套比较完整的监测质量控制体系,以确保我国环境空气质量自动监测系统的有效运行。我国还要建立起相应的仪器设备管理体系,对仪器设备的购买、验收、保存、使用以及日常维护过程都要实行控制,严格规范仪器设备的操作步骤及其操作方法,确保设备处于正常运行状态,从而确保环境空气质量监测数据的准确性。
(二)不断完善环境空气质量自动监测管理规章制度
只有建立起完善的环境空气质量自动监测管理规章制度,才能确保监测的准确性。为此,我国要不断完善环境空气质量自动监测管理规章制度,明确各个部门的运行机制及其责任分工,明确对各个环节的要求以及相应的惩罚机制,真正做到有章可循。除此以外,还要完善环境空气质量自动监测远程控制系统,以便能够实时监督环境空气质量状况,降低人为因素对环境空气的影响。
(三)不断改革环境空气自动监测体制机制
环境空气质量自动监测体制机制一定要不断的进行改革,确保环境空气监测数据真实可靠。国家环境空气监测应该由监测总部门进行直接管理,监测数据也应该由国家和地方共享,地方环境空气监测部门要根据地区实际情况建立起本区域内的环境空气质量监测体系,可以由省级环境空气监测机构进行直接管理,但是,不管是国家环境空气监测还是地方环境空气监测体系,都应该统一按照全国统一的环境空气自动监测标准进行技术规范。与此同时,还应该加强对社会运营机构的管理工作,要明确各运营机构的具体工作内容和工作要求,建立起日常监督检查机制,逐步规范社会运营机构的运营行为。
(四)加强对环境空气自动监测管理人员的培训工作
环境空气自动监测管理人员是环境监测过程中的一个重要环节,为此,一定要加强对环境空气自动监测管理人员的培训工作。要不断探索并且建立起环境空气自动监测管理人员奖惩制度,规范管理人员的行为,让他们都能够明确自己的责任,做好自己的工作,确保环境空气自动监测质量。所有环境空气自动监测管理人员应该积极参加相应的教育和培训,不断提高自身能力,以便能够解决各种问题,确保环境空气质量自动监测质量。
(五)加大环境空气质量自动监测管理和惩处力度
环境空气质量自动监测管理部门要加大监管力度,对于监督检查过程中发现的不规范行为一定要及时的进行上报和惩处,对一些虚假捏造监测数据人员依法追究刑事责任,对一些多次提醒屡教不改的人员要进行开除,或者是多次整理改革都不到位的机构要终止与他们的合作,只有这样,才能起到警示和教育作用,从而真正确保监测数据的准确性,确保环境空气质量自动监测体系能够正常运行。
三、结束语
综上所述,本文通过对环境空气质量自动监测系统现状出发进行了分析,然后提出了相应的环境空气质量自动监测管理措施,希望能够真正确保自动监测系统的有效进行,确保监测数据的准确性,以便能够及时的了解和评估我国环境空气质量,及时的制定环境空气控制策略,实现对环境空气质量的有效管理。
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