大气复合立体观测联网技术及实践应用

区域大气复合立体观测（超站联盟）联网技术与应用实践1背景介绍2技术框架3工具与平台01背景介绍背景介绍——（1）国家政策发文背景2017年3月,李克强总理在全国两会提出成立《大气重污染成因与治理攻关项目》专项基金，集中攻关雾霾形成机理与治理。2018年6月国务院办公厅印发了《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，从政策层面对大气环境质量改善提出优化产业结构、加强联防联控等六方面任务措施，并明确量化指标和完成时限2018年11月，生态环境部下发了《2019年国家大气颗粒物组分监测方案》，要求在京津冀及周边地区、汾渭平原、长三角地区及其他具备条件的典型城市开展大气颗粒物组分监测。从而加强重点区域大气颗粒物组分监测，客观评估重污染天气应对措施效果，提高重点区域大气污染管控精细化水平。2019年4月，生态环境部印发《2019年地级及以上城市环境空气挥发性有机物监测方案》的通知，明确规定2019年，全国337个地级及以上城市均要开展环境空气非甲烷总烃（NMHC）和VOCs组分指标监测工作。推进环境空气VOCs监测体系和能力建设，支撑开展臭氧污染防治工作。2017年7月环保部、发改委、财政部、交通部、质检总局、能源局等六部委联合印发《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》，旨在全面加强VOCs污染防治工作，提高管理的科学性、针对性和有效性，促进环境空气质量持续改善。背景介绍—（2）我国超级站进入大规模建设阶段为具备区域灰霾、区域光化学污染观测与成因研究能力，全国大气超级观测站建设情况：66个业务监测单位建设的大气超级站；16个高校科研院所建设的超级站。全国超级站分布情况（2018年不完全统计）全国第一个业务化超级站（广东鹤山大气超级站）背景介绍——（3）技术研发向应用体系转变数据联网常规气象数据PM2.5组分数据VOCs组分数据其他数据分析工具集七大专题20余个在离线工具包60余个模块数据质控仪器端质控业务逻辑质控数据挖掘质控其他质控应用与决策科学研究大气防控治理示范应用掌握空气污染特征与主控因子，遴选优先控制对象、支撑大气污染治理应用智能化、实时化、快速化、信息化、智慧化02技术框架总体目标总体目标：以多元智能化联网技术支撑大气监管工作，实现大气复合立体监测要素全覆盖管控,

为建设“互联网+智慧蓝天”提供科学、实时和有效的科技支撑。互联网+打造大气“天空地”复合立体环境监测网络整合部门资源，建立“一网式”大气环境大脑管理平台整合优化多个子系统，提高信息系统集约化建设能力挖掘大气环境数据价值，提升服务管理与综合应用水平智慧蓝天实现大气污染信息数字化实现多种大气污染物的联动分析，对各环境质量和风险实现有效的预测预警分析，模拟不同环境防治政策的最终效果，实现分析智慧化以数据图谱作为数据融合与链接的纽带，将各种非结构化与半结构化数据衔接起来，形成全景环境视图综合研判，实现智能化研判总体思路煤炭城管住建…交通公安发改经信环保空气质量模型污染溯源模型管控评估模型AI智能模型传输分析模型持续改善空气质量为目标联网感知-质控-业务应用市-区县-乡镇/街道

大气质量-污染源

双联网全联动应用支撑大气质量网污染源网扬尘燃煤机动车秸秆焚烧复合立体监测数据溯源、预报与决策工业废气餐饮油烟VOC气象站常规站背景站酸雨点交通点颗粒物组分超级站光化网污染源区涂料智慧环保（智慧大脑）大气立体监测质控与审核大气立体监测联网感知省-市-区县-乡镇/街道-网格长-站点长跨部门、多层级区域联动横向到边、纵向到底总体架构“智慧蓝天”资源中心数据库S常规监测污染源监测尾气监控二次网监测应用决策P模型分析D大数据管理I物联感知精细化监管管理精准化监察执法快速智能应急指挥科学环境治理决策增强大气管理公信力常规监测数据气象监测数据机动车尾气数据污染源监测数据扬尘监测数据二次网监测数据无人机监测数据遥感数据……大气复合立体网络转换、分析、处理OFP/SOAP模型PSCF/CWT模型Aermod溯源模型PMF/ME2/CMB模型OZIPR/EKMA/RIR模型COPERT模型Openair工具包无人机监测网格精细化分析科学环境改善考核污染物溯源追踪大气质量预报预警大气污染源联动分析污染防治决策分析大气风险预报评估政策情景模拟预测遥感监测工具与平台033.1数据联网—超级站数据采集与中国环境监测总站联合编制的大气数据采集与传输规范成果目前已推广至中国环境监测总站直联网项目，并已经在全国5000多个常规站和32个超级站全面展开应用。第1页第2页全国32个超级站联网分布（总站综合室）3.2数据质控——总体框架常规仪器激光雷达GC-MSGAC/URGTIS数谱······重金属分析仪在线采集串口在线采集配套软件结果文件转换配套软件结果图像标准模板生成一键上传离线采集仪器观测有效性完整性手工闭合相关性一致性仪器状态平台质控采集联网超级站综合观测数据库质控后数据库原始数据库其他技术框架数据共享审核因子审核类别审核规则六项常规通用性审核零值负值数离群数据标记明确性审核1.超上下限值限制2.PM1、PM2.5和PM10倒挂现象标记参考性审核异常波动数据标记一致性分析颗粒物通用性审核零值负值数离群数据标记明确性审核阴阳离子电荷比SOR、NOR、NTR（总无机离子+EC+OM）/PM2.5参考性审核异常波动数据标记一致性审核仪器状态审核仪器定量质控VOCs通用性审核零值负值数离群数据标记参考性审核异常波动数据标记相关性审核仪器状态审核仪器定量质控其它因子（气象、浊度、BC等）通用性审核零值负值数离群数据标记参考性审核异常波动数据标记超级站综合观测平台端数据审核质控规范质控规范主要内容3.2数据质控——技术规范3.2数据联网质控—广东省8套VOCs数据接入与平行对比2019年5-7月助力广东省环境监测中心站完成了国内外8个品牌VOCs监测设备的在线联网比对工作，实现VOCs监测数据、仪器参数的实时联网，并自动为质控样品打上质控标识，统计时自动剔除。3.2数据质控—平台应用：常规数据质控审核模块通用性审核&明确性审核规则参考性审核规则以图表展示供审核参考平台端数据审核与质控：分常规数据、颗粒物非常规项、光化学非常规项近200项因子。支持市面上所有品牌的常规仪器3.2数据质控—平台应用：非常规数据质控审核模块延续国家网数据审核使用习惯，自动载入多类质控规则预审核，可批量操作审核、撤销。自定义质控规则自动数据审核数据批量审核、支持撤销上一次操作VOCs参考图表3.3分析工具集—（1）业务框架浓度特征(PM2.5、PM10)SO2、O3、CO等6项常规污染物3.颗粒物专题1.常规污染专题元数据→统计特征数据→深度挖掘数据基础特征分析→来源分析→成因诊断4.光化学专题5.遥感监测专题6.轨迹专题物理特征(分级、数/体积/表面积、核模态等)化学特征(阴阳离子、OC/EC、黑碳、浊度、重金属等)光学特征（消光系数、能见度）地基遥感（消光系数、退偏振比、AOD等）卫星遥感后向/预测轨迹PSCF/CWT等VOCs化学成分VOCs空间分布气象影响分析OFP（臭氧生成潜势）估算“天空地”：7大专题，20余个在/离线分析工具包，60余个分析功能模块气象观测、预报数据、形势图、通风系数等2.气象专题7.环境综合分析专题大数据综合分析成因诊断（综合定性诊断、PMF/SPAMS源解析）EKMA减排调控前体物影响分析七大专题产品：完整业务框架，系统掌握超站分析3.3分析工具集—（2）技术框架数据共享超级观测站观测数据空气质量监测与预报数据时空数据存储与表达模型自适应地图数据（API技术）气象观测预报数据其他数据（遥感等）数据分析模型受体源解析模型空气预报模型污染溯源模型轨迹追踪模型臭氧收支模型模型工具集成调控评估模型时态GIS技术HTML5信息发布技术多维动态集成表征Canvas可视化技术再分析数据存储与可视化交通排放模型输出七大专题产品3.3分析工具集—（3）集成示例一污染玫瑰图超级站数据分析与应用系统（广西、内蒙古、广东等）：基于气象、监测浓度等数据，集成污染玫瑰绘图工具，实现任意站点、任意时段、任意污染指标的污染玫瑰图。3.3分析工具集—（3）集成示例二openair污染极坐标图超级站数据分析与应用系统（广西、内蒙古、广东等）：基于气象、监测浓度等数据，集成欧洲openair分析工具，实现任意站点、任意时段、任意污染指标的污染极坐标分析图。3.3分析工具集—（3）集成示例三在线受体源解析模型3.3分析工具集—（3）集成示例四臭氧敏感性EKMA模型3.3分析工具集—（3）集成示例五臭氧收支平衡模型3.3分析工具集—（3）集成示例五2018年10月1日—9日，全区平均污染天为4.1天，拉低全区优良天数比率1.2个百分点。Source：广西壮族自治区环境监测中心站3.3分析工具集—（3）集成示例六工业点源污染贡献溯源模型对测点有影响的污染源分布不利气象条件（风速小，东/东南风），受上风区高密集分布的污染源区影响，污染迅速累积。广东省空气质量数据分析诊断与调控评估系统：集成气象、工业点源排放、监测浓度等数据，实现广东省内20000多个工业点源对实时及未来3-7天空气质量的定量污染浓度贡献影响。对测点有影响的TOP20污染源分布3.3分析工具集—（3）集成示例七交通排放评估模型重庆市移动源监管平台广东省机动车信息库与大气环境监测网络联动分析平台重庆市移动源监管平台，实现重庆市1000多个交通RFID卡口的交通流量数据实时接入，精细化精算网络交通排放，分析出行与排放的内在联系，通过模型评估路段排放对站点的污染贡献状况。广东省机动车信息库与大气环境监测网络联动分析平台，实现广东省内空气质量监测数据、气象数据与珠三角地区