城市环境空气质量自动监测优化布点研究
摘要：城市环境空气质量自动监测是协调城市发展建设与环境保护的一项重要工作。为此，本文通过总结环境空气质量监测布点的基本步骤和布点优化的基本原则，具体分析确定监测点数量及自动监测布点优化的基本方法，以期借此对城市空气质量的自动监测提供一些帮助，从而更好地改善城市环境。
关键词： 环境空气质量；自动监测；优化布点
中圖分类号：X83 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）06-0150-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.088
Abstract： The automatic monitoring of urban environmental air quality is an important technology for coordinating urban development and environmental protection. This paper summarizes the basic steps of ambient air quality monitoring and the basic principles of site optimization， specifically analyzes how to determine the number of monitoring points and the basic methods for automatic monitoring of site optimization. It is hoped that there will be some help in the automatic monitoring of urban air quality， and thus better Improve the urban environment.
Keywords：Ambient air quality； Automatic monitoring； Optimization
近些年随着我国经济的快速发展，城市环境遭到了严重的破坏，空气污染严重，给人们的生活和健康带来了不良影响。因此，加强城市环境空气质量监测，协调好经济发展与环境两者间的关系，有重要的意义。在进行空气质量监测点位布置时，如何优化自动监测布点，达到对城市空气的全方位监测是本文重要研究的问题。
1 环境空气质量监测布点的基本步骤
城市环境空气质量自动监测优化布点分为以下几个步骤：首先，确定监测目标，并规划出相应的监测范围；其次，参照以往城市采集数据，确定监测点的类型和数量，以及每个监测点的监测范围；再次，设计科学合理的监测方案，并对监测点进行有效地管理[1]。
2 环境空气质量自动监测优化布点的基本原则
城市环境空气质量自动监测分布点位数据要能反映出城市的整体空气质量水平和污染程度，因此在优化布点时，要根据城市范围的具体地理环境和气候特点进行设置。同时，要做到优先满足政府对环境的监督管理要求，兼顾经济、科学、便利[2]。
2.1 代表性
城市环境空气质量自动监测点数据要具有代表性，使监测结果能反映该范围内空气污染的实际浓度。
2.2 完整性
城市环境空气质量监测要能完全体现城市的整体空气质量水平，因此，在设置监测点时，要综合考虑城市的工业布局、人口分布、社会结构等特点，还要参考当地的气候、地理地质等自然环境特点，科学合理的进行布点，达到各个监测点位数据可以相互衔接，点位分布可以反映出整体空气质量[3]。
2.3 前瞻性
监测点位的分布要具有前瞻性，要结合城市建设和城市未来规划进行合理布点。
2.4 针对性
空气质量监测数据是政府环境保护相关部门进行环境现状评价，污染排放标准审核和其他相关环保监督审核的重要依据。因此，在设置空气质量自动监测点时，要有针对性地对政府要求的重点监测区域进行布点监测，以满足环境治理的要求。
2.5 连续性
空气质量监测数据具有连续性，要能综合反映空气质量的变化趋势。因此，在进行空气监测点位设置时，要综合考虑选好布点，不能随意变更监测点位。
2.6 经济成本最优
城市空气质量的恶化，主要是由于城市负荷较大，资源利用不合理导致的，在追求经济利益的同时忽略了环境的保护。因此，在进行环境监测时，也要考虑经济成本问题。在设置监测点位时，要具体考察设点的周边设施是否便利、用电是否完善等因素。
3 监测点数量的确定
监测点数量是根据城市的范围、工业分布、污染现状、经济状况、天气地形等综合分析确定出来的，与环境监督要求和当地经济形势有一定关系。现阶段，城市空气质量监测点位数量受到成本投入和人员数量的限制，因此，在进行数量确定时，应根据实际需求的监测数据、污染物的主要分布区域、人员分布等进行具体分析和合理分布[4]。
当前，在进行监测点数量确定时使用广泛的方法是定性法，还有一种定量法也被人们提及。定量法是通过理论建模，设置标准化理论条件来完成的，这种方法不受具体环境特点和气候等实际问题的影响，可以作为确定数量的一种理论参考。国际上一般以人口数量、污染分布和范围等因素来确定最优监测点数量，美国等国家主要通过对空气中悬浮颗粒物、SO2、CO、NO2等进行分析，根据人口分布来设置监测点数量，这种方法既保证了环境监测的要求，又能有效地控制经济成本投入，是一种很好的设点方法。另外一些国家，还有以划定的监测范围和污染程度来确定，通过对地区范围和污染程度进行分级、分区，按照一定的比例和计算方法进行点位数量确定。总之，自动监测点位数量提供的监测信息要能够保证对空气质量的全面监测，要提供完整的连续的监测数据，也要避免区域重复数据。同时要根据城市的具体经济发展和环境监测要求进行评定。
4 监测布点优化的基本方法
在进行自动监测优化布点工作时，有很多种方法可以应用，其中应用较为广泛的包括功能区法、数据统计分析法、模型模拟法和综合法。这些方法各有优缺点，在运用时要根据具体的环境和监测标准合理選择。随着科学技术的不断发展进步，又有一些新的布点优化方法出现，如模糊聚类分析法等。这类方法多是通过相关参数设置，建立数理统计模型来进行布点预测。在现实环境监测过程中，有很多不可预测的变化，或者不是按照特定规律运行的参数，这都影响着布点优化的准确性。因此，自动监测最优监测点位的确定是不能按照统一标准进行设定的，而是需要因地制宜，根据不同城市的自然气候和地理环境合理设置，从而达到监测布点科学合理有效的效果。
设置监测点时需要确保监测点的位置能够真实、有效地反映出一定范围内的空气质量现状及变化规律。首先合理布置监测点位。不同区域的空气浓度存在差异，应确保高中低浓度区域均布置监测点位，以此反映整个区域的真实状况，判定监测区域的质量状况、污染水平和空气质量变化规律。其次，监测点位设置时应参考不同区域的人口密度、产业结构、污染程度等因素，根据监测的重要等级布置监测点，确保能够覆盖所有建成的生产、生活区域。再次，针对城市不同的功能区域，应设置不同数量的监测点，特别是工业密集区及人口密集区应多布置，对污染源及污染物进行密切、及时地监测，确保空气污染不会对人民生活产生影响。在监控空气质量的同时还应兼顾城市自身要求的空气监测任务。
4.1 功能区法
早期，我国对环境开展监测活动时通常按照城市不同的功能区域设置监测点位，一般情况下一个城市设置3～4个点位即可。但是不同城市、不同功能区域对空气产生的污染情况存在较大差异，且污染物在风、空气湿度等因素的影响下会形成不同的污染程度，导致整个区域的空气的污染程度监测存在较大误差，因此需要结合新的方法予以优化。
4.2 数理统计法
数理统计法是基于统计学的基础上进行的，通过分析一定的时间段和地理空间范围实际监测数据与空气污染的分布扩散状况等之间的关联，利用统计学原理预测监测点的合理分布状态和需求。由于实际取样监测点数据受地域的限制，不同时间段监测频率也不尽相同，加之不同地区自然因素差异较大，因此，这种方法得出的结论不适合普遍推广，地域性较强。
4.3 模拟法
模型模拟是在精确地掌握了整个区域不同时期的人口密度、工业分布、污染物性质、空气浓度、污染变化规律等，按照设定的条件和模式进行模拟，得出空气质量数据。但是，模拟中使用的污染源的分布、扩散规律、气象条件等因素的准确度直接影响着模拟结果。在实际运用中，模型的设定需要以大量、全面的监测数据为基础，同时很难确保污染物分布数据的准确性，因此当前很难实现高精准度的环境空气质量模拟并进行预测。
5 结束语
环境空气质量监测点需要具体根据城市的实际情况进行设置。不同地区由于气候、经济状况以及空气污染分布和人口分布情况等众多因素都不相同，因此在进行监测布点时不能完全按照一种方法操作。要灵活运用多种方法，各取所长，具体情况具体运用，最终获得最理想的结果。
参考文献
[1]中国环境监测总站.大气环境监测优化布点方法[M].北京：中国环境科学出版社，1992.36-38.
[2]张晓林，唐国忠.现代环境监测方法[M].天津：天津大学出版社，1993.11-12.
[3]袁清珂，车军.大气环境监测优化布点研究[J].中国环境监测，1995，（4）：33-35.
[4]许丽忠，张江山.改进密切值法优化大气环境监测布点[J].环境工程，2000，18（2）：50-53.
收稿日期：2018-04-19
作者简介：乔颖慧（1976-），女，本科，副高级工程师，研究方向为环境监测与保护。
关键词： 环境空气质量；自动监测；优化布点
中圖分类号：X83 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）06-0150-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.088
Abstract： The automatic monitoring of urban environmental air quality is an important technology for coordinating urban development and environmental protection. This paper summarizes the basic steps of ambient air quality monitoring and the basic principles of site optimization， specifically analyzes how to determine the number of monitoring points and the basic methods for automatic monitoring of site optimization. It is hoped that there will be some help in the automatic monitoring of urban air quality， and thus better Improve the urban environment.
Keywords：Ambient air quality； Automatic monitoring； Optimization
近些年随着我国经济的快速发展，城市环境遭到了严重的破坏，空气污染严重，给人们的生活和健康带来了不良影响。因此，加强城市环境空气质量监测，协调好经济发展与环境两者间的关系，有重要的意义。在进行空气质量监测点位布置时，如何优化自动监测布点，达到对城市空气的全方位监测是本文重要研究的问题。
1 环境空气质量监测布点的基本步骤
城市环境空气质量自动监测优化布点分为以下几个步骤：首先，确定监测目标，并规划出相应的监测范围；其次，参照以往城市采集数据，确定监测点的类型和数量，以及每个监测点的监测范围；再次，设计科学合理的监测方案，并对监测点进行有效地管理[1]。
2 环境空气质量自动监测优化布点的基本原则
城市环境空气质量自动监测分布点位数据要能反映出城市的整体空气质量水平和污染程度，因此在优化布点时，要根据城市范围的具体地理环境和气候特点进行设置。同时，要做到优先满足政府对环境的监督管理要求，兼顾经济、科学、便利[2]。
2.1 代表性
城市环境空气质量自动监测点数据要具有代表性，使监测结果能反映该范围内空气污染的实际浓度。
2.2 完整性
城市环境空气质量监测要能完全体现城市的整体空气质量水平，因此，在设置监测点时，要综合考虑城市的工业布局、人口分布、社会结构等特点，还要参考当地的气候、地理地质等自然环境特点，科学合理的进行布点，达到各个监测点位数据可以相互衔接，点位分布可以反映出整体空气质量[3]。
2.3 前瞻性
监测点位的分布要具有前瞻性，要结合城市建设和城市未来规划进行合理布点。
2.4 针对性
空气质量监测数据是政府环境保护相关部门进行环境现状评价，污染排放标准审核和其他相关环保监督审核的重要依据。因此，在设置空气质量自动监测点时，要有针对性地对政府要求的重点监测区域进行布点监测，以满足环境治理的要求。
2.5 连续性
空气质量监测数据具有连续性，要能综合反映空气质量的变化趋势。因此，在进行空气监测点位设置时，要综合考虑选好布点，不能随意变更监测点位。
2.6 经济成本最优
城市空气质量的恶化，主要是由于城市负荷较大，资源利用不合理导致的，在追求经济利益的同时忽略了环境的保护。因此，在进行环境监测时，也要考虑经济成本问题。在设置监测点位时，要具体考察设点的周边设施是否便利、用电是否完善等因素。
3 监测点数量的确定
监测点数量是根据城市的范围、工业分布、污染现状、经济状况、天气地形等综合分析确定出来的，与环境监督要求和当地经济形势有一定关系。现阶段，城市空气质量监测点位数量受到成本投入和人员数量的限制，因此，在进行数量确定时，应根据实际需求的监测数据、污染物的主要分布区域、人员分布等进行具体分析和合理分布[4]。
当前，在进行监测点数量确定时使用广泛的方法是定性法，还有一种定量法也被人们提及。定量法是通过理论建模，设置标准化理论条件来完成的，这种方法不受具体环境特点和气候等实际问题的影响，可以作为确定数量的一种理论参考。国际上一般以人口数量、污染分布和范围等因素来确定最优监测点数量，美国等国家主要通过对空气中悬浮颗粒物、SO2、CO、NO2等进行分析，根据人口分布来设置监测点数量，这种方法既保证了环境监测的要求，又能有效地控制经济成本投入，是一种很好的设点方法。另外一些国家，还有以划定的监测范围和污染程度来确定，通过对地区范围和污染程度进行分级、分区，按照一定的比例和计算方法进行点位数量确定。总之，自动监测点位数量提供的监测信息要能够保证对空气质量的全面监测，要提供完整的连续的监测数据，也要避免区域重复数据。同时要根据城市的具体经济发展和环境监测要求进行评定。
4 监测布点优化的基本方法
在进行自动监测优化布点工作时，有很多种方法可以应用，其中应用较为广泛的包括功能区法、数据统计分析法、模型模拟法和综合法。这些方法各有优缺点，在运用时要根据具体的环境和监测标准合理選择。随着科学技术的不断发展进步，又有一些新的布点优化方法出现，如模糊聚类分析法等。这类方法多是通过相关参数设置，建立数理统计模型来进行布点预测。在现实环境监测过程中，有很多不可预测的变化，或者不是按照特定规律运行的参数，这都影响着布点优化的准确性。因此，自动监测最优监测点位的确定是不能按照统一标准进行设定的，而是需要因地制宜，根据不同城市的自然气候和地理环境合理设置，从而达到监测布点科学合理有效的效果。
设置监测点时需要确保监测点的位置能够真实、有效地反映出一定范围内的空气质量现状及变化规律。首先合理布置监测点位。不同区域的空气浓度存在差异，应确保高中低浓度区域均布置监测点位，以此反映整个区域的真实状况，判定监测区域的质量状况、污染水平和空气质量变化规律。其次，监测点位设置时应参考不同区域的人口密度、产业结构、污染程度等因素，根据监测的重要等级布置监测点，确保能够覆盖所有建成的生产、生活区域。再次，针对城市不同的功能区域，应设置不同数量的监测点，特别是工业密集区及人口密集区应多布置，对污染源及污染物进行密切、及时地监测，确保空气污染不会对人民生活产生影响。在监控空气质量的同时还应兼顾城市自身要求的空气监测任务。
4.1 功能区法
早期，我国对环境开展监测活动时通常按照城市不同的功能区域设置监测点位，一般情况下一个城市设置3～4个点位即可。但是不同城市、不同功能区域对空气产生的污染情况存在较大差异，且污染物在风、空气湿度等因素的影响下会形成不同的污染程度，导致整个区域的空气的污染程度监测存在较大误差，因此需要结合新的方法予以优化。
4.2 数理统计法
数理统计法是基于统计学的基础上进行的，通过分析一定的时间段和地理空间范围实际监测数据与空气污染的分布扩散状况等之间的关联，利用统计学原理预测监测点的合理分布状态和需求。由于实际取样监测点数据受地域的限制，不同时间段监测频率也不尽相同，加之不同地区自然因素差异较大，因此，这种方法得出的结论不适合普遍推广，地域性较强。
4.3 模拟法
模型模拟是在精确地掌握了整个区域不同时期的人口密度、工业分布、污染物性质、空气浓度、污染变化规律等，按照设定的条件和模式进行模拟，得出空气质量数据。但是，模拟中使用的污染源的分布、扩散规律、气象条件等因素的准确度直接影响着模拟结果。在实际运用中，模型的设定需要以大量、全面的监测数据为基础，同时很难确保污染物分布数据的准确性，因此当前很难实现高精准度的环境空气质量模拟并进行预测。
5 结束语
环境空气质量监测点需要具体根据城市的实际情况进行设置。不同地区由于气候、经济状况以及空气污染分布和人口分布情况等众多因素都不相同，因此在进行监测布点时不能完全按照一种方法操作。要灵活运用多种方法，各取所长，具体情况具体运用，最终获得最理想的结果。
参考文献
[1]中国环境监测总站.大气环境监测优化布点方法[M].北京：中国环境科学出版社，1992.36-38.
[2]张晓林，唐国忠.现代环境监测方法[M].天津：天津大学出版社，1993.11-12.
[3]袁清珂，车军.大气环境监测优化布点研究[J].中国环境监测，1995，（4）：33-35.
[4]许丽忠，张江山.改进密切值法优化大气环境监测布点[J].环境工程，2000，18（2）：50-53.
收稿日期：2018-04-19
作者简介：乔颖慧（1976-），女，本科，副高级工程师，研究方向为环境监测与保护。
