扬尘监测系统解决方案

一.背景介绍

1.1.项目背景

扬尘是由于地面上的尘土在风力、人为带动及其他带动飞扬而进入大气的开放性污染源，是环境空气中总悬浮颗粒物的重要组成部分，同时也是作为影响PM2.5指数的重要组成部分。

随着国家的高速发展，建筑工地遍地开发，城市机动车保有量快速增长，建筑工地和道路积尘成为了扬尘的重要污染来源。在建筑施工的过程中排放的无组织颗粒物会造成一次扬尘污染，同时施工车辆在交通运输过程中洒落于道路上的渣土、煤灰、灰土、煤矸石、沙土、垃圾等各种固体，以及沉积在道路上的其他排放源排放的颗粒物，经往来车辆的碾压后形成粒径较小的颗粒物进入空气，形成的道路交通扬尘。在道路等级不高、道路两旁绿化不好的路面上常常积有大量的尘土，汽车行驶在路面上会造成尘土飞扬，反复沉降，就会造成重复污染。长期以来，政府监管部门对于建设工地扬尘和道路扬尘带来的控制指令监管方面，由于不能得到有效的实时监测数据，或者收到举报无法得到与事实相对于的直接数据等问题十分困扰，因此为了有效监控扬尘污染，接受市民的监督和投诉，有必须要进行建设扬尘污染自动监控系统的开发。

本方案提供了一种对扬尘、空气环境（噪声、温湿度等）实时监测的解决方案，通过远程数据监控系统可以对建筑工地区域扬尘和道路扬尘进行实时有效的监测管理。项目的全面实时，可以将全市范围内的所有建筑工地以及市交通主次干道、支路、快速路等重要路段纳入监管范围，真正实现有效管理和标准化执法。

1.2.扬尘监控现状及存在问题

1.管理人员不足

工程监管存在点多面广、监管人员数量严重匮乏的现象。目前对环境扬尘的监管手段基本上采取实地抽查、抽检、验收的方式。存在劳动强度大，危险性高、耗时耗力的缺点。

2.监管手段单一管理效率低下

一般检验人员会在检测现场使用人工方法对环境扬尘进行肉眼观察检查，因此导致了自然环境恶劣，效率低下等问题存在。

3.实时管理难以实现，可追溯性差

现有的管理手段、企业管理人员无法实时掌控建筑工地和道路上的扬尘污染情况，监督管理工作复杂，结果受到人为因素影响比较大，常常无法客观公正反应现场扬尘的实际情况，并且可追溯性差。

1.3.建议依据

符合国家GB3095-2012环境空气质量标准

符合国家HJ653-2013环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）连续自动监测系统技术要求及检验方法

符合国家HJ 477-2009污染源在线自动监控（监测）数据采集传输仪技术要求

二.建设方案

2.1.产品概述

2.1.1.系统概况

在我们生活周围，存在众多的污染源，造成大气环境恶劣，PM2.5急剧上升，主要的污染源来源于工业粉尘、燃煤、机动车尾气、扬尘等几方面，其中扬尘就占据污染源的28%，是当前大气污染的主要因素之一。扬尘也分为多个种类，主要有道路扬尘、施工扬尘、堆场扬尘等，而且根据相关介绍扬尘属于无组织污染源，防治系数较大，是国家环保部十三五规划的重点课题，因此扬尘治疗是很有必要的，而精细化监控和管理扬尘就成了突破口，因此“扬尘在线监测系统”应运而生。

“扬尘在线监测系统”是金叶仪器（山东）有限公司旗下的扬尘在线监测仪产品，除了可以显示扬尘监控以外，还可以采集空气中的温湿度、噪声、风速、风向以及PM2.5或PM10等环境数据。“扬尘在线监测系统”主要由扬尘监控终端、数据监测及传输、服务器、监控管理软件、手机客户端等组成。“扬尘在线监测系统”系统架构图如图1所示：

图1系统架构图

2.1.2.应用领域

工地、城市管理、广场、大型工况企业等公共场所，是环保、建设、城市管理、交通、市政等相关部门对大气污染悬浮颗粒物排放源头控制评价的重要依据。

2.1.3.方案优势

系统基于对城市扬尘污染监控管理的需求而设计，技术特点和优势主要体现在一下几点：

1.监测终端系统集成了颗粒物、PM10、PM2.5、环境温湿度、风速以及风向等多个环境参数，并可以全天候不间断的提供被监测点的空气质量数据，超过报警值时还能自动启动联动设备，具有多参数、实时性、智能化等特性。

2.系统的终端设备，网络设备以及云管理平台部署快速、简便，安装施工周期短，设备端口简单易接，配置简单易懂，网络架构成熟稳定可靠。可利用现有服务器资源部署云管理平台来快速便捷的更新实时监测数据。

3.基于云计算的数据中心平台汇集不同区域，不同时段的监测数据来进行多维度，多时空的数据统计分析，便于管理部分有序开展工作。同时用户还可以直接通过PC端、APP端来查看被监测点的现场情况以及通过可视化参数配置页面来进行参数配置。

4.采用灵活、稳定的数据通信方式（通过传感网、无线网、因特网这三大网络传输数据），能够稳定、及时的接收上报的监控数据和历史数据。

5.系统具有完善的信息查询、信息管理、统计报表以及数据分析功能，并且能够自动上报各种报警数据（如超标报警）以及在线状态等。

6.具有直观可视的操作界面，利用GIS地理信息系统，将不同类型的环保信息直观的反映到计算机的操作界面上，并且平台对设备具体反控功能。

2.1.4.功能特点

系统由颗粒物监测仪、数据采集和传输系统、后台数据处理系统以及信息监控管理平台4部分组成。集成了物联网、大数据以及云计算技术，通过颗粒物在线监测仪、气象五参数采集设备和采集传输等设备，实现了实时、远程、自动监控颗粒物浓度，以及高浓度报警功能。通过无线网络对监控的数据进行传输，可以在智能移动平台、桌面PC机等多终端访问（系统组成如图2所示）。

图2系统组成图

1.感知层：污染源监测传感器（包括颗粒物浓度监测、气象五参数监测、噪声监测等），对颗粒物浓度、气象参数、噪声和现场视频进行连续自动在线监测。

2.传输层：采用有线、无线等方式把各种监测数据传输到系统平台。

3.平台层：数据服务云平台，依托在被监测点的扬尘与噪声监测平台的数据，进行系统分析、提供跨区域、全时间、多层次的数据挖掘和对比，为科学治理雾霾提供数据支撑。

4.应用层：面向不同环保局、建筑工地的客户端系统，实现基于Web的污染源实时数据在线监测、污染源超标报警、以及面向不同管理层的各种管理与统计分析。

2.2.产品方案

本项目拟采用国标法扬尘在线监测系统开展道路扬尘监测，考虑后期各点位现场安装环境不同，我公司可提供2种产品选型，可根据现场监测环境灵活选择。一种是以激光技术为核心的扬尘在线监测系统（见表1），系统安装方便，可固定安装于道路路灯杆件上，一种是以β射线技术为核心的扬尘在线监测系统（见表1），当现场无路灯杆件，可根据现场环境建立地基安装。

表1：光散射型扬尘监测站与β射线型扬尘监测站技术比对表

2.2.1.SLFW-YC01S颗粒物（扬尘）在线监测系统

1.产品信息

SLFW-YC01S颗粒物（扬尘） 在线监测系统（产品实物图如图3所示），是集成颗粒物在线监测（PM2.5、PM10以及TSP）、气象参数传感器、数据采集板以及信息数据平台等技术为一体的开放式污染源在线监测终端。可满足大部分需要继续监测颗粒物（粉尘）浓度的场合中对环境指令的在线实时的自动监控。

监控终端与数据平台可构成监测系统。终端集成了大气颗粒物浓度检测、温湿度以及风速风向监测、噪声监测等功能。数据平台是一个互联网架构的网络化平台，终端所得数据均能通过有线网络或无线网络及时传递到用户数据平台或政府平台以便于管控，另外平台还具有数据数据联动、记录、查询、统计以及数据报表输出等多种功能。

颗粒物（粉尘）传感器具有颗粒物浓度连续监测、定时采用以及粉尘浓度超标报警等多种功能。仪器内置保护电路，防止光学终端受到污染，配合自动校准功能，测量稳定可靠。

图3产品实物图

2.配置参数

表3：参数配置表

3.配套产品

（1）LED显示屏

图4LED液晶屏实物图

设备可以选配LED显示屏来作为数据输出，便于现场实施掌握和了解环境质量状况，可以根据实际情况选择四块屏或九块屏的尺寸（如图4所示）。具体性能参数如表3：

表3：

（2）设备支架

设备采用高强度铝型材料制作，结构牢固可靠。支架采用高强度防腐蚀不锈钢制作，全部结构模块化，便于搬运和安装。由于设备是在户外安装，完善考虑避雷、防雨等措施，设备安装高度2～3米（如图5所示），设备安装周围敷设防护围栏，防止任务破坏。

图5 立杆外形图

2.2.2.SLFW-YC02扬尘在线监测系统（ꞵ射线）

1.产品信息

SLFW-YC02型β射线分析仪/颗粒物浓度监测仪（如图6所示），采用了β射线衰减的原理（吸收法）来对粒子进行监测，可以实时监测环境大气中的PM2.5、PM10、TSP颗粒物的浓度水平（监测不同的类型的颗粒物的浓度需选配不同的采用切割头），适用于建筑工地、道路施工、工厂厂界等颗粒物的在线监测。

图6 产品实物图

2.功能特点

1）液晶面板显示采用7＂触摸大屏显示，全中文界面，人机交互界面方便操作。

2）仪器测量精度高，可自由选择PM10、PM2.5、PM1、TSP切割器，实现对不同粒径颗粒物的浓度实时监测。

3）根据环境变化实时进行流量闭环控制，保证切割效率。

4）独特的动态加热露点系统（DHS），消除湿度因素对测量结果的影响。

5）测量数据存储（至少可存10年的数据量），具有可选择性小时报表和日报表查询和USB导出功能。

6）大气颗粒物监测仪结构设计紧凑、具备自动校准功能以及独特的走纸方式保证了仪器高灵敏度、高可靠性。

7）可以独立工作或者作为空气监测网络的一个子系统。

8）可自动连续监测。具有多种数字通信方式和模拟信号接口，能适应各种外部设备的连接。

9）采用质量流量计测量流量，恒定流量采样，保证测量精度。

10）监测仪能够提供各种在线的运行参数，可输出至上位机，也可以接受指令运行。

11）内部故障自动诊断和报警提示，也可以通过远程诊断并修复错误。

12）具有自主知识产品的嵌入式计算机和实时操作系统控制运行。

13）系统断电后来电自动重启启动，恢复正常工作。

3.工作原理

SLFW-YC02型β射线分析仪/颗粒物浓度监测仪是根据β射线吸收原理设计的。β射线是一种高速电子流，当它穿透物质后，部分被吸收，导致轻度衰减。在一定条件下，衰减量是由β发射源和检测β射线的探测器之间的吸收物质的质量决定的，而与吸收物质的其它物化特性（如颗粒物分散度、颜色、光泽、形状等）无关，所以能直接测量大气颗粒物的质量浓度。在强度恒定β射线源在颗粒物采集前后分别两次穿过清洁滤纸和采集有颗粒的滤纸，根据两次β射线被吸收的变化量来求得收集在滤纸上的颗粒物质量。用脉冲计数器作为检测器对β射线通量进行技术，其计数频率的变化可表征β射线强度的变化，测量结果只取决于两次计数的比值和质量吸收系数，与β射线的原始强度无关（工作原理框图如图7所示）。

图7 设备工作原理框图

4.技术指标

表4：

5.配套产品

表5：

三.数据管理平台

3.1.数据管理平台特点

1.数据管理平台采用分布式B/S架构，部署容易，维护方便，操作简单。实现了设备数据实时上传，设备远程控制升级。

2.专业GIS地理信息监控与管理，独立GIS引擎，可以实现地图、视频管理，可以随时随地查看设备的分区情况，了解不同地域的环境状况，通过视频实时查看现场图像，了解环境变化的真实状况。

3.多种报表功能，简化用户人工统计，优化工作流程，支持实时数据查询，历史数据（分钟，小时，天）条件查询，曲线图趋势查看，数据导入导出。

4.支持多种终端和操作系统（Windows、IOS、Android），满足客户移动办公要求，同时可以根据不同用户，设置不同的访问权限，分级分区域管理。

5.支持大数据决策分析系统，通过各种图表，数据可视化，为环境监测分析决策提供数据支撑。

6.通过更换皮肤和参数，为不同的用户快速定制专属界面，可以根据用户需要定义不同的传感器参数。

3.2.数据平台主要功能

3.2.1.用户管理

用户是平台使用的对象，对于不同的用户设置相应的角色操作权限，使得平台的使用更加灵活只要调整角色和部门，就可以满足大部分日常业务管理需要。同时建立统一用户管理平台实现所有用户的身份管理，包括用户的个人信息、角色信息、部门信息、电子邮箱、个人账号和密码等（如表6所示）。角色和部门是配套使用的，同部门的操作人员对数据访问范围和数据读写性都会进行严格控制。例如，平台客户角色，虽然有添加删除设备的权限，但是只能添加删除所在部门的设备。另外，不同的用户还可以定制不同的传感器参数，只要修改配置，即可变成另一个业务平台（如图8和图9表示）。

表6：用户操作权限

图8全部参数显示示意图

图9设定参数显示示意图

3.2.2.电子地图位置展示

可以结合数据平台中的电子地图把每个设备的所在位置在地图上展示出来，通过点击电子地图中设备的图标就可以查看该位置设备所带有的各项传感器采集的实时监测因子，包括颗粒物、气象参数等（如图10所示）。

图10系统电子地图

3.2.3.历史数据查询

设备数据分为实时数据和历史数据，实时数据每分钟一条，每个设备只保留当前数据。历史数据只分钟数据（10分钟），小时数据和日数据。用户通过设置时间类型、站点、查询时间选项后，即可查看所选择站点的历史数据信息。查询结果有“图”、“表”两种视图（如图11所示），并支持导出成“CSV”格式数据（CSV格式数据可以使用Excel文档打开）。

图11历史数据查询

3.2.4.站点参数管理

平台可以对所有站点设备进行集中管理，记录设备的基本信息，用户可以在此模块实现对监测站点的设备信息的增、改、查、删等基本操作。站点设备信息包括站点设备唯一ID、地址、权属单位等内容，并且可以在远程和硬件进行交互，自行调整修改设备参数以及随时对远程设备进行版本升级，在不拆卸设备的情况下，提供更多更稳定的功能（如图12所示）。

图12站点管理

3.2.5.分析决策系统

通过数据大屏进行大数据可视化数据分析，并综合常规空气站或气象站数据的对比，对数据报表统计、污染的变化趋势、因子相关性对比、站点数据对比进行初步分析，为污染特征分析做好数据基础准备（如图13所示）。

图13大屏数据分析

3.3.移动端APP主要功能

为提高系统在网格化管理、联防联控功能上面的工作效率，系统提供手机APP与系统WEB平台相匹配，手机端包含监测站点状态、因子曲线、电子地图等功能，极大的提高了系统的便利性以及运维效率（如图14和图15所示）。

图14手机APP登录界面

图15手机APP首页

3.3.1.站点状态显示

通过添加站点设备的ID号，用户可以直接连接各点位的设备运行情况、在线状态以及区域颗粒物污染的实时数据情况（如图16所示）。

图16手机APP数据查询界面

3.3.2.历史数据查询

可以通过手机APP查看站点设备对应历史数据和设备详细信息（分钟数据、小时数据等），并可以通过数据的因子浓度曲线与国控点数据的对比趋势，初步判断仪器运行的稳定性及数据可靠性（如图17和图18所示）。

图14实时数据界面

图15设备信息界面

3.3.3.电子地图

手机上的地图，用于终端用户。点击地图上的标记点，可以查看详细的实时数据（如图16和图17所示）。

图16手机APP电子地图界面

图17手机APP电子地图参数

四.系统运维服务

4.1.系统安装要求

4.1.1.选点要求

1.采样口周围不能有阻碍环境空气流通的高大建筑物、树木或其他障碍物。

2.采样口周围水平面尽量保证270°以上的捕集空间，如果采样口一边靠近建筑物，采样口周围水平面应有180°以上的自由空间。

3.监测点附近无强大的电磁干扰，周围有稳定可靠的电力供应和避雷设备，通信线路容易安装和检修。

4.应考虑监测点位设置在机关单位及其他公共场所时，保证通畅、便利的出入通道及条件，在仪器出现故障时，可及时赶到现场进行处理。

4.1.2.供电要求

1.根据现场情况，供电方式选择就近选取能稳定供应的市电。

2.设备供电电源：AC220V ±10%，频率50 ±1 Hz，容量根据仪器功率确定，建议不小于5kVA。

3.需要有良好的接地保护。

4.1.3.安装要求

为保证扬尘设备能全天稳定工作，需要为设备提供必要的工作环境，一般要求采用带温控的户外机柜。具体要求如下：

1.户外机柜应使用温控机柜，保证环境温度在-20℃～50℃时，仪器能正常工作。

2.户外机柜能防腐蚀，机柜防护等级能达到IP54。

3.机柜安装需要先设计安装预埋地基，采用混凝土结构，浇筑前应先预留走线槽，且地基四周有充裕的操作空间，地基的位置不能处在低洼处，地面较稳定，不易沉降。

4.地基如在地面，地基高度应不小于20cm，且地基周围应安装不锈钢护栏。如在建筑物上面，地基高度应不低于10cm，根据现场情况可选择安装护栏。

5.现场设备需挂好标识、警示标牌，防止无关人员对设备早成影响或触电。

4.2.运维服务方案

4.2.1.人员及车辆配备

每3个子站配有1个专业技术人员负责日常维护，每10个站点配备1辆专用巡检车辆。另外派1名专职工作人员在监控中心进行各子站的运维管理。

4.2.2.运维工作目标

我方建立完善的的运行维护工作规范与质量管理体系，确保提供及时、准确、有效的监测数据，各扬尘监测站的运行质量应达到以下指标：

1.所获取的各项指标的有效监测数据必须满足《GB3095-2012环境空气质量标准》中规定的污染物浓度数据有效性最低要求。

2.数据获取率达到90%（以小时值计）以上，数据质控合格率达到80%（以小时值计）以上。

3.运维任务完成率以及异常情况处理率100%

4.2.3.运维工作内容

1.每日工作

至少每天上午和下午两次远程查看子站数据并形成记录，分析监测数据，对站点运行情况进行远程诊断和运行管理，内容包括：

1）判断系统数据采集与传输情况。

2）根据电源电压、温度、湿度数据判断机柜内部情况。

3）发现运行数据有持续异常值时，在每日6时～23时出现的故障，能在4小时内解决（通信线路、电力线路故障除外，但需及时与相关部门联系积极解决）。

4）根据仪器分析数据判断仪器运行情况。

5）根据故障报警信号判断现场状况。

6）每日检查数据是否及时上传至平台。

2.每周工作

每周至少巡视监测站1次，并做好巡查记录，巡检时需要完成的工作包括：

1）查看空气站设备是否齐备，无丢失和损坏；检查接地线路是否可靠，排风排气装置工作是否正常。

2）检查采样和排气管路是否有漏气或堵塞现象，各分析仪器采样流量是否正常。

3）检查各分析仪器的运行状况和工作参数，判断是否正常，如有异常情况及时处理，保证仪器运行正常。

4）检查电路系统和通讯系统，保证系统供电正常，电压稳定。

5）检查空气站的通讯系统，保证空气站与远程监控中心的连接正常，数据传输正常。

6）检查监测仪器的采样入口与采样支路管线结合部之间安装的过滤膜的污染情况，每周更换滤膜，每周检查监测仪器散热风扇污染情况，及时清洗。

7）应及时清除监测站房周围的杂草和积水，当周围树木生长超过规范规定的控制限时，应及时剪除对采样有影响的树枝。

8）站房外围的其它设施是否有损坏或被水淹，如遇到以上问题应及时处理，保证系统能安全运行。

9）检查机柜的安全设施，做好防火防盗工作。

10）每周对气象仪器的运行情况进行检查。

11）每周对颗粒物的采样纸带或滤膜进行检查，如纸带即将用尽或滤膜负载超过50%，及时进行更换。

12）每周对机柜内外环境卫生进行检查，及时保洁。

3.每月工作

1）清洗PM10切割器，检查β法颗粒物分析仪仪器喷嘴、压环等部件。

2）检查PM10监测仪流量，超过国家相关规范要求，及时进行校准。

3）对仪器显示数据和数据采集仪之间的一致性进行检查。

4）每月对数据进行备份。

4.每两个月工作

1）更换PM10分析仪滤纸带（必要时），进行系统自检。

2）校准和检查PM10分析仪的温度、气压和时钟。

3）用标准气压计、温度计、湿度计、手持式风速风向仪，校准相关的自动仪器

5.每季度工作

1）采样总管及采样风机每季度至少清洗一次。

2）对PM10监测仪器进行标准膜校准或K0值检查，超过国家相关规范要求时，及时进行校准。

6.每半年工作

1）检查PM10分析仪相对湿度、温度传感器和动态加热装置是否正常工作。

7.每年工作

1）对所有的仪器进行预防性维护，按说明书的要求更换备件。

2）更换所有泵组件。

8.其他工作

1）及时制定下周工作计划，工作计划为第三方监理核查的重要依据。严格按计划执行，若有变更及时通知第三方监理。

2）每月5日前，将上月各类记录交给第三方监理，用于审核数据。

3）保证满足环保部门对子站故障的响应时间要求，当子站每日6时～23时出现故障，在1小时之内响应，4小时内到达现场解决（通信线路、电力线路故障除外，但及时与相关部门联系积极解决）。若仪器故障无法排除，我方在24小时内提供并更换相应的备机，保证自动站正常运行。

五.投资运算

5.1.扬尘在线监测系统（光散射）

5.2.扬尘在线监测系统（β射线）