空气自动监测网运行率和准确率统计自动化实现的探讨

(山东省环境监测中心站,山东济南250013)

万 黎,李 彦,崔志伟,刘 玉

空气自动监测网运行率和准确率统计自动化实现的探讨

(山东省环境监测中心站,山东济南250013)

万 黎,李 彦,崔志伟,刘 玉

山东省在城市空气质量自动监测网络的监控管理中,设计了反映子站运行管理的量化指标和计算程序,用软件统计系统自动计算仪器设备的运行率和数据的准确率,实现了全省监测数据的统一确认,使质量保证的监管措施得以自动化实现。详细介绍了该任务的自动化实现方式。

空气质量;自动监测;运行率;准确率;监测数据

为全面真实地反映城市空气质量状况,山东省建立了由全部设区城市共144个空气自动监测站组成的、高覆盖面积的城市空气监控网络,实现全部子站与省、市环保局实行联网,统一数据采集,统一数据确认管理。覆盖所属辖区全部子站的省控空气质量自动监测监控网络尚无先例,已有环境空气信息管理系统的服务对象只局限于单个城市,不涉及获取信息本身准确程度的判别。而我省空气质量自动监测站位多、对象复杂,对获取信息本身准确程度的评判是全省统一数据确认的关键。

子站系统运营管理工作的指标是设备运行率和数据准确率,而以往对运行率、准确率的统计只是依据管理人员每日对数据肉眼观察,发现不合理或故障情况进行手工记录,结合现场抽查和远程控制,判定其数据是否合理。人工登记难免因标准不统一和工作量巨大而出现遗漏或差错,不可能做到全面、完整和公正,必须采用自动化的管理手段。设计反映子站运行管理的量化指标和计算程序,建立空气质量自动监测系统的运行评价体系,实现全省监测数据的统一确认。

经过反复地将获取数据和现场仪器运行情况进行观察、总结、比对,将一系列复杂的人工管理量化,归纳提炼形成数学模型,用软件模拟人工操作,我省独创设计了符合我省空气监测子站运行实际情况、比较完善合理、兼顾地域情况、体现人性化管理、统一标准的运行率和准确率统计程序,解决了各子站监测数据运行率、准确率自动判别的问题,做到了测点数据的同质化,实现了全省空气质量监测数据的统一确认。

1 设计原则

1.1 运行率统计

自动统计每天全省所有子站监测仪器的数据采集频率,对不满足国家规范[1]要求的,扣除该天的运行率。

1.2 准确率统计

数据出现以下几种现象系统自动判定该天、该子站、该监测仪器数据不准确:

(1)24 h内小时浓度均值变化幅度过小

数据在24 h内变化幅度太小不符合污染物变化规律。归纳的数学模型为24 h内污染物浓度的最大值(max)减最小值(min)小于一个常规合理差值。由于地域的关系,沿海城市和内地城市以及不同的季节这个差值是不同的。为使管理公正,系统设计了统计参数表(见图1),管理人员根据季节和地域设置不同的、相对合理的差值参与统计。如对于威海市,一般情况下二氧化硫等气态污染物的这个差值设为10μg/m3,但由于其地理位置为三面环海,夏天雨季可能出现监测值在一天内变化小于这个设定值,经多次的观察和现场比对确定,统计时就可合理地将该季节的这个差值设定减小至5～8μg/m3。

(2)浓度日均值小于该污染物最低检出限

(3)24小时内小时浓度均值出现5个以上负值

图1 运行状况统计参数表

(4)24小时内小时浓度均值出现连续5个以上小时完全无变化

(5)日均值浓度小于该城市全部点位浓度日均值[2](该点参加均值计算)的一个设定倍数(如一半)。这个倍数由管理人员根据城市的区域范围及点位的具体位置预设在统计参数表中。

(6)管理人员通过数据审核或现场抽查判定该天该项数据无效,不能参加全市均值统计的,通过软件的数据编辑功能将数据标记上无效符号。如:同一时间、同一监测项目,某一测站与全市、尤其是相邻测站的监测数据曲线相关性太差,数据明显异常等情况。

软件在判定时只要出现上述情况中的一项则停止继续判断,避免重复计算。

2 计算方法

点位运行率和准确率表格式样见表1和表2。

表1为各城市每一点位的异常情况清单。如表中2008年12月,济南市泉城广场子站,“数据量不足”项目中SO2列值为1,表明SO2监测仪有一天的数据量不足18个小时,即为该子站有一天SO2数据未获取;“5个以上小时值 ≤0”项目中PM10列为2,表明PM10监测仪有两天出现了连续5个以上小时值≤0,即为该子站有两天 PM10数据不准确。实际应用的表1是每一个故障项目下均有 5 列 ,分别为考核因子 SO2、NO2、PM10、CO和O3,限于篇幅这里只示意性列出SO2和 PM10两列。

表2为各城市运行率和准确率汇总表,是根据下述的计算公式将表1汇总统计所得。

2.1 运行率

一个城市的仪器运行率即为其全部站点仪器的数据获取率,是在选择的时间段内该城市全部站点数据采集量达到规范中要求的数据采集频率的数据天数之和。取表1中该城市全部站点“数据量不足”项目中 SO2、NO2、PM10、CO 和 O3这 5列之和计入“未获取次数”。该城市的仪器运行率为:

2.2 准确率

根据系统准确率的自动统计原则将表1中同一城市全部站点除“数据量不足”之外其它项目之和计入“不准确次数”。按 SO2、NO2、PM10、CO和O3这5个参数统计,该城市的数据准确率为:

表1 全省城市空气自动监测站运行情况(2008年12月) 天

表2 全省城市空气监测网运行率准确率统计

3 结语

本功能软件现已在山东省以及全部市级监控中心应用。山东省环保局每月进行通报的城市空气自动监测站仪器运行率和数据准确率考核表由该软件自动生成。由于其指标统一、透明度高、公正性强,极大地提高了空气自动监测网质量管理的监管力度、效率和水平,以往多见的数据缺失、数据异常现象大大减少,为全面、公正的监控管理、确保数据的完整性和准确性提供了切实有效的技术保障。

以上的设计指标是根据调查、归纳、比对山东省的实际情况而设计出来的,各地空气质量及污染源的分布情况不一致,可灵活进行指标设计,进一步完善自动化监管工作。

[1]《环境空气质量自动监测技术规范》(HJ/T193—2005)

[2]中国环境监测总站文件(总站办字[2000]026号,关于发布《城市空气质量日报技术规定》的通知

[3]广州省环境保护监测站.珠江三角洲区域空气监控网络QA/QC手册[M].广州:广东科技出版社,2007.9:693-711.

[4]周发武.鲍建国.环境自动监控系统技术与管理[M].北京:中国环境科学出版社,2007.9:301-321.

[5]国家环境保护总局空气和废气监测分析编委会.方法空气和废气监测分析方法(第四版增补版)[M].北京:中国环境科学出版社,2003.9:252-271.

[6]《环境空气质量监测规范》(试行)

The Realization Process of Automatic Calculating the Operation Rate and Accuracy of Ambient Air Quality Automatic Monitoring Network

Wan Li,Li Yan,Cui Zhiwei,Liu Yu
(Shandong Provincial Environmental Monitoring Center,Jinan Shandong 250013)

In the supervision management for the urban ambient air quality automatic monitoring network,the quantitative index and calculation program for evaluating the working status of the monitor equipments have been designed in Shandong province.By using the computer software,the equipment operation rate and accuracy of monitoring data can be automatically calculated.Follow that,the monitoring data can be achieved by unified confirmed,and the quality assurance and regulatory measures can be automated to achieve for the w hole province.In this paper,the realization process of this automatic method has been described in detail.

urban ambient air quality;auto-monito ring;equipment operation rate;accuracy monitoring data

X84

A

1008-813(2010)02-0051-03

10.3969/j.issn.1008-813X.2010.02.014

2010-01-18

万黎(1958—),女,山东蓬莱人,毕业于解放军信息工程大学应用数学专业,高级工程师,从事环境自动监测及综合评价工作。