本發(fā)明涉及環(huán)境檢測儀器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種機動車污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)階段霧霾天氣和重污染天氣日趨嚴重，并日益成為全球性問題，其主要污染源之一就是機動車尾氣污染。隨著機動車數(shù)量越來越多、使用范圍越來越廣，它對城市環(huán)境的污染越來越大，引發(fā)了一系列問題。機動車尾氣污染是由機動車排放的廢氣造成的環(huán)境污染，其主要污染物為碳氫化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化硫、含鉛化合物、及固體顆粒物等，嚴重時能引起光化學(xué)煙霧等。機動車尾氣排出的污染物給大氣環(huán)境帶來了嚴重的污染，給人體健康造成了嚴重的危害。因此，必須采取有效的措施，對機動車排放的尾氣污染物進行監(jiān)測，正確評估大氣污染對健康的不良影響，為制定行政管理措施提供科學(xué)依據(jù)，通過實施有效管理辦法，減少或者控制機動車的排污量，保護人類的生存環(huán)境是十分必要的。

因此亟需提供一種新型的機動車污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)來解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種機動車污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)C動車尾氣排放的污染物進行實時在線監(jiān)測，實現(xiàn)空氣質(zhì)量的預(yù)警和預(yù)報功能。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是：提供一種機動車污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括安裝在道路兩側(cè)的收發(fā)端、反射端，收發(fā)端與反射端之間形成的光路測量區(qū)域位于道路上空斷面；

該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集儀、與數(shù)據(jù)采集儀通信的機動車尾氣污染物在線監(jiān)測模塊、環(huán)境氣象參數(shù)監(jiān)測儀、噪聲監(jiān)測模塊、車流量統(tǒng)計模塊，機動車尾氣污染物在線監(jiān)測模塊采用紅外激光和紫外相結(jié)合的方式來測量機動車尾氣污染物的總排放量。

在本發(fā)明一個較佳實施例中，機動車尾氣污染物在線監(jiān)測模塊包括氣態(tài)污染物監(jiān)測模塊、顆粒物監(jiān)測模塊。氣態(tài)污染物監(jiān)測模塊用于檢測分析氣態(tài)污染物濃度，包括CO、CO₂、HC、NO和NO₂；顆粒物監(jiān)測模塊用于分析和檢測PM₁₀、PM_2.5的濃度。

進一步的，氣態(tài)污染物監(jiān)測模塊包括激光檢測單元、紫外檢測單元。激光檢測單元采用非分散紅外氣體濾波相關(guān)法(GB9801-88)來檢測CO、CO₂氣態(tài)污染物的濃度；紫外檢測單元采用紫外差分吸收光譜法來檢測HC、NO和NO₂氣態(tài)污染物的濃度。

進一步的，紫外檢測單元包括測量光路、校準(zhǔn)光路，測量光路包括光譜儀、卡塞接收系統(tǒng)、雙光源耦合系統(tǒng)、準(zhǔn)直透鏡，校準(zhǔn)光路包括校準(zhǔn)池、內(nèi)參考光反射系統(tǒng)，校準(zhǔn)池和內(nèi)參考光反射系統(tǒng)固定在一可移動支架上。測量光路與校準(zhǔn)光路可自動切換，使該模塊結(jié)構(gòu)更加緊湊、體積更小。

在本發(fā)明一個較佳實施例中，該系統(tǒng)還包括動態(tài)校準(zhǔn)儀，用于對氣態(tài)污染物監(jiān)測模塊進行校零和校標(biāo)，具有動態(tài)配氣功能，采用數(shù)字通訊方式與數(shù)據(jù)采集儀相連。

在本發(fā)明一個較佳實施例中，該系統(tǒng)的光路測量區(qū)域位于道路上空0.5—3m處的斷面位置，該監(jiān)測位置使所述系統(tǒng)監(jiān)測機動車污染物的結(jié)果更加準(zhǔn)確。

在本發(fā)明一個較佳實施例中，收發(fā)端為機柜，不需要建設(shè)站房，具有高可靠性環(huán)境倉，可以在不同環(huán)境下確保儀器長時間可靠運行。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明采用模塊化設(shè)計，集成多種類型的前端監(jiān)測設(shè)備，可以快速準(zhǔn)確定位污染源，實時保存車輛信息及數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確找出高排放區(qū)域，通過區(qū)域整改等措施使整個污染物排放量消減，環(huán)境效益十分明顯；

(2)本發(fā)明檢測方法簡便、快速，設(shè)備間數(shù)據(jù)鏈傳輸以有線或無線網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，可實現(xiàn)遠程控制和維護，減少了路檢人員投入，進而大大減少了資金投入；

(3)本發(fā)明可以24小時不間斷運行，運行過程中無需人員值守，維護量少，對車流量和車速進行全天候?qū)崟r監(jiān)控，評估機動車流量對空氣污染的貢獻率，實現(xiàn)城市道路空氣、聲、氣象及車況等綜合環(huán)境的實時在線監(jiān)測；

(4)本發(fā)明能夠分析城區(qū)機動車尾氣污染變化規(guī)律，為城市機動車尾氣污染防治和排放管控提供科學(xué)依據(jù)；

(5)通過建立機動車污染源在線監(jiān)控系統(tǒng)可以計算被監(jiān)控路段對局地空氣污染的貢獻，對于推進節(jié)能減排，凈化城市空氣具有重要的意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明機動車污染物在線監(jiān)測系統(tǒng)一較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明機動車污染物在線監(jiān)測系統(tǒng)一較佳實施例的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3是所述收發(fā)端的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是所述紫外檢測單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖中各部件的標(biāo)記如下：1、光譜儀，2、校準(zhǔn)池，3、卡塞接收系統(tǒng)，4、雙光源耦合系統(tǒng)，5、內(nèi)參考光反射系統(tǒng)，6、準(zhǔn)直透鏡，7、反射端，8、LED光源，9、耦合透鏡，10、氘燈，11、環(huán)境氣象參數(shù)監(jiān)測儀，12、氣態(tài)污染物監(jiān)測模塊，13、噪聲監(jiān)測模塊，14、顆粒物監(jiān)測模塊，15、動態(tài)校準(zhǔn)儀，16、收發(fā)端，17、光路。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。

請參閱圖1和圖2，本發(fā)明實施例包括：

一種機動車污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括安裝在道路兩側(cè)的收發(fā)端16、反射端7，收發(fā)端16與反射端7之間形成的光路17測量區(qū)域位于道路上空0.5—3m處的斷面位置，區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)中針對低空大氣采用抽氣方式進行測量某點的污染分布情況，該監(jiān)測位置及監(jiān)測方式使所述系統(tǒng)監(jiān)測機動車污染物的結(jié)果更加準(zhǔn)確。優(yōu)選的，收發(fā)端16為機柜，不需要建設(shè)站房，具有高可靠性環(huán)境倉，可以在不同環(huán)境下確保儀器長時間可靠運行。

該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集儀、與數(shù)據(jù)采集儀通信的機動車尾氣污染物在線監(jiān)測模塊、環(huán)境氣象參數(shù)監(jiān)測儀11、噪聲監(jiān)測模塊13、車流量統(tǒng)計模塊、動態(tài)校準(zhǔn)儀15，機動車尾氣污染物在線監(jiān)測模塊包括氣態(tài)污染物監(jiān)測模塊12、顆粒物監(jiān)測模塊14，如圖3所示，環(huán)境氣象參數(shù)監(jiān)測儀11安裝在收發(fā)端的機柜上部，氣態(tài)污染物監(jiān)測模塊12、顆粒物監(jiān)測模塊14、噪聲監(jiān)測模塊13、動態(tài)校準(zhǔn)儀15均安裝在收發(fā)端的機柜內(nèi)，反射端7包括多個鏡片，用于反射收發(fā)端16發(fā)出的光線。該系統(tǒng)測量的主要項目有：CO、CO2、NO_X(NO、NO₂)、PM、車流量、噪聲、氣象參數(shù)(風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、氣壓)。數(shù)據(jù)采集儀的輸出端還可連接數(shù)據(jù)中心平臺，數(shù)據(jù)中心平臺的輸出端連接移動終端、監(jiān)控中心，優(yōu)選的，移動終端、監(jiān)控中心通過互聯(lián)網(wǎng)方式與數(shù)據(jù)中心平臺相連?，F(xiàn)場儀器的監(jiān)測數(shù)據(jù)自動傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心平臺，由平臺里的服務(wù)器進行數(shù)據(jù)匯總、整理和綜合分析，可以根據(jù)需要實現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

氣態(tài)污染物監(jiān)測模塊12可以對多種氣體濃度進行測量，實時性強，采用紫外差分吸收光譜技術(shù)和非分散紅外檢測技術(shù)相結(jié)合的方式，實時、在線監(jiān)測空氣中的CO、CO₂、HC、NO和NO₂等氣體的含量，采用網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字通訊、USB等方式與數(shù)據(jù)采集儀進行通訊。其包括激光檢測單元、紫外檢測單元，激光檢測單元采用非分散紅外氣體濾波相關(guān)法(GB9801-88)來檢測CO、CO₂氣態(tài)污染物的濃度；紫外檢測單元采用紫外差分吸收光譜法來檢測HC、NO和NO₂氣態(tài)污染物的濃度。氮氧化物的測量范圍在(0-5000)ug/m3，測量精度在±2.5％；CO的測量范圍在(0-50)ug/m3，測量精度在±2.5％。

結(jié)合圖4，紫外檢測單元包括測量光路、校準(zhǔn)光路，測量光路包括光譜儀1、卡塞接收系統(tǒng)3、雙光源耦合系統(tǒng)4、準(zhǔn)直透鏡6，校準(zhǔn)光路包括校準(zhǔn)池2、內(nèi)參考光反射系統(tǒng)5，校準(zhǔn)池2和內(nèi)參考光反射系統(tǒng)5固定在一可移動支架上，支架的移動位置由步進電機進行控制，當(dāng)校準(zhǔn)電路進行校零、校標(biāo)時，光源由內(nèi)參考光反射系統(tǒng)5反射到卡塞接收系統(tǒng)3，再經(jīng)過校準(zhǔn)池2到達光譜儀1。雙光源耦合系統(tǒng)4包括LED光源8、耦合透鏡9、氘燈10，LED光源8發(fā)出的光束在經(jīng)過耦合透鏡9的折射后到達氘燈10的窗口內(nèi)，從而與氘燈10發(fā)出的光束形成耦合，組成混合光源，產(chǎn)生加強作用，然后在準(zhǔn)直透鏡6的準(zhǔn)直作用下變成平行光。當(dāng)正常測量時，通過步進電機將可移動支架移開，雙光源耦合系統(tǒng)4經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡6準(zhǔn)直后到反射端7，再經(jīng)反射端7到達卡塞接收系統(tǒng)3，最后進入光譜儀1。在紫外檢測單元中，雙光源耦合系統(tǒng)4將LED光源8和氘燈10耦合成一個光路進入發(fā)射和接收系統(tǒng)，且測量光路與校準(zhǔn)光路可自動切換，使該模塊結(jié)構(gòu)更加緊湊、體積更小。

顆粒物監(jiān)測模塊14用于分析和檢測PM₁₀、PM_2.5的濃度，采用激光散射法進行測量，測量范圍在(0—5)ug/m3，測量精度在±5％。顆粒物監(jiān)測模塊14采用數(shù)字通訊方式與數(shù)據(jù)采集儀連接，優(yōu)選的，可采用RS485通訊方式與數(shù)據(jù)采集儀連接。

機動車尾氣污染物在線監(jiān)測模塊采用紅外激光和紫外相結(jié)合的方式來測量機動車尾氣污染物的總排放量。采用激光的高速掃描，增加了測量的頻率，提高了信噪比和靈敏度；紫外檢測單元的光學(xué)設(shè)計巧妙，測量光路采用多次反射的方式來增加測量光程，并以面的形式覆蓋于道路上空約兩米的位置，測量精度高。

動態(tài)校準(zhǔn)儀15用于對氣態(tài)污染物監(jiān)測模塊12進行校零和校標(biāo)，具有動態(tài)配氣功能。標(biāo)準(zhǔn)氣體經(jīng)過氣路進入動態(tài)校準(zhǔn)儀15，對氣體濃度進行切割，輸出多種濃度點的標(biāo)準(zhǔn)氣。動態(tài)校準(zhǔn)儀15采用數(shù)字通訊方式與數(shù)據(jù)采集儀連接，優(yōu)選的，可采用RS485通訊方式與數(shù)據(jù)采集儀連接。

噪聲監(jiān)測模塊13采用噪聲傳感器對現(xiàn)場聲信號進行采集和處理，然后聲壓級以數(shù)字通訊方式輸出，優(yōu)選的，可采用RS485的通訊方式輸出。噪聲的測量范圍為(30—130)db，測量精度為±0.5db。

車流量統(tǒng)計模塊安裝于道路旁立桿上，采用窄波雷達原理，其產(chǎn)生的差頻信號強度與車輛是否存在相關(guān)，這樣通過一定的數(shù)字信號處理便可以得到各車道的車流量信息。統(tǒng)計車的流量信息用于得出在單位時間內(nèi)，道路通過的車輛總數(shù)與排放濃度之間的關(guān)系。車流量統(tǒng)計模塊采用數(shù)字通訊方式與數(shù)據(jù)采集儀進行數(shù)據(jù)傳輸，優(yōu)選的，可采用RS232或者RS485通訊方式與數(shù)據(jù)采集儀進行數(shù)據(jù)傳輸。

環(huán)境氣象參數(shù)監(jiān)測儀11采用氣象傳感器實時在線測量環(huán)境空氣中的風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度和大氣壓五參數(shù)的監(jiān)測。氣象參數(shù)用于得出在污染截面內(nèi)，污染物的擴散方向和速度。風(fēng)速采用超聲波時差法，測量范圍為(0—60)m/s，測量精度在±0.2m/s；風(fēng)向采用超聲波時差法，測量范圍為0°—359.9°無盲區(qū)，測量精度為±3％；溫度采用二極管結(jié)電壓測量溫度值，測量范圍：(-40—+80)℃，測量精度為±0.2℃；濕度采用電容式測量方法，測量范圍：(0—100)％RH，測量精度：±3RH；氣壓采用壓阻式測量方法，測量范圍在(10—1100)hPa，測量精度為±0.5hPa(25℃)。環(huán)境氣象參數(shù)監(jiān)測儀采用數(shù)字通訊方式與數(shù)據(jù)采集儀進行數(shù)據(jù)傳輸，優(yōu)選的，可采用RS232的通訊方式與數(shù)據(jù)采集儀進行數(shù)據(jù)傳輸。

數(shù)據(jù)采集儀以工業(yè)計算機為核心，用于采集各檢測系統(tǒng)及分析儀的監(jiān)測結(jié)果，實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計、處理、存儲、查詢和遠程通訊功能。數(shù)據(jù)采集儀將處理后的數(shù)據(jù)通過光纖或者4G的方式發(fā)送到數(shù)據(jù)中心平臺。

數(shù)據(jù)中心平臺以計算機和通訊網(wǎng)絡(luò)為平臺，以中心站管理軟件為核心，遠程實現(xiàn)對各個數(shù)據(jù)采集儀的數(shù)據(jù)獲取、存儲和查詢功能控制，具有數(shù)據(jù)發(fā)布、污染預(yù)警預(yù)報等功能。

機動車污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)可以對機動車尾氣排放的污染物進行實時在線監(jiān)測，實現(xiàn)空氣質(zhì)量的預(yù)警和預(yù)報功能，同時還可以應(yīng)用在城市環(huán)境及工業(yè)企業(yè)環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域，通過對多套子系統(tǒng)進行聯(lián)網(wǎng)，組建空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)，建立區(qū)域空氣質(zhì)量保障監(jiān)測預(yù)警體系。

本發(fā)明采用模塊化設(shè)計，集成多種類型的前端監(jiān)測設(shè)備，可以快速準(zhǔn)確定位污染源，實時保存車輛信息及數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確找出高排放區(qū)域，通過區(qū)域整改等措施使整個污染物排放量消減，環(huán)境效益十分明顯；本發(fā)明檢測方法簡便、快速，設(shè)備間數(shù)據(jù)鏈傳輸以有線或無線網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，可實現(xiàn)遠程控制和維護，減少了路檢人員投入，進而大大減少了資金投入；本發(fā)明可以24小時不間斷運行，運行過程中無需人員值守，維護量少，對車流量和車速進行全天候?qū)崟r監(jiān)控，評估機動車流量對空氣污染的貢獻率，實現(xiàn)城市道路空氣、聲、氣象及車況等綜合環(huán)境的實時在線監(jiān)測；本發(fā)明能夠分析城區(qū)機動車尾氣污染變化規(guī)律，為城市機動車尾氣污染防治和排放管控提供科學(xué)依據(jù)；通過建立機動車污染源在線監(jiān)控系統(tǒng)可以計算被監(jiān)控路段對局地空氣污染的貢獻，對于推進節(jié)能減排，凈化城市空氣具有重要的意義。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。