一、背景描述
1.1 項目背景
當(dāng)前我國正處在城市化快速發(fā)展階段,隨著大面積的開發(fā)建設(shè),各種建設(shè)施工、交通運(yùn)輸、生產(chǎn)加工等原因而產(chǎn)生揚(yáng)塵污染。揚(yáng)塵不僅破壞居住環(huán)境,而且對居民身體健康造成威脅,因此,在揚(yáng)塵治理方面,應(yīng)加強(qiáng)建筑施工揚(yáng)塵治理、道路揚(yáng)塵治理、堆場揚(yáng)塵治理,并加強(qiáng)渣土運(yùn)輸揚(yáng)塵污染控制;同時,開展建設(shè)工地網(wǎng)格化揚(yáng)塵在線監(jiān)測,并加強(qiáng)對重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)時段的揚(yáng)塵管控。在揚(yáng)塵污染治理實踐中,加緊制定一套完整的排放標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)測規(guī)范、治理和評價等技術(shù)體系,迫使被監(jiān)管方針對性地采用生物納膜抑塵技術(shù)、云霧抑塵技術(shù)、濕式收塵技術(shù)、抑塵劑技術(shù),切實做好揚(yáng)塵防治工作。
建筑工地?fù)P塵污染是建筑施工過程中排放的無組織顆粒物污染，既包括施工工地內(nèi)部各種施工環(huán)節(jié)造成的一次揚(yáng)塵，也包括因施工運(yùn)輸車輛粘帶泥土以及建筑材料逸散在工地外部道路上所造成的二次交通揚(yáng)塵。長期以來，對于建設(shè)工地?fù)P塵帶來的空氣質(zhì)量監(jiān)管方面，由于不能得到實時、準(zhǔn)確的監(jiān)測數(shù)據(jù)，即使收到舉報無法得到與事實相對應(yīng)的直接證據(jù)，一直是令政府監(jiān)管部門十分困擾的事情。
近年來，很多的政府監(jiān)管部門都已經(jīng)建立了揚(yáng)塵在線監(jiān)控系統(tǒng)，并在規(guī)模性的建筑工地都加裝攝像頭遠(yuǎn)程的監(jiān)控。揚(yáng)塵PM10的監(jiān)控方式現(xiàn)在常見的是國標(biāo)β射線法和光散射法兩種方式，由于前期國標(biāo)β射線法的監(jiān)測設(shè)備價格比較昂貴，政府監(jiān)管部分并未對監(jiān)測方式進(jìn)行強(qiáng)制性的要求，由于光散射型監(jiān)測方式存在準(zhǔn)確性差、穩(wěn)定性弱、干擾因素多等缺點(diǎn)，造成城市PM10監(jiān)測質(zhì)量差，數(shù)據(jù)傳輸缺失等現(xiàn)象比較突出，無法切實發(fā)揮監(jiān)管作用。
環(huán)境空氣顆粒物的β射線吸收法是對捕集到濾膜上的揚(yáng)塵顆粒物進(jìn)行自動精確測量，具有準(zhǔn)確率高、抗干擾強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。該方法的推廣應(yīng)用可廣泛適用于常規(guī)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測、環(huán)境評價以及污染源監(jiān)測等場合，逐步成為城市揚(yáng)塵在線監(jiān)測系統(tǒng)的最佳方案。
揚(yáng)塵在線監(jiān)測系統(tǒng)（β射線法）相比于光散射型監(jiān)測系統(tǒng)有國家標(biāo)準(zhǔn)可依，《HJ1100-2020 環(huán)境空氣顆粒物（PM10和PM2.5）β射線法自動監(jiān)測技術(shù)指南》對β射線法監(jiān)測系統(tǒng)的方法原理、質(zhì)量保證和準(zhǔn)確度、校準(zhǔn)、切割器的選擇做出了相應(yīng)規(guī)定，《HJ 653-2013 ?環(huán)境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法》對設(shè)備的技術(shù)要求、性能指標(biāo)、檢驗方式等作出了明確的要求，《HJ655-2013環(huán)境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)安裝和驗收技術(shù)規(guī)范》對設(shè)備的安裝和驗收技術(shù)規(guī)范做了要求，揚(yáng)塵在線監(jiān)測系統(tǒng)（β射線法）真正做到了有標(biāo)準(zhǔn)可依，產(chǎn)品必須取得《計量器具型式批準(zhǔn)證書CPA》和《環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品認(rèn)證證書 CCEP》，廠家需具備輻射安全許可證確保貝塔射線放射性C-14碳源的安全可靠，產(chǎn)品的質(zhì)量及一致性和廠家的技術(shù)實力能夠得到很好的保證。
綜上所述，揚(yáng)塵在線監(jiān)測系統(tǒng)（β射線法）無論是在質(zhì)控、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、抗干擾性、設(shè)備一致性等各方面，都優(yōu)于原來的光散射型揚(yáng)塵在線監(jiān)測設(shè)備，為了確保顆粒物測定結(jié)果準(zhǔn)確性，進(jìn)一步為環(huán)境質(zhì)量管理提供了技術(shù)支撐，建議將原來光散射型設(shè)備升級為β射線型揚(yáng)塵在線監(jiān)測系統(tǒng)。
1.2?建設(shè)依據(jù)
《HJ1100-2020 ?環(huán)境空氣顆粒物（PM10和PM2.5）β射線法自動監(jiān)測技術(shù)指南》
《HJ 653-2013 ?環(huán)境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法》
《HJ655-2013 ??環(huán)境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)安裝和驗收技術(shù)規(guī)范》
《GB3095-2012 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》
《JJG 846-2015 粉塵濃度測量儀檢定規(guī)程》
《HJ 212-2017污染物在線監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》
《HJ93-2013環(huán)境空氣顆粒物(pm10和pm2.5)采樣器技術(shù)要求及檢測方法》
二、系統(tǒng)介紹
2.1 系統(tǒng)簡介
本方案提供了一種對工地?fù)P塵（空氣中可吸入顆粒物）實時監(jiān)測而且具有視頻疊加并存儲功能的解決方案。通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)可以對工地區(qū)域揚(yáng)塵進(jìn)行實時有效的監(jiān)測管理。項目的全面實施，可將所包含的范圍中所有的建設(shè)施工納入監(jiān)管范圍，真正實現(xiàn)有效管理和標(biāo)準(zhǔn)化執(zhí)法。
揚(yáng)塵在線監(jiān)測系統(tǒng)是一個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，主要由感知層（現(xiàn)場在線監(jiān)測設(shè)備）、傳輸層（傳輸網(wǎng)絡(luò)）、應(yīng)用層（監(jiān)控中心）三個部分組成。
建筑工地?fù)P塵在線監(jiān)測架構(gòu)圖如下：
- 感知層：揚(yáng)塵在線監(jiān)測系統(tǒng)（β射線）能夠?qū)崿F(xiàn)顆粒物PM10、環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、大氣壓等參數(shù)的連續(xù)自動監(jiān)測，并配有工地視頻監(jiān)控攝像機(jī)實現(xiàn)視頻圖像的采集，同時將監(jiān)測的參數(shù)在視頻監(jiān)控畫面上實現(xiàn)疊加顯示，固化違章證據(jù)。
2、傳輸層：使用有線或4G等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸（可擴(kuò)展5G傳輸），傳輸協(xié)議采用國標(biāo)HJ212的通信格式，前端設(shè)備采用直發(fā)的方式，不允許采用第三方平臺轉(zhuǎn)發(fā)的方式，確保數(shù)據(jù)的連續(xù)可靠，最大程度上防止數(shù)據(jù)的篡改；
3、應(yīng)用層：面向不同職能部門、建筑工地的客戶端系統(tǒng)，實現(xiàn)基于Web的污染源實時數(shù)據(jù)在線監(jiān)測、現(xiàn)場圖像和視頻的監(jiān)控、污染源超標(biāo)報警、以及面向不同管理層的各種管理與統(tǒng)計分析。
在線監(jiān)測信息監(jiān)控管理平臺可通過互聯(lián)網(wǎng)訪問，實現(xiàn)了基于Web的污染源實時數(shù)據(jù)在線監(jiān)測，現(xiàn)場圖像和視頻的監(jiān)控(包括對前端云臺和攝像機(jī)的實時控制)、污染源超標(biāo)報警、以及面向不同管理層的各種管理與統(tǒng)計分析。
2.2 系統(tǒng)優(yōu)勢
山東恩易揚(yáng)塵在線監(jiān)測系統(tǒng)（β射線法）系統(tǒng)優(yōu)勢如下：
- 系統(tǒng)采用β射線吸收法是對捕集到濾膜上的5/PM10/TSP等顆粒物進(jìn)行自動精確測量，準(zhǔn)確率高、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)；
- β射線法揚(yáng)塵在線監(jiān)測系統(tǒng)采用國標(biāo)的小流量5/PM10/TSP切割器，利用空氣動力學(xué)原理，采集空氣中懸浮顆粒物，與國標(biāo)法一致，而光散射型監(jiān)測系統(tǒng)通常不具備切割器；
- β射線法揚(yáng)塵在線監(jiān)測系統(tǒng)采用精準(zhǔn)的氣體流量控制方案，使流量穩(wěn)定在67L/min，和切割器配合使用，相比于采用廉價小型真空泵的泵吸式光散射型的設(shè)備，有著更高的準(zhǔn)確度；
- 儀器采用采樣和檢測同位置檢測方式，從根本上解決了移動紙帶所帶來的測量誤差；
- 采用DHS（動態(tài)加熱系統(tǒng)）加熱采樣入口氣體并具有動態(tài)溫濕度補(bǔ)償功能，符合國家標(biāo)準(zhǔn)，可以保證對半揮發(fā)性硝酸鹽和有機(jī)物的精確測量；
- 采用進(jìn)口濱松β射線探測器，測量穩(wěn)定，安全可靠，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，不同于個別廠家限于成本采用低劣探測器的方案；
- 采用碳源和探測器固定位置設(shè)計，保證測量穩(wěn)定性及校準(zhǔn)準(zhǔn)確性；
- 可采用專用校準(zhǔn)膜進(jìn)行校準(zhǔn)，定期的校準(zhǔn)加強(qiáng)對設(shè)備的質(zhì)控管理；
- 采用超長紙帶設(shè)計，紙帶更換周期長達(dá)110天，減少設(shè)備維護(hù)量和降低運(yùn)維成本；
- 紙帶耗盡提醒功能，及時告知維護(hù)人員紙帶的使用情況；
- 前端設(shè)備動態(tài)維護(hù)系統(tǒng)加持，維護(hù)人員可以通過維護(hù)平臺及時知道前端設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及故障信息，為數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、可靠打下堅實的基礎(chǔ)；
- 超長數(shù)據(jù)存儲，長達(dá)365天的數(shù)據(jù)存儲功能；
- 支持視頻字符疊加的等級變色功能，在視頻監(jiān)控畫面上即可展示環(huán)境參數(shù)及揚(yáng)塵等級，更加便于監(jiān)管；
- 摒棄了DTU數(shù)據(jù)上傳模式，選用操作系統(tǒng)驅(qū)動4G傳輸或以太網(wǎng)傳輸，能夠支持遠(yuǎn)程運(yùn)維平臺，實現(xiàn)多平臺的數(shù)據(jù)直發(fā)，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定、可靠；
- 標(biāo)準(zhǔn)HJ212-2017的環(huán)保協(xié)議傳輸，2路RS232和2路RS485接口；
- 支持標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU協(xié)議的傳感器接入，為后期系統(tǒng)的擴(kuò)展預(yù)留接口；
- 支持噴淋對接接口，實現(xiàn)噴淋系統(tǒng)的聯(lián)動；
- 系統(tǒng)采用5寸電容觸摸屏，圖形界面簡單明了，操作簡單。
三、產(chǎn)品介紹
3.1 產(chǎn)品簡介
揚(yáng)塵在線監(jiān)測系統(tǒng)（β射線）采用的是貝塔射線吸收法的工作原理，將C-14 作為貝塔射線發(fā)射源，其發(fā)射恒定的高能量電子，環(huán)境空氣通過切割器以恒定的流量經(jīng)過進(jìn)樣管，顆粒物截留在濾膜上。β射線通過濾膜時，能量發(fā)生衰減，通過對衰減量的測定計算出顆粒物的質(zhì)量，根據(jù)采樣流量、采樣時間和濾膜面積計算出實際狀態(tài)下環(huán)境空氣中顆粒物的濃度。
揚(yáng)塵在線監(jiān)測設(shè)備（β射線）是全天候戶外自動監(jiān)測終端，能夠適應(yīng)全天候復(fù)雜環(huán)境，以及IP65防塵、防濺水設(shè)計，功能完善、系統(tǒng)集成度高、堅固耐用，可在各種復(fù)雜環(huán)境下可靠工作，是工地、道路揚(yáng)塵監(jiān)測的最理想方案。
3.2 工作原理
揚(yáng)塵在線監(jiān)測系統(tǒng)（β射線）是根據(jù)β射線吸收原理設(shè)計的。β射線是一種高速電子流，當(dāng)它穿透物質(zhì)后，部分被吸收，導(dǎo)致強(qiáng)度衰減。在一定條件下，其衰減量的大小僅與吸收物質(zhì)的質(zhì)量有關(guān)，而與吸收物質(zhì)的其它物化特性（如顆粒物分散度、顏色、光澤、形狀等）無關(guān)，所以能直接測量大氣顆粒物的質(zhì)量濃度。將強(qiáng)度恒定的β射線源在顆粒物采集前后分別兩次穿過清潔濾紙和采集有顆粒物的濾紙，根據(jù)兩次β射線被吸收的變化量來求得收集在濾紙上的顆粒物的質(zhì)量。使用β射線探測器PMT作為檢測器對β射線通量進(jìn)行計數(shù)，其計數(shù)頻率的變化可表征β射線強(qiáng)度的變化，測量結(jié)果只取決于兩次計數(shù)的比值和質(zhì)量吸收系數(shù)，與β源的原始強(qiáng)度無關(guān)。
揚(yáng)塵在線監(jiān)測系統(tǒng)（β射線）原理框圖
環(huán)境空氣通過切割器以恒定的流量經(jīng)過進(jìn)樣管，顆粒物截留在濾膜上。β射線通過濾膜時，能量發(fā)生衰減，通過對衰減量的測定計算出顆粒物的質(zhì)量，根據(jù)采樣流量、采樣時間和濾膜面積從而計算出實際狀態(tài)下環(huán)境空氣中顆粒物的濃度。
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