人們在物質(zhì)文明和精神文明發(fā)展的過程中，特別是在工業(yè)化和城市化的過程中，對原來純自然生態(tài)如生物的生理特性和生活習性的研究已經(jīng)覺得很不夠了，必須考慮自然環(huán)境受到的干擾如人類開發(fā)活動等，從而生態(tài)學（Ecology）發(fā)展出城市生態(tài)學、工程生態(tài)學及人類生態(tài)學等。
生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡建設
根據(jù)建設方案要求，首先，到2020年，全國生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡基本實現(xiàn)環(huán)境質(zhì)量、重點污染源、生態(tài)狀況監(jiān)測全覆蓋，各級各類監(jiān)測數(shù)據(jù)系統(tǒng)互聯(lián)共享，監(jiān)測預報預警、信息化能力和保障水平明顯提升，監(jiān)測與監(jiān)管協(xié)同聯(lián)動，初步建成陸海統(tǒng)籌、天地一體、上下協(xié)同、信息共享的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡，使生態(tài)環(huán)境監(jiān)測能力與生態(tài)文明建設要求相適應。
其次，全面設點，完善生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡。關于環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點位，建設涵蓋大氣、水、土壤、噪聲、輻射等要素，建立統(tǒng)一的環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡；健全重點污染源監(jiān)測制度，落實信息公開的法定責任，國家重點監(jiān)控排污單位要建設穩(wěn)定運行的污染物排放在線監(jiān)測系統(tǒng)；加強生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)建設。建立天地一體化的生態(tài)遙感監(jiān)測系統(tǒng)，研制、發(fā)射系列化的大氣環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星和環(huán)境衛(wèi)星后續(xù)星并組網(wǎng)運行，加強無人機遙感監(jiān)測和地面生態(tài)監(jiān)測，實現(xiàn)對重要生態(tài)功能區(qū)、自然保護區(qū)等大范圍和全天候的監(jiān)測。
再次，全國聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測信息集成共享。建立生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)集成共享機制，環(huán)保，國土資源、住房城鄉(xiāng)建設、交通運輸、水利、農(nóng)業(yè)、衛(wèi)生、林業(yè)、氣象、海洋等部門和單位獲取的環(huán)境質(zhì)量、污染源、生態(tài)狀況監(jiān)測數(shù)據(jù)，要實現(xiàn)有效集成、互聯(lián)共享，建立重點污染源監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)布機制，重點排污單位要按照環(huán)境保護部門要求將自行監(jiān)測結果及時上傳；構建生態(tài)環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)平臺，開展大數(shù)據(jù)關聯(lián)分析，提供決策、管理和執(zhí)法相關數(shù)據(jù)支持；統(tǒng)一發(fā)布生態(tài)環(huán)境監(jiān)測信息，建立發(fā)布機制，規(guī)范發(fā)布內(nèi)容、流程、權限、渠道。
第四，自動預警，科學引導環(huán)境管理與風險防范。
第五，依法追責，建立生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與監(jiān)管聯(lián)動機制。
第六，健全生態(tài)環(huán)境監(jiān)測制度與保障體系。除法律法規(guī)、標準和監(jiān)測事權、監(jiān)測市場外，還提出強化監(jiān)測科技創(chuàng)新能力，如研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的環(huán)境監(jiān)測儀器設備，推進監(jiān)測儀器設備國產(chǎn)化，又如積極開展國際合作，借鑒監(jiān)測科技先進經(jīng)驗，提升我國技術創(chuàng)新能力，還具體指出提高樣品采集、實驗室測試分析及現(xiàn)場快速分析測試能力等。對生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡建設具體方案，作者提出如下參考意見：
1、對多年來已建成并運行的基層站點，要盡量采用并升級換代。
2、盡量采用先進的網(wǎng)絡技術，按照行政區(qū)劃實行網(wǎng)絡化，對省、市、區(qū)、村鎮(zhèn)應打包提供標準設計和裝備，實行政府采購，規(guī)范化建設驗收，按COTS (Commercial off-the-shelf ）原則選擇硬件和軟件。
3、采用3S技術（遙感技術RS、地理信息系統(tǒng)GIS、全球定位系統(tǒng)GPS），其中GIS和GPS更應普遍采用，使其形成的時間標簽、地理標簽在整個網(wǎng)絡中的所有信息上都得到通行。要讓遙感技術結合無人機技術，在土地資源、生物資源如農(nóng)作物、水資源、礦產(chǎn)資源等的調(diào)查勘測、動態(tài)監(jiān)測、開發(fā)利用和保護等方面都見到實效并普及。
4、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡中運行的各種數(shù)據(jù)，或稱信息類型具有的多樣性。由上文已經(jīng)知道，不僅有一般的站點的物理量或稱連續(xù)量如溫度、壓力、流量及濁度、粒度物性分析等數(shù)值；還有化學量或分析量，有的是光譜、色譜、質(zhì)譜，轉(zhuǎn)化后才能成為數(shù)值及化學分子式；有的是圖像、文學、表格、視頻等。獲取信息的取樣方式也是多種多樣的，固定地點的自動連續(xù)采樣當然是主要形式；但手工方式采樣、實驗室分析、數(shù)值手工錄入計算機的方式也很常見；便攜式分析儀，車載式測控設備也是一種常用的設備。所以對網(wǎng)絡提出了無線傳輸、多媒體傳輸?shù)雀鞣矫嬉?，而且對網(wǎng)絡應用層的配套軟件要求較高。
5、對大數(shù)據(jù)平臺與云計算等應該同時給予充分重視。對于數(shù)據(jù)庫，應以實時數(shù)據(jù)庫和關系數(shù)據(jù)庫并重。硬件、軟件均應采用模塊化結構，應用軟件要采用“組態(tài)”方式操作，便于非計算機專業(yè)技術人員參與。
6、在監(jiān)測的同時，不少站點也對監(jiān)控或污染治理等方面有所要求，這對監(jiān)測取得數(shù)據(jù)也是很有利的，所以應該鼓勵。下面結合固定源排放廢氣連續(xù)監(jiān)測等展開敘述，希望這樣可為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡建設提供感性認識。
廢氣和水質(zhì)等的監(jiān)測現(xiàn)狀
1、固定源排放廢氣連續(xù)監(jiān)測
由于我國對固定源排放廢氣中的污染物實行濃度控制和總量控制，所以近十年來，我國安裝了1.8萬套連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)CEMS（Continuous Emission Monitoring System），具體標準有HJ/T75固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術規(guī)范、H5/T76固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術要求及檢測方法、HJ/T212污染源在線自動監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)傳輸標準，具體監(jiān)測二氧化硫、氮氧化物和顆粒物，為污染物排放總量考核、監(jiān)督執(zhí)法、排污申報核定等工作提供基礎數(shù)據(jù)，提高環(huán)境監(jiān)測和管理水平，也為流程工業(yè)企業(yè)決定該企業(yè)的鍋爐、加熱爐等燃燒控制等工藝方面的對策提供幫助。
目前我國這方面的制造廠商有近100家并已形成產(chǎn)業(yè)，還有成套工程、售后服務，為運行保駕護航的全生命周期提供服務能力。
CEMS系統(tǒng)是完全抽取煙氣樣品，然后用非分散紅外分析儀監(jiān)測SO2、NOx；其次是直接監(jiān)測系統(tǒng)和稀釋抽取監(jiān)測系統(tǒng)。國內(nèi)生產(chǎn)廠和在我國有生產(chǎn)基地或通過我國適用性檢測的外國公司有完全抽取-非分散紅外法（52家）、直接監(jiān)測紫外差分吸收法（5家）、稀釋抽取-發(fā)光法（4家）、顆粒物CEMS、流速（流量）和含濕量連續(xù)測量系統(tǒng)（3家）、分析儀多反射長光程吸收池（5家）。近來國內(nèi)對PM2.5監(jiān)測儀需求大增。青島佳明公司等單位已進行了開發(fā)；還有對大氣中揮發(fā)性有機物（VOCs）的監(jiān)測，也受到了重視。目前還試點燃煤電廠排放煙氣中汞的連續(xù)自動監(jiān)測、超聲波流速測定儀解決低流速（≤3m/s）煙氣測定、適應寬范圍氣體濃度的測定等項技術，實現(xiàn)由“點末端監(jiān)控”向“全過程監(jiān)控”的轉(zhuǎn)變，協(xié)調(diào)實驗室檢測項目、便攜式儀器檢測項目等，適應新形勢下對生態(tài)文明的要求。
2、水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)
由于環(huán)保的要求，水質(zhì)在線分析儀及系統(tǒng)已經(jīng)成了環(huán)保部門對轄區(qū)水質(zhì)狀況進行實施監(jiān)測的主要手段，已能夠?qū)崟r、連續(xù)、穩(wěn)定、可靠地提供準確、快速的監(jiān)測數(shù)據(jù)。作為水質(zhì)自動監(jiān)測，還要實行遠程監(jiān)控，達到掌握流域重點斷面水體的水質(zhì)狀況、預警預報重大或流域性水質(zhì)污染事故、解決跨行政區(qū)域的水污染事故糾紛、監(jiān)督總量控制、排放達標情況等目的。在水質(zhì)自動監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡中，中心站通過衛(wèi)星和電話撥號兩種通訊方式實現(xiàn)對子站的實時監(jiān)視，托管站也可以通過電話撥號方式實現(xiàn)對所托管子站的實時監(jiān)控。每個子站是一個獨立的水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)，一般子站由一臺或多臺多參數(shù)水質(zhì)自動化分析儀組成，另有固定式子站和流動式子站（拖車-監(jiān)測小屋）共三種。子站分采水單元、配水單元、分析單元、控制單元、子站站房及配套設施。分析單元即水質(zhì)在線分析儀表，如廣州怡文環(huán)境有限公司的EST-WQMS整體柜式水質(zhì)自幼監(jiān)測站（如圖），具有小型化、模塊化、智能化、網(wǎng)絡化的特點。一般監(jiān)測項目有常規(guī)五參數(shù)分析儀（水溫、PH、溶解氧DO、電導率、濁度）、常用監(jiān)測項目（化學需氧量COD、高錳酸鹽指數(shù)、總有機碳TOC、氨氮總氮、總磷）、其他監(jiān)測項目（氟化物、氯化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氰化物、硫酸鹽、磷酸鹽、活性氯、生化需氧量BOD5、石油類、酚、葉綠素、金屬離子如六價鉻等）等，這些項目國內(nèi)分析儀生產(chǎn)廠有100多家。
在工業(yè)用水中，軟化及除鹽水處理中，有硬度在線分析儀、二氧化硅在線分析儀；循環(huán)冷卻水處理中有濁度/懸浮物分析儀；凝結水回用中，有鈉離子分析儀等。其中鈉離子分析儀監(jiān)測水汽聯(lián)合裝置化學水系統(tǒng)的陽床運行，克服了實驗室分析不夠及時的缺點，水處理質(zhì)量提高并可快速判斷床層是否失效。又為了防止在蒸汽冷凝水和冷卻水中滲入芳烴化合物，采用如賽默飛世爾公司的AroSpector在線芳烴分析儀，使用脈沖紫外熒光分析法，為我們提供了解決方案。
目前國內(nèi)在水質(zhì)自動監(jiān)測技術發(fā)展中，一方面對在線分析儀如COD、TOC、BOD、氨氮、總氮、總磷等儀表，靈敏度、可靠性、新分析方法的采用及商品化程度等還有較大差距；另一方面就是遠程測控系統(tǒng)及形成中心站、托管站、托管子站的水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)傳輸技術的發(fā)展上，還要適應通訊技術進步，實現(xiàn)升級換代，流動式子站應與固定子站同樣得到發(fā)展。
原污染源排放口一般安裝COD在線分析儀，“十二五”期間已進一步安裝氨氮在線分析儀及總磷在線分析儀。氨氮濃度及正磷酸鹽濃度的控制，已經(jīng)為污水處理廠工藝優(yōu)化立下了汗馬功勞，目前國內(nèi)已有30多家企業(yè)有認證合格的相關產(chǎn)品。在2003年我國頒布的“氨氮水質(zhì)自動分析儀技術要求”（HJ/T101-2003）標準中，規(guī)定了地表水、工業(yè)污水和市政污水的基本電極法和分光光度法的氨氮水質(zhì)自動分析儀的技術性能要求和性能試驗方法。
3、其它
建設網(wǎng)絡是基于基礎數(shù)據(jù)賴以立足的實驗室的建設，LIMS實驗室信息管理系統(tǒng)是必須受到重視的。我們要向錢學森等老前輩一樣，為園林園藝、秸稈處理等與生態(tài)文明建設有關的事，貢獻余熱。
生態(tài)環(huán)境監(jiān)測相關傳感器
上面提到的多為一般檢測儀表和分析儀表，當然在這些儀表中都包含了傳感器，即使是大型的色譜、質(zhì)譜儀，其核心部件仍然是其取樣和傳感器部件。特別是新世紀開始以來提出的過程分析技術（PAT）諸如紅外分析等，對“在線分析”的理念加強了普及，使檢測的實時性有了很大進步，這使分析適用性有了很大的提高，氣敏材料進入了適用階段，使產(chǎn)品價格降低，普適化有了進步，所以對環(huán)境監(jiān)測技術不只在站點中使用傳感器，也為防治污染提供了有效的測量和控制手段。使得傳感器需求量擴大，該領域也是傳感器產(chǎn)業(yè)的大市場。
傳感器是人類智能和人工智能兩大學科研究的基礎。眾所周知，智能傳感器是人類感覺、知覺的延伸。人類心理學研究可知，感知覺之上高水平稱為觀察，這就是我們所說的監(jiān)察、監(jiān)測系統(tǒng)......觀察是一種為感知覺特定對象而組織的有目的、有計劃、必要時需要采用一定方法的高水平感知覺過程。他是一種主動積極的，往往與隨意注意及思維相聯(lián)系的緊張的感知覺過程，觀察力一般被認為是智力的重要組成部分之一。所以生態(tài)環(huán)境監(jiān)測用傳感器必須是智能的，感知覺和觀察能力是建立在更加強大的人工智能軟件基礎之上的，這就是“四兩撥千斤”的傳感器。
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