人們?cè)谖镔|(zhì)文明和精神文明發(fā)展的過(guò)程中，特別是在工業(yè)化和城市化的過(guò)程中，對(duì)原來(lái)純自然生態(tài)如生物的生理特性和生活習(xí)性的研究已經(jīng)覺(jué)得很不夠了，必須考慮自然環(huán)境受到的干擾如人類(lèi)開(kāi)發(fā)活動(dòng)等，從而生態(tài)學(xué)（Ecology）發(fā)展出城市生態(tài)學(xué)、工程生態(tài)學(xué)及人類(lèi)生態(tài)學(xué)等。
生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)
根據(jù)建設(shè)方案要求，首先，到2020年，全國(guó)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)基本實(shí)現(xiàn)環(huán)境質(zhì)量、重點(diǎn)污染源、生態(tài)狀況監(jiān)測(cè)全覆蓋，各級(jí)各類(lèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)互聯(lián)共享，監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警、信息化能力和保障水平明顯提升，監(jiān)測(cè)與監(jiān)管協(xié)同聯(lián)動(dòng)，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(cè)網(wǎng)絡(luò)，使生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)能力與生態(tài)文明建設(shè)要求相適應(yīng)。
其次，全面設(shè)點(diǎn)，完善生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。關(guān)于環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，建設(shè)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(cè)網(wǎng)絡(luò)；健全重點(diǎn)污染源監(jiān)測(cè)制度，落實(shí)信息公開(kāi)的法定責(zé)任，國(guó)家重點(diǎn)監(jiān)控排污單位要建設(shè)穩(wěn)定運(yùn)行的污染物排放在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；加強(qiáng)生態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)。建立天地一體化的生態(tài)遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，研制、發(fā)射系列化的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)衛(wèi)星和環(huán)境衛(wèi)星后續(xù)星并組網(wǎng)運(yùn)行，加強(qiáng)無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)和地面生態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)重要生態(tài)功能區(qū)、自然保護(hù)區(qū)等大范圍和全天候的監(jiān)測(cè)。
再次，全國(guó)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)信息集成共享。建立生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成共享機(jī)制，環(huán)保，國(guó)土資源、住房城鄉(xiāng)建設(shè)、交通運(yùn)輸、水利、農(nóng)業(yè)、衛(wèi)生、林業(yè)、氣象、海洋等部門(mén)和單位獲取的環(huán)境質(zhì)量、污染源、生態(tài)狀況監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，要實(shí)現(xiàn)有效集成、互聯(lián)共享，建立重點(diǎn)污染源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)布機(jī)制，重點(diǎn)排污單位要按照環(huán)境保護(hù)部門(mén)要求將自行監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)上傳；構(gòu)建生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，開(kāi)展大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析，提供決策、管理和執(zhí)法相關(guān)數(shù)據(jù)支持；統(tǒng)一發(fā)布生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)信息，建立發(fā)布機(jī)制，規(guī)范發(fā)布內(nèi)容、流程、權(quán)限、渠道。
第四，自動(dòng)預(yù)警，科學(xué)引導(dǎo)環(huán)境管理與風(fēng)險(xiǎn)防范。
第五，依法追責(zé)，建立生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與監(jiān)管聯(lián)動(dòng)機(jī)制。
第六，健全生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)制度與保障體系。除法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)測(cè)事權(quán)、監(jiān)測(cè)市場(chǎng)外，還提出強(qiáng)化監(jiān)測(cè)科技創(chuàng)新能力，如研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備，推進(jìn)監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，又如積極開(kāi)展國(guó)際合作，借鑒監(jiān)測(cè)科技先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，提升我國(guó)技術(shù)創(chuàng)新能力，還具體指出提高樣品采集、實(shí)驗(yàn)室測(cè)試分析及現(xiàn)場(chǎng)快速分析測(cè)試能力等。對(duì)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)具體方案，作者提出如下參考意見(jiàn)：
1、對(duì)多年來(lái)已建成并運(yùn)行的基層站點(diǎn)，要盡量采用并升級(jí)換代。
2、盡量采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，按照行政區(qū)劃實(shí)行網(wǎng)絡(luò)化，對(duì)省、市、區(qū)、村鎮(zhèn)應(yīng)打包提供標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和裝備，實(shí)行政府采購(gòu)，規(guī)范化建設(shè)驗(yàn)收，按COTS (Commercial off-the-shelf ）原則選擇硬件和軟件。
3、采用3S技術(shù)（遙感技術(shù)RS、地理信息系統(tǒng)GIS、全球定位系統(tǒng)GPS），其中GIS和GPS更應(yīng)普遍采用，使其形成的時(shí)間標(biāo)簽、地理標(biāo)簽在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的所有信息上都得到通行。要讓遙感技術(shù)結(jié)合無(wú)人機(jī)技術(shù)，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(cè)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)等方面都見(jiàn)到實(shí)效并普及。
4、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)，或稱(chēng)信息類(lèi)型具有的多樣性。由上文已經(jīng)知道，不僅有一般的站點(diǎn)的物理量或稱(chēng)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(xué)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(xué)分子式；有的是圖像、文學(xué)、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(diǎn)的自動(dòng)連續(xù)采樣當(dāng)然是主要形式；但手工方式采樣、實(shí)驗(yàn)室分析、數(shù)值手工錄入計(jì)算機(jī)的方式也很常見(jiàn)；便攜式分析儀，車(chē)載式測(cè)控設(shè)備也是一種常用的設(shè)備。所以對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出了無(wú)線(xiàn)傳輸、多媒體傳輸?shù)雀鞣矫嬉?，而且?duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層的配套軟件要求較高。
5、對(duì)大數(shù)據(jù)平臺(tái)與云計(jì)算等應(yīng)該同時(shí)給予充分重視。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)，應(yīng)以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)并重。硬件、軟件均應(yīng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，應(yīng)用軟件要采用“組態(tài)”方式操作，便于非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員參與。
6、在監(jiān)測(cè)的同時(shí)，不少站點(diǎn)也對(duì)監(jiān)控或污染治理等方面有所要求，這對(duì)監(jiān)測(cè)取得數(shù)據(jù)也是很有利的，所以應(yīng)該鼓勵(lì)。下面結(jié)合固定源排放廢氣連續(xù)監(jiān)測(cè)等展開(kāi)敘述，希望這樣可為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供感性認(rèn)識(shí)。
廢氣和水質(zhì)等的監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀
1、固定源排放廢氣連續(xù)監(jiān)測(cè)
由于我國(guó)對(duì)固定源排放廢氣中的污染物實(shí)行濃度控制和總量控制，所以近十年來(lái)，我國(guó)安裝了1.8萬(wàn)套連續(xù)排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)CEMS（Continuous Emission Monitoring System），具體標(biāo)準(zhǔn)有HJ/T75固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范、H5/T76固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測(cè)方法、HJ/T212污染源在線(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控（監(jiān)測(cè)）系統(tǒng)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，具體監(jiān)測(cè)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(bào)核定等工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，提高環(huán)境監(jiān)測(cè)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(duì)策提供幫助。
目前我國(guó)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(wù)，為運(yùn)行保駕護(hù)航的全生命周期提供服務(wù)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(cè)SO2、NOx；其次是直接監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和稀釋抽取監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠和在我國(guó)有生產(chǎn)基地或通過(guò)我國(guó)適用性檢測(cè)的外國(guó)公司有完全抽取-非分散紅外法（52家）、直接監(jiān)測(cè)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(cè)量系統(tǒng)（3家）、分析儀多反射長(zhǎng)光程吸收池（5家）。近來(lái)國(guó)內(nèi)對(duì)PM2.5監(jiān)測(cè)儀需求大增。青島佳明公司等單位已進(jìn)行了開(kāi)發(fā)；還有對(duì)大氣中揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的監(jiān)測(cè)，也受到了重視。目前還試點(diǎn)燃煤電廠排放煙氣中汞的連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、超聲波流速測(cè)定儀解決低流速（≤3m/s）煙氣測(cè)定、適應(yīng)寬范圍氣體濃度的測(cè)定等項(xiàng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)由“點(diǎn)末端監(jiān)控”向“全過(guò)程監(jiān)控”的轉(zhuǎn)變，協(xié)調(diào)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)項(xiàng)目、便攜式儀器檢測(cè)項(xiàng)目等，適應(yīng)新形勢(shì)下對(duì)生態(tài)文明的要求。
2、水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
由于環(huán)保的要求，水質(zhì)在線(xiàn)分析儀及系統(tǒng)已經(jīng)成了環(huán)保部門(mén)對(duì)轄區(qū)水質(zhì)狀況進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測(cè)的主要手段，已能夠?qū)崟r(shí)、連續(xù)、穩(wěn)定、可靠地提供準(zhǔn)確、快速的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。作為水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，還要實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，達(dá)到掌握流域重點(diǎn)斷面水體的水質(zhì)狀況、預(yù)警預(yù)報(bào)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(dá)標(biāo)情況等目的。在水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，中心站通過(guò)衛(wèi)星和電話(huà)撥號(hào)兩種通訊方式實(shí)現(xiàn)對(duì)子站的實(shí)時(shí)監(jiān)視，托管站也可以通過(guò)電話(huà)撥號(hào)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)所托管子站的實(shí)時(shí)監(jiān)控。每個(gè)子站是一個(gè)獨(dú)立的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，一般子站由一臺(tái)或多臺(tái)多參數(shù)水質(zhì)自動(dòng)化分析儀組成，另有固定式子站和流動(dòng)式子站（拖車(chē)-監(jiān)測(cè)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(shè)施。分析單元即水質(zhì)在線(xiàn)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(cè)站（如圖），具有小型化、模塊化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)。一般監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有常規(guī)五參數(shù)分析儀（水溫、PH、溶解氧DO、電導(dǎo)率、濁度）、常用監(jiān)測(cè)項(xiàng)目（化學(xué)需氧量COD、高錳酸鹽指數(shù)、總有機(jī)碳TOC、氨氮總氮、總磷）、其他監(jiān)測(cè)項(xiàng)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(lèi)、酚、葉綠素、金屬離子如六價(jià)鉻等）等，這些項(xiàng)目國(guó)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(xiàn)分析儀、二氧化硅在線(xiàn)分析儀；循環(huán)冷卻水處理中有濁度/懸浮物分析儀；凝結(jié)水回用中，有鈉離子分析儀等。其中鈉離子分析儀監(jiān)測(cè)水汽聯(lián)合裝置化學(xué)水系統(tǒng)的陽(yáng)床運(yùn)行，克服了實(shí)驗(yàn)室分析不夠及時(shí)的缺點(diǎn)，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(xiàn)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(guó)內(nèi)在水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展中，一方面對(duì)在線(xiàn)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(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)及形成中心站、托管站、托管子站的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的發(fā)展上，還要適應(yīng)通訊技術(shù)進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)升級(jí)換代，流動(dòng)式子站應(yīng)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(xiàn)分析儀，“十二五”期間已進(jìn)一步安裝氨氮在線(xiàn)分析儀及總磷在線(xiàn)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(guó)內(nèi)已有30多家企業(yè)有認(rèn)證合格的相關(guān)產(chǎn)品。在2003年我國(guó)頒布的“氨氮水質(zhì)自動(dòng)分析儀技術(shù)要求”（HJ/T101-2003）標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)分析儀的技術(shù)性能要求和性能試驗(yàn)方法。
3、其它
建設(shè)網(wǎng)絡(luò)是基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)賴(lài)以立足的實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，LIMS實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)是必須受到重視的。我們要向錢(qián)學(xué)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(shè)有關(guān)的事，貢獻(xiàn)余熱。
生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)相關(guān)傳感器
上面提到的多為一般檢測(cè)儀表和分析儀表，當(dāng)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(jì)開(kāi)始以來(lái)提出的過(guò)程分析技術(shù)（PAT）諸如紅外分析等，對(duì)“在線(xiàn)分析”的理念加強(qiáng)了普及，使檢測(cè)的實(shí)時(shí)性有了很大進(jìn)步，這使分析適用性有了很大的提高，氣敏材料進(jìn)入了適用階段，使產(chǎn)品價(jià)格降低，普適化有了進(jìn)步，所以對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)不只在站點(diǎn)中使用傳感器，也為防治污染提供了有效的測(cè)量和控制手段。使得傳感器需求量擴(kuò)大，該領(lǐng)域也是傳感器產(chǎn)業(yè)的大市場(chǎng)。
傳感器是人類(lèi)智能和人工智能兩大學(xué)科研究的基礎(chǔ)。眾所周知，智能傳感器是人類(lèi)感覺(jué)、知覺(jué)的延伸。人類(lèi)心理學(xué)研究可知，感知覺(jué)之上高水平稱(chēng)為觀察，這就是我們所說(shuō)的監(jiān)察、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)......觀察是一種為感知覺(jué)特定對(duì)象而組織的有目的、有計(jì)劃、必要時(shí)需要采用一定方法的高水平感知覺(jué)過(guò)程。他是一種主動(dòng)積極的，往往與隨意注意及思維相聯(lián)系的緊張的感知覺(jué)過(guò)程，觀察力一般被認(rèn)為是智力的重要組成部分之一。所以生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)用傳感器必須是智能的，感知覺(jué)和觀察能力是建立在更加強(qiáng)大的人工智能軟件基礎(chǔ)之上的，這就是“四兩撥千斤”的傳感器。
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