学术论坛
城市公共安全视域下的
PM2.5多参量监控传感网络构建研究
佘硕1刘端2
(1.华中科技大学公共管理学院湖北武汉430074；2.湖北工业大学机械工程学院湖北武汉430068)
费事费十与度人
摘要：随着我国经济的快违发展，大城市中国为人为活动规模的增加而导致的大气超期颗粒物污染问题已越演越烈。为了缓解城市化所引起的各种大气公共安全问题以及维护人民群众身体健康，实时监控大气超细粒污染物的各种信息成为了各国改府与环保部门的急需解决任务。本文提出一种基于激光散射原理的大气超细颗粒污染物多参量监控机制，并通过智能组网形成传感网系统；采用智能算法优化监控网络节点市高与分市，同时利用光纤/无线融合技术递行监控数据传输以及信息交互与发布，形成及时有效地监控与掌握大成市中特定区或内大气超期颗粒污染物的各种信息，为创建新型环境监控管理模式，提并信息化在环境保护、公共安全领城的应用本平做探索性的研究。
关键调：公共安全PM2.5气溶股传感网多参量监测
中图分类号：TP277 1研究背景及意义
文献标识码：A
文章编号：1007-9416(2013)01-0218-03
2PM2.5空气污染物多参量监控传感网络的设计理论
大气污染是由于大气中引入的生物、化学材料以及可吸人颗粒物质所带来的使得人体感到不适或者对其它生命有机体造成的伤害，以及对自然环境和人为环境带来的损害。大气污染物目前已知的约有100多种。其中有自然固素(如森林火灾、火山爆发等)和人为因素（如工业度气、生活燃煤、汽车尾气等)两种，并且以后者为主要因素，尤其是来源于工业生产和交通运输，随着人类活动规模的不断变化开发新的物质，大气污染物的种类和数量也在不断变化着。我国大气污染属煤烟型污染，以粉尘和酸雨危害最大，污染程度在加重。而悬浮颗粒物(particulatematter：PM)按照其直径的大小，可分为粗颗粒物(PM10指空气中直径在2.5微米到10微米之间的固体颗粒或液滴，又称做可吸人颗粒物），与细颗粒物（PM2.5指空气中直径小于或者等于2.5微米的固体颗粒或液滴)两类，其主要来源是人为排放。
70年代初以来，大量的死亡案例以及其他健康问题首次被证实与大气颗粒物污染有关目3,并且此后多次重复出现过类似严重的公共安全事件。2000年以来，可吸人颗粒污染物已经在美国每年夺走了22000-52000人的生命，在欧洲亦夺走了约20万人的生命。这是由于大气中的悬浮颗粒污染物主要对人体的呼吸系统和心血管系统造成伤害，包括呼吸道受刺激、咳嗽、呼吸困难、降低肺功能、加重哮嘴、导致慢性支气管炎、心律失常、非致命性的心脏病、心肺病患者的过早死亡(4。
目前许多发达国家的城市区域（如美国和欧洲)的空气质量已经较70年代之前有了一定的改善。然而许多发展中国家，特别是亚洲的发展中国家，城市中的悬浮颗粒物污染防治情况仍然不容乐观。美国率先于1997年制定了PM2.5的空气质量标准，许多国家都陆续跟进将PM2.5纳入监测指标。我国现行的空气质量标准，PM10 是常规监测指标，全国性监测已开展了十几年。从2001年至2009年，全国主要城市PM10的平均值从125微克/立方米降到了90微克/立方米。而我国PM2.5的空气质量标准才刚刚额布，目前还在征求意见中，执行的标准为WHO过渡期目标1相同，即年均值不超过35微克/立方米，日均值不超过75微克/立方米，拟于2016年实施，
我们提出了一种基于激光散射的颗粒污染物监控传感网络系统，具有同时监测颗粒物数量，浓度和直径大小多种参数的功能，并采用智能算法优化监控网络节点布局，并利用无线与光纤相结合的接人网网络进行异构网络数据的融合传输，实时在线的监测特定区域内的大气悬浮颗粒物污染状况。并能根据当地的实际气象，地理条件调节监控网络系统内各个监测采样点的采样频率和采样时间的大小，更好的适应环境需求与变化，保证了所得监测采样数据的实时性与可靠性。采用光纤/无线融合传输技术组建的大气颗粒污染物智能传感监控网络，为创建新型环境监控管理模式，提升信息化在环境保护，公共安全领域的应用水平做探索性的研究。这一基于光散射原理新型方法来监控超细颗粒污染物的多种参量，精确地监测与控制采样点处大气悬浮颗粒物状况，分别实现以下目标：
(1)对于单个采样点，实现实时在线的监控采样点附近待测气体样本中的超细题粒污染物的大小、数量、以及滚度
(2实现根据颗粒物的大小来对待测气体的颗粒污染物进行分类计数；
(3)同时监测PM10,PM2.5.以及PM1三种不同直径大小的颗粒污染物浓度。
其次，我们利用先进的智能算法优化大气颗粒污染物监测系统的网络采样点的分布与布局，以更加准确的掌握待测区域内的颗粒物污染状况，具体实现如下理论设想：
(4)对于待测区域，确定表示采样点布设所需的必要参数，建立这些参数与该区域内监测所得超细污染物精度(或者网络覆盖率以及连通性)之间的关系模型；
(5)根据该关系模型，在节能(即极小化采样点个数)的原则上确立优化采样点布设的目标函数；
(6)根据目标函数选择或设计合适的智能优化算法，利用该算法对已有的目标函数进行优化，获得最优的采样点布设。
最后，我们将利用光纤/无线融合接人网技术实现大量监测点之间的实时信息交换与智能组网，并将网络监测数据数据在中心局实现数据处理与信息发布，对于监测采样点采集得到的数据传输问
基金项日：本文获中国博士后科学基金第五批转别资助项目资助，项目名称：基于城市公共安全的PM2.5多参量监控传感网络构建研究，
编号2012T50615
作者简介：余硕(1979一)，男，湖南油罗人,华中科技大学公共管理学院博士后，研究方向为智慧城市、非传统安全、现代服务业。
*通讯作者：刘端(1979一),男，湖北式汉人,湖北工业学院机械工程学院制教投,研究方向为光纤网络,传感。 218