王磊 康瑾瑜 索娜 唐婷

（秦皇島市環(huán)境應(yīng)急與重污染天氣預警中心 河北秦皇島 066000）

近年來，大氣污染進入了多污染物共存、多尺度共聯(lián)、多過程演化為特征的復合型大氣污染階段，污染特征逐步由以PM2.5為主的單一污染向區(qū)域性復合性污染轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)有技術(shù)手段在大氣污染來源、成因和未來趨勢科學分析、預判中的不足逐漸顯現(xiàn)，大氣污染防治工作進入瓶頸期。在這樣的前提下，大氣污染防治指揮調(diào)度平臺應(yīng)運而生，他能夠有效提升大氣污染防治的精細化［2］，同時為環(huán)境管理部門實現(xiàn)重污染應(yīng)急削峰、落實年度目標提供技術(shù)支撐。為提高大氣污染防治的精細化、科學化水平，充分利用秦皇島市的各種監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)，秦皇島市生態(tài)環(huán)境局構(gòu)建了秦皇島市大氣污染防治指揮調(diào)度平臺，本文對平臺的發(fā)展歷程和主要技術(shù)進行介紹。

1 發(fā)展歷程

秦皇島市大氣污染防治指揮調(diào)度平臺的建設(shè)經(jīng)歷了從無到有、從簡單到復雜的發(fā)展過程，根據(jù)大氣污染防治指揮調(diào)度平臺的功能變化，將其發(fā)展大致分為以下3 個階段：

第1 階段是數(shù)據(jù)展示階段。在此階段主要是依托融匯全市國控、省控、市控、小型、微型空氣站的空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，初步建立空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)［2］；同時融合重點企業(yè)排放在線監(jiān)控數(shù)據(jù)建立污染源監(jiān)控網(wǎng)。

第2 階段是數(shù)據(jù)整合階段。這一階段數(shù)據(jù)不再是單純的數(shù)據(jù)展示，而是統(tǒng)籌整合跨部門、跨系統(tǒng)、跨層級的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)資源，將污染源監(jiān)測數(shù)據(jù)、空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣象觀測數(shù)據(jù)、組分站和超級站數(shù)據(jù)集成起來［3］，建設(shè)大氣環(huán)境數(shù)據(jù)倉。

第3 階段是智能化階段［4］。平臺的智慧化、精細化特點在這一階段逐漸凸顯，通過整合多維度監(jiān)測數(shù)據(jù)，逐年、逐月智能分析各項相關(guān)考核指標；同時基于大數(shù)據(jù)算法凝練專家經(jīng)驗，報警空氣質(zhì)量異常，為當?shù)卣目諝赓|(zhì)量保障工作提供科學的管控措施建議［5］；并在分析基礎(chǔ)上打通問題線索處置環(huán)節(jié)，構(gòu)建閉環(huán)流程，線上線下協(xié)同處置突發(fā)問題，有效提高工作效率。

2 平臺設(shè)計與建設(shè)內(nèi)容

目前，秦皇島市大氣污染指揮調(diào)度平臺經(jīng)過3 個階段的發(fā)展，已經(jīng)實現(xiàn)大數(shù)據(jù)中心及展示平臺、污染報警與統(tǒng)計、污染源排放分析、空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)研判分析、達標方案制定、污染成因分析、暑期環(huán)境質(zhì)量保障指揮等功能，形成了“五個一”的發(fā)展模式，即一個數(shù)據(jù)集成中心、一張集中展示圖、一個調(diào)度指揮平臺、一套分析決策系統(tǒng)、一個閉環(huán)監(jiān)管體系，切實實現(xiàn)科學找源、靶向打擊，推動秦皇島市生態(tài)環(huán)境監(jiān)管關(guān)口前移、觸角向下延伸，提高了大氣污染監(jiān)管工作水平。秦皇島市大氣污染指揮調(diào)度平臺總體框架見圖1。

圖1 秦皇島市大氣污染指揮調(diào)度平臺總體框架

2.1 一個數(shù)據(jù)集成中心

秦皇島市大氣污染指揮調(diào)度平臺打破各種環(huán)境信息孤島，在平臺上實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、污染源在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、源清單數(shù)據(jù)、超級站數(shù)據(jù)的無縫對接。

2.1.1 環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)

包括周邊地市空氣質(zhì)量監(jiān)測站、本市空氣質(zhì)量監(jiān)測站和本市組分站/超級站等數(shù)據(jù)。

周邊地市空氣質(zhì)量監(jiān)測站包括全國337 個城市、1 508 個點位的空氣質(zhì)量6 項污染物（PM10、PM2.5、NO2、SO2、O3、CO）數(shù)據(jù)，可以根據(jù)實時數(shù)據(jù)情況分區(qū)區(qū)域污染物的情況。

本市空氣質(zhì)量監(jiān)測站包括全市5 個國控空氣站、10 個省控空氣站、市控空氣站、小型空氣站、微型空氣站等共計412 個點位，數(shù)據(jù)內(nèi)容涵蓋6 項污染物、綜合指數(shù)、AQI 和實時氣象情況（溫度、濕度、風向、氣壓、風速等），同時展示近48 h 各污染物濃度變化。

超級站包括顆粒物激光雷達監(jiān)測、臭氧探測激光雷達、相干激光測風雷達、氣溶膠雷達、太陽光度計、濁度儀、黑炭儀等13 臺組分與垂直觀測數(shù)據(jù)，可以分析污染物的垂直分布特點和時間空間變化趨勢，判斷不同時段顆粒物組分的差異，判斷污染物來源、分析形成的原因及清除過程。

2.1.2 污染源在線監(jiān)測數(shù)據(jù)

包括源清單數(shù)據(jù)、重點工業(yè)源在線數(shù)據(jù)、秸稈禁燒監(jiān)控系統(tǒng)、移動源監(jiān)測、工地揚塵監(jiān)測等污染源數(shù)據(jù)。

源清單數(shù)據(jù)是基于工業(yè)源、移動源、揚塵源等污染源識別技術(shù)和實時量化技術(shù)，綜合運用數(shù)據(jù)庫和地理信息系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)建秦皇島多尺度高分辨率大氣污染物動態(tài)排放清單可視化展示。在現(xiàn)有源清單基礎(chǔ)上，如遇臭氧高值階段，使用1 臺VOCs 走航監(jiān)測車實時分析區(qū)域污染物來源，同時配置道路積塵走航設(shè)備，對道路積塵情況進行監(jiān)測。

重點工業(yè)源在線數(shù)據(jù)主要是全市195 家企業(yè)的655 個設(shè)備的排放在線監(jiān)控設(shè)備，包括廢氣污染源和廢水污染源，其中廢氣污染源數(shù)據(jù)包含風量、主要污染物濃度、用電量、實時工況等數(shù)據(jù)；廢水數(shù)據(jù)包括主要污染物濃度、水量、實時工況等數(shù)據(jù)。

秸稈禁燒監(jiān)控系統(tǒng)是在全市范圍內(nèi)設(shè)置163 個秸稈禁燒監(jiān)控點并與大氣污染指揮調(diào)度平臺實時聯(lián)網(wǎng)，能通過圖像識別著火點和延誤，及時發(fā)現(xiàn)違規(guī)秸稈焚燒情況。

移動源監(jiān)測數(shù)據(jù)包括：①使用4 臺黑煙車固定監(jiān)測設(shè)備和2 臺移動式尾氣遙感監(jiān)測車監(jiān)測的機動車排放數(shù)據(jù)；②充分利用全市58 家用車大戶的視頻進出監(jiān)控設(shè)備和全市761 個車流量監(jiān)測卡口，識別黃牌車和黑煙車情況。

工地揚塵的監(jiān)測數(shù)據(jù)包括全市在建建筑工地339 處，設(shè)置303 個PM10監(jiān)測設(shè)備和167 個視頻監(jiān)控設(shè)備，能夠?qū)崟r反映揚塵情況。另外海港區(qū)489 輛渣土車安裝GPS 設(shè)備，可以對渣土車駛?cè)虢袇^(qū)域及重點區(qū)域進行監(jiān)控。

2.1.3 氣象數(shù)據(jù)

氣象數(shù)據(jù)主要包括實時氣象數(shù)據(jù)和預報氣象數(shù)據(jù)2 部分。

實時氣象數(shù)據(jù)包含風場、溫度、濕度、氣壓、降水、云層、雷達、閃電等氣象數(shù)據(jù)，其中秦皇島市氣象數(shù)據(jù)站點225 個，記錄風向、風速、相對濕度、溫度、氣壓、降水量、露點溫度，各站點可繪制最近24 h 的各氣象要素的變化情況折線圖。根據(jù)各站點的風向情況，融合大數(shù)據(jù)繪制實時風場圖，可以更直觀地展示風場的變化情況，為污染物的遷移分析提供依據(jù)。

預報氣象數(shù)據(jù)包括中央氣象臺發(fā)布的降水量預報、氣溫預報、GRAPES 區(qū)域模式不同高度的預報圖片，歐洲天氣中心、韓國氣象臺發(fā)布的不同高度風場、相對濕度預報圖片，呈現(xiàn)風向和風速圖，溫度和氣壓圖、相對濕度和降水圖。

2.2 一張集中展示圖

用一張圖的形式實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的異常告警和直觀展示，包括空氣質(zhì)量異常告警、污染源超標告警和暑期環(huán)境質(zhì)量保障平臺。

2.2.1 空氣質(zhì)量異常告警

空氣質(zhì)量異常告警通常有2 種情況：①站點同比告警，即當某個站點某項污染物高于同時段全市平均水平過高時告警；②環(huán)比告警，即當某個站點某項污染物高于本站點上小時平均水平過高時告警。

2.2.2 污染源超標告警

污染源超標告警包括工業(yè)源企業(yè)超標告警、工地揚塵超標告警和移動源超標告警。通過在系統(tǒng)中設(shè)定企業(yè)廢氣和廢水排放口污染物濃度限值、工地PM10濃度標準限值實現(xiàn)工業(yè)源和揚塵源的超標告警，通過秸稈禁燒圖像識別火點、煙霧、機動車尾氣檢測裝置識別黑煙車、用車大戶圖像識別黃牌車等異常情況，通過連接實時監(jiān)控識別渣土車駛?cè)虢袇^(qū)域及重點區(qū)域等情況，及時發(fā)出告警。

2.2.3 暑期環(huán)境質(zhì)量保障平臺

針對秦皇島的特殊地理位置和管控要求，建立暑期環(huán)境質(zhì)量保障指揮平臺，可以綜合展示北戴河區(qū)當前小時的實時AQI 和等級、所有國省控實時AQI 柱形圖、斷面水質(zhì)站點的實時水質(zhì)雷達圖，展示北戴河區(qū)煙氣企業(yè)、VOCs 企業(yè)和廢水企業(yè)當天各個污染物的累計排放量，展示北戴河區(qū)空氣站、工業(yè)源、移動源、揚塵源的點位告警數(shù)量，展示北戴河區(qū)未來3 d 的環(huán)境和天氣預報，展示北戴河區(qū)空氣站點位和當前小時所有告警的污染源點位，展示噪聲監(jiān)測點位的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

2.3 一個調(diào)度指揮平臺

通過大氣污染指揮調(diào)度平臺實現(xiàn)高效實時的指揮調(diào)度和精細管控。

2.3.1 指揮調(diào)度

結(jié)合對歷史空氣質(zhì)量排名、優(yōu)良率、級別構(gòu)成、首要污染物等指標的逐年、逐月智能分析，了解空氣質(zhì)量排名與改善情況，全面掌握空氣質(zhì)量變化趨勢，分析污染源排放規(guī)律，為實時調(diào)度提供依據(jù)。

指揮調(diào)度系統(tǒng)是為了滿足大氣污染防治過程中發(fā)現(xiàn)異常事件，與事件交辦、管理、追溯等過程管理設(shè)計的在線應(yīng)用，支持自動發(fā)起任務(wù)和手動發(fā)起任務(wù)。按照問題列表、問題交辦、核查指派、問題處置、案件審查、處置結(jié)果上報的流程建立全過程調(diào)度流程。

2.3.2 精細管控

根據(jù)分析預判結(jié)果，結(jié)合氣象形勢分析，制定精準管控措施，實施企、車、塵、港差異化動態(tài)管控，線上線下同步監(jiān)控統(tǒng)計，跟蹤評估管控效果。

在工業(yè)源管控方面，通過對企業(yè)的廢氣和廢水排放量、排放濃度、用電量的實時監(jiān)控，分析在正常生產(chǎn)和應(yīng)急減排情況下的減排效果對比，也可對污染物超出正常范圍量進行統(tǒng)計，利于管理部門實施管控和調(diào)度。

在移動源管控方面，利用現(xiàn)有的用車大戶監(jiān)控跟蹤進出車輛，監(jiān)控車輛尾氣超標情況；在揚塵源管控方面，利用工地視頻實時瀏覽工期情況，對企業(yè)堆場顆粒物進行監(jiān)測，有效防控揚塵污染；在站點周邊開展精細化揚塵源管控工作，對站點周邊餐飲、干洗、鍋爐等生活污染源現(xiàn)場巡查管控。

2.4 一套分析決策系統(tǒng)

通過平臺加強對數(shù)據(jù)的科學研判，進行溯源分析，來指導精準決策，對大數(shù)據(jù)信息實行“降維化”。

2.4.1 空氣質(zhì)量預報預警

根據(jù)當?shù)匚廴驹辞闆r，結(jié)合預報氣象數(shù)據(jù)，經(jīng)過CMAQ、CAMx、WRF-Chem、NAQPMS 等空氣質(zhì)量模型的運算，給出點位預報的污染物垂直分布圖，最多預報時長可達到7 d，在局部站點預報的基礎(chǔ)上，還增加了區(qū)域預報分布，直觀呈現(xiàn)區(qū)域環(huán)境污染的預計變化趨勢。

在預報工作完成之后，利用綜合環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)回顧重點區(qū)域典型污染過程，識別區(qū)域內(nèi)污染來源；通過分析工業(yè)源、移動源和面源等污染源活動水平，明確重點管控方向；最后利用重點源在線監(jiān)測、高值熱點等信息對措施效果進行評估。

2.4.2 污染成因分析

接入氣象預測參數(shù)及后向軌跡模型，分析區(qū)域污染傳輸影響，可展示傳輸通道城市和選定的任意城市間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)；利用組分站數(shù)據(jù)分析顆粒物和VOCs 的主要構(gòu)成，解析污染物來源，組分站解析見圖2 和圖3；利用顆粒物激光雷達（圖4）監(jiān)測技術(shù)分析顆粒物的垂直分布特點和高空傳輸影響；特征雷達圖［6］（圖5）以雷達圖形式反映空氣點位污染物特征，由此分析污染成因如機動車污染型、燃煤污染型等；污染玫瑰圖［圖6（a）］和等級玫瑰圖［圖6（b）］可分析某個空氣站指標/站點污染物濃度和風速風向的關(guān)系，可以較為明顯地反映風向?qū)鬏數(shù)挠绊懀桓鶕?jù)站點周邊上下風向站點污染物濃度隨時間空間變化規(guī)律，可分析近地層污染物來源。

圖2 組分站解析顆粒物的主要構(gòu)成

圖3 組分站解析VOCs 的主要構(gòu)成

圖4 顆粒物氣溶膠激光雷達

圖5 污染雷達圖

圖6 玫瑰圖

2.4.3 目標考核量化

利用常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)進行綜合分析，結(jié)合大數(shù)據(jù)、深度挖掘等技術(shù)，可實現(xiàn)實時動態(tài)監(jiān)控秦皇島市（含各縣區(qū)）當前空氣質(zhì)量狀況與達標之間差距，推算當日、當月、年度達標可能性，對減排目標進行動態(tài)分解。年目標動態(tài)分解到月，月目標動態(tài)分解到點位，日目標動態(tài)分解到小時，同時提供污染成因分析及相應(yīng)管控建議，輔助環(huán)境管理部門為實現(xiàn)空氣質(zhì)量達標開展動態(tài)決策提供科學依據(jù)。

2.5 一個閉環(huán)監(jiān)管體系

在大氣污染防治指揮調(diào)度平臺上的閉環(huán)管理分為技術(shù)和管理2 個層面。

2.5.1 技術(shù)層面

利用各類監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)合氣象形勢，會商預報環(huán)境質(zhì)量、預判污染過程、制定管控措施、發(fā)布調(diào)度指令、督導檢查措施落實、評估管控效果、實施考核問責的指揮調(diào)度閉環(huán)工作流程，形成預警預報信息、環(huán)境質(zhì)量分析報告、污染過程分析報告、問題整改臺賬等工作成果。

2.5.2 管理層面

在管理方面，指揮調(diào)度平臺實現(xiàn)發(fā)現(xiàn)問題、原因分析、網(wǎng)格化管理派單、處理反饋的全周期管理模式，形成網(wǎng)格化監(jiān)管、監(jiān)督考核體系，及問題處理臺賬（記錄結(jié)案率、及時率），促進4 級環(huán)境監(jiān)管網(wǎng)格有序工作。一旦發(fā)現(xiàn)問題和異常情況，第一時間制定應(yīng)對措施，通過微信工作群或平臺App 派發(fā)任務(wù)，實現(xiàn)報警、派發(fā)、反饋閉環(huán)處置，形成網(wǎng)格化監(jiān)管、監(jiān)督考核體系、問題處理臺賬（記錄結(jié)案率、及時率），促進環(huán)境監(jiān)管網(wǎng)格有序工作。

3 結(jié)論

（1）秦皇島市大氣污染防治指揮調(diào)度平臺的建設(shè)，打破現(xiàn)有各監(jiān)測、污染源、氣象等數(shù)據(jù)信息的孤島，將各不同來源的數(shù)據(jù)進行收集、深度融合和集中展示，以“一張圖”的形式立體直觀展示多元數(shù)據(jù)，提高生態(tài)環(huán)境部門的數(shù)據(jù)整合展示能力。

（2）在數(shù)據(jù)展示的基礎(chǔ)上，秦皇島市大氣污染防治指揮調(diào)度平臺對多元數(shù)據(jù)進行深入分析，通過精準溯源告警、空氣質(zhì)量預報、污染分析決策、指揮調(diào)度考核等一系列工作，實現(xiàn)技術(shù)和管理2 個層面的閉環(huán)管理，實現(xiàn)綜合、實時、多元化的監(jiān)管方式，對異常情況及時做出響應(yīng)和處理，進一步提高生態(tài)環(huán)境部門的環(huán)境質(zhì)量預報、預警、管控等管理水平。

（3）在后續(xù)工作中，將繼續(xù)擴展關(guān)聯(lián)分析和空氣質(zhì)量重污染應(yīng)急評估等模塊，進一步提高大氣污染防治和監(jiān)管的精細化、科學化、信息化水平，在實現(xiàn)污染物的實時監(jiān)控、精準排查、精細化管理方面繼續(xù)發(fā)揮作用。