جنبا إلى جنب مع مشكلة تلوث الهواء أصبحت أكثر وأكثر خطورة ، فإن الطلب على رصد نوعية الهواء في مجالات مثل حماية البيئة ، والرصد الصحي هو أكثر إلحاحا . من أجهزة الاستشعار إلى تحليل البيانات ، كامل تدفق الهواء جهاز أخذ العينات يشمل العديد من الروابط ، كل وصلة تحتاج إلى عملية دقيقة ورقابة صارمة . فقط من خلال كفاءة عالية وموثوق بها الجهاز ، يمكننا أن نفهم على نحو أفضل نوعية الهواء ، واتخاذ تدابير فعالة لحماية البيئة .
أولاً - لمحة عامة
الهواء جهاز أخذ العينات هو جهاز يستخدم لجمع عينات تمثيلية من الهواء . من خلال أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار والتكنولوجيا ، معلومات عن تركيز المواد الضارة في الهواء ، تكوين الغاز ، وما إلى ذلك يتم تحويلها إلى بيانات للتحليل . والغرض من أخذ عينات الهواء هو عادة فهم نوعية الهواء ، وتتبع مصادر التلوث ، ودراسة تغير المناخ .
أجهزة الاستشعار : جوهر جهاز أخذ العينات
واحدة من المكونات الأساسية في الجهاز هو استشعار . اختيار أجهزة الاستشعار يؤثر بشكل مباشر على دقة وموثوقية بيانات العينة . أجهزة استشعار نوعية الهواء المشتركة تشمل :
1 - أجهزة الاستشعار الغاز : تستخدم للكشف عن تركيز غاز معين ، مثل ثاني أكسيد الكبريت ( SO ) ، وثاني أكسيد النيتروجين ( NO ) ، أول أكسيد الكربون ( CO ) ، الأوزون ( س ) . أجهزة الاستشعار الغاز المختلفة لها مبادئ عمل مختلفة ، مثل أجهزة الاستشعار الكهروكيميائية ، وأجهزة الاستشعار أشباه الموصلات ، وأجهزة الاستشعار البصرية ، وهلم جرا .
2 . الجسيمات الاستشعار : تستخدم للكشف عن الجسيمات في الهواء ( م ) ، مثل pm2.5 و pm10 . . . . . . . الجسيمات الاستشعار المستخدمة لقياس تركيز الجسيمات من تشتت الضوء أو امتصاص الضوء من حيث المبدأ .
3 - درجة الحرارة والرطوبة الاستشعار : التغيرات في درجة الحرارة والرطوبة على نوعية الهواء لا يمكن تجاهلها ، لذلك الجهاز عادة ما تكون متكاملة مع أجهزة استشعار درجة الحرارة والرطوبة من أجل تحليل شامل لنوعية الهواء .
اختيار أجهزة الاستشعار يجب أن لا تنظر فقط في نوع من الكشف عن الغاز أو الجسيمات ، ولكن أيضا المفاضلة بين دقة الكشف ، زمن الاستجابة والاستقرار والتكلفة .
مبدأ عمل جهاز أخذ العينات
مبدأ عمل الجهاز عادة ما تنقسم إلى الخطوات التالية :
1 - إدخال الهواء : من خلال مروحة ، ومضخة الهواء وغيرها من الأجهزة في جهاز أخذ العينات من ميناء أخذ العينات . طرق أخذ العينات المختلفة يمكن اختيارها وفقا لمتطلبات ، مثل نقطة ثابتة أخذ العينات ، وأخذ العينات المتنقلة ، الخ .
2 . تصفية الهواء : في عملية أخذ العينات ، والشوائب في الهواء قد تؤثر على العمل العادي من أجهزة الاستشعار . وهكذا ، فإن معظم أجهزة أخذ العينات مجهزة مرشحات لإزالة الجسيمات الكبيرة .
3 - التقاط الغاز : الهواء التي تم جمعها من خلال تحليل الغاز الاستشعار ، وأجهزة الاستشعار في الهواء سوف يكون الهدف من الغاز في إشارة كهربائية ، ثم الحصول على تركيز القيمة .
4 - الحصول على البيانات ونقلها : جهاز أخذ العينات البيانات التي تم الحصول عليها من أجهزة الاستشعار من خلال المدمج في وحدة الحصول على البيانات وتجهيزها ونقلها إلى منصة تخزين البيانات . أجهزة أخذ العينات الحديثة عادة ما تكون قادرة على نقل البيانات اللاسلكية ، ونقل البيانات إلى سحابة منصة في الوقت الحقيقي من خلال تكنولوجيا الإنترنت من الأمور ، مما يسهل الرصد عن بعد .
تحليل البيانات : من الحصول على قرار
تحليل البيانات هو جزء مهم من الجهاز . البيانات التي تم جمعها من نوعية الهواء تحتاج إلى تحليل دقيق ومعالجتها من أجل توفير أساس موثوق بها من أجل اتخاذ القرارات البيئية .
1 . البيانات وتجهيزها : البيانات الخام قد تحتوي على الضوضاء ، خطأ ، أو القيم المفقودة ، وبالتالي فإن البيانات وتجهيزها هو خطوة ضرورية . طرق المعالجة المشتركة تشمل تقليل تشويش البيانات الاستيفاء ، الكشف عن قيمة غير طبيعية ، وهلم جرا .
2 - تحليل البيانات : من خلال الأساليب الإحصائية ، آلة التعلم الخوارزمية ، تحليل البيانات بعمق . من خلال التحليل ، مثل تحديد مصادر التلوث ، مؤشر جودة الهواء ( AQI ) حساب نموذج نشر الملوثات يمكن الحصول عليها . على سبيل المثال ، تحليل الانحدار يمكن استخدامها للتنبؤ الاتجاهات في بعض تركيزات الغاز .
3 - دعم اتخاذ القرار وتقديم التقارير : تحليل البيانات سوف تنتج تقارير مفصلة لمساعدة الإدارات ذات الصلة في اتخاذ القرارات المتعلقة بحماية البيئة . ويمكن استخدام هذه التقارير في التنبؤ بتلوث الهواء ، ووضع السياسات ، وتقديم المشورة في مجال الصحة العامة .
خامساً - مجالات التطبيق والتوقعات
الهواء جهاز أخذ العينات المستخدمة على نطاق واسع في رصد البيئة ، ومراقبة الانبعاثات الصناعية ، وإدارة نوعية الهواء في المناطق الحضرية ، وتقييم جودة الهواء في الأماكن المغلقة وغيرها من المجالات . مع تطور التكنولوجيا ، وأجهزة أخذ العينات أصبحت أكثر وأكثر ذكاء ، ويمكن تحقيق في الوقت الحقيقي رصد ، التحكم عن بعد ، وتحليل البيانات وغيرها من المهام . مزيج من إنترنت الأشياء ، بيانات كبيرة و تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي يوفر بيانات قوية لدعم رصد نوعية الهواء .
في المستقبل ، مع زيادة متطلبات حماية البيئة ، دقة ، intelligentization والراحة من الجهاز سوف تستمر في التحسن . وفي الوقت نفسه ، مع تفاقم مشكلة تغير المناخ العالمي ، ورصد نوعية الهواء سوف تصبح أكثر أهمية الموضوع .