一种城区大气污染网格化平台的构建方法与流程

1.本发明涉及大气环境规划管理与污染防控技术领域，尤其涉及一种城区大气污染网格化平台的构建方法。


背景技术：

[0002][0003]
为了使空气质量能够持续改善，需要进行精细化管理。目前，网格化污染源排放清单是进行空气质量管理的基础工作，为精细化了解和控制地区空气污染的来源提供重要的依据，是科学、有效、精准地开展空气污染防治工作的基础和前提。基于污染源排放清单的空气污染来源解析、空气质量预报预警、污染排放控制目标筛选，排放控制措施的成本效益有效性分析，以及建立重污染天气应急预案，已成为一套成熟而且行之有效的空气质量管理模式。
[0004]
但是，我国大中城市现有污染源清单数据在时间有效性、统一规范性，以及污染物种类涵盖等方面都难以满足空气污染防治新阶段需求，因此，亟须建立起完整的大气污染物排放清单，并建立既能服务于城市精细化空气质量管理的大气污染防治管理工作，又能为空气质量模型模拟等研究工作提供基础数据支撑的时空多尺度大气污染源动态清单平台。同时，基于可供空气质量模型直接使用的预测排放清单，并应用综合评估模型，开展城市未来5年大气污染排放预测和减排潜力分析，为模型溯源和管控模拟提供材料基础。上述工作的完成，依赖集成的大气污染网格化平台的构建。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的就是基于这种需求，旨在提供一种能够解决上述需求的一种城区大气污染网络化平台的构建方法。
[0006]
根据本发明的实施例，提供一种城区大气污染网络化平台的构建方法。所述方法包括：确定研究区域，确定所述网格化平台的整体需求以及何种技术实现，形成技术需求分析报告；针对所述技术需求分析报告，规划所述网格化平台的系统结构和功能模块，构建网格化平台的功能框图；基于所述网格化平台的功能框图，设定实施所述功能模块的技术路线途径；基于所述功能框图和功能模块，构建所述网格化平台的总体框架结构；设计标准规范，确定开发规范和政策依据；针对所述总体框架结构和设定的约束条件，以及基于所述标准规范，形成网格化平台的详细设计报告和数据库设计报告；根据所述网格化平台的所述详细设计报告和数据库设计报告，具体实现所述功能模块；为所述网格化平台定义接口策略，与平台外部的硬件设备、网络结点、软件系统进行交互；对所述网格化平台系统进行测试和优化，形成代码文件和测试报告；在实际环境中运行应用所述网格化平台系统，对所述网格化平台系统进行性能、功能、软件易用性、适用性测试，记录运行情况，对系统持续进行优化。提交所述网格化平台完成报告，组织用户进行平台验收。
[0007]
优选地是，所述网格化平台的功能模块包括：主城区大气污染网格化清单模块、排
放预测及减排潜力分析模块和大气污染弱扩散模块。
[0008]
优选地是，所述大气污染网格化清单模块包括四个子模块：基于研究区域第二次污染普查数据得到的本地源排放污染源行业分布及空间分布子模块、排放量空间分配子模块、排放量时间分配子模块以及网格化排放清单子模块。
[0009]
优选地是，所述排放预测及减排潜力分析模块包括：通过研究区域污染物排放长期预测模型模拟得到的各情景下研究区域大气污染排放预测子模块、研究区域污染物减排潜力分析子模块；所述大气污染弱扩散模块包括：基于卫星数据、气象数据、空气质量监测数据、排放数据等，利用模型模拟划分出的研究区域主城区污染弱扩散区域子模块、污染物传输特征分析子模块以及弱扩散区域区位变化特征分析子模块。
[0010]
优选地是，所述技术路线途径包括：确定平台的开发设计架构spring boot2；确定数据库选型；调用gis地理信息系统；确定大数据可视化工具。
[0011]
优选地是，所述总体框架结构包括：服务层、应用支撑层和数据资源层；所述数据资源层包括空间数据资源、业务数据资源和其他数据资源；所述业务数据资源的数据可以来自城市、站点的监测数据，其通过计算服务器处理后为满足数据库设计格式的业务数据。
[0012]
优选地是，所述应用支撑层包括大气污染网格化清单应用、排放预测与减排潜力分析应用、大气弱扩散区域分析应用、系统管理应用；所述应用在应用支撑层均可调用gis地图服务资源，实现可视化操作；所述应用支撑层通过内部接口与数据资源层实现接口同步，并通过接口功能函数与数据资源层实现同步。
[0013]
优选地是，所述详细设计报告包括：关键技术路线、总体架构设计、开发规范设计、平台功能设计、关键类或数据结构设计、关键算法设计、用户界面框架设计、输出报表设计、外部接口设计、关键指标设计、易用性设计、健壮性设计、通用性设计、可测试性设计以及可维护性设计。
[0014]
优选地是，所述具体实现所述功能模块包括：明确本地排放源构成和特征，确定活动水平数据调查和收集对象；划分不同污染源，明确主要污染物；考虑研究区域本地化环境污染特征，获取污染源全部面源或部分点源活动水平信息，构建活动水平数据库；基于文献调研、在线监测数据与企业现场调研，建立本地排放因子数据库；计算分行业分污染物排放量；利用时间分配ote算法模型和空间分配slcsp模型算法，计算各类污染源排放时间分布特征与空间分配特征；建立高精度大气污染物排放清单；对排放清单的不确定性进行分析；对网格化排放清单进行检验和修正；得到动态化高分辨率大气污染物排放清单。
[0015]
优选地是，网格化清单功能模块的功能触发步骤为：用户于平台页面顶部选测区域选择所需查看的排放源、污染物、时间范围，查询后，前端页面调用后端接口查询数据；后端接口接收到前端查询请求后，根据前端传入的参数，从业务数据库中，检索出符合筛选条件的数据，并将数据格式化后返回给发送请求的前端页面；前端页面接收到后端返回的数据之后，通过arcgis地图插件，将网格数据，网格编号、数值大小等参数，在前端网页地图上渲染出相应的网格化图形展示效果。
[0016]
实施本发明的有益技术效果是：实现大气污染防控和管理的网络化平台。在平台基础上，建立主城区本地化的高精度网格化污染物排放清单，并对未来5年城区的减排潜力进行预测及分析，对科学、有序地实现国家及地方政府的大气污染控制目标具有重要意义，并且有助于识别关键污染行业，有利于城区经济结构发展转型升级，还能为城区生态文明
发展提供有力的技术支撑。
附图说明
[0017]
本公开的各种实施例或样例(“示例”)在以下的具体实施方式和附图中得以公开。没必要将附图按比例绘制。一般而言，除非在权利要求中另有规定，否则可以任意顺序执行本发明所公开部件以及方法的操作。附图中：
[0018]
图1是根据本发明的城区大气污染网格化平台的构建方法的流程框图；
[0019]
图2是根据本发明的城区大气污染网格化平台的功能结构框图；
[0020]
图3是根据本发明的城区大气污染网格化平台的主体架构图；
[0021]
图4是根据本发明的网格化平台的大气污染排放清单的技术路线图；
[0022]
图5是对本发明的排放清单进行不确定性分析的流程图；
[0023]
图6是根据本发明的网格化平台的数据流程图；
[0024]
图7是网格化清单模块经过触发后出现的界面图。
具体实施方式
[0025]
在详细解释本公开的一个或多个实施例之前，应当理解，实施例不限于它们具体应用中的构造细节，以及下文实施方式或附图所提出步骤或方法。附图中的示意图仅仅示意性的示出，其不具有特定的绘图比例和尺寸，具有本发明附图技术特征的实施方案应当在本发明的保护范围内。
[0026]
图1总体上示出了一种城区大气污染网格化平台的构建方法的流程框图。如图1所示，本发明所提供的方法大体上包括如下步骤：
[0027]
s1：确定研究区域，确定大气污染网格化平台的整体需求以及何种技术实现，形成技术需求分析报告。
[0028]
研究区域主要是需要进行环境质量管理的大中小城市，确定研究区域，便于建立基于研究区域的本地化特征，本地化特征的取得，需要考虑研究区域的概况和主城区概况。研究区域概况包括自然环境、资源资源禀赋、经济发展、交通发展以及环境质量。主城区概况包括：城市布局、区域经济、土地利用和城市交通。网格化平台的需求方案主要包括目标定位、功能模块和性能要求。例如，本发明的大气污染网格化平台的构建目标为建立研究区域本地化的高精度网格化污染物排放清单，并对未来5-10年的减排潜力进行预测及分析，划分研究区域的大气污染弱扩散区域并分析其变化特征，对以上内容进行可视化平台展示。
[0029]
功能模块应当实现：针对研究区域主城区内so2、nox、pm10、pm2.5、co、co2、nh3、vocs、bc、oc大气污染物的排放，在已有的污染源数据基础上开展调查，通过时空分配算法模型，建立研究区域主城区大气污染网格化排放清单，制作研究区域主城区最新每月网格污染形式分析渲染图和基准年每月排放量贡献测算分析报告。结合研究区域最新规划和发展政策文件，开展未来排放预测和减排潜力分析。调研研究区域最新社会经济发展规划和行业规划等数据，应用综合评估模型，在大气污染排放现状数据基础上，预测研究区域未来5-10年的逐年排放总量。通过模型和产业结构调整分析相结合的方式，预测分析研究区域经济结构和能源结构调整的减排潜力；调研大气污染控制技术，分析重庆市重点行业的大
气污染控制技术及其减排潜力空间。基于卫星数据、气象数据、空气质量监测数据、排放数据，明确研究区域主城区高污染区域污染特征和弱扩散区变化特征。建立可视化系统平台，对以上数据资料、分析结果以及分析报告进行展示。
[0030]
s2：针对需求方案，规划网格系统结构和主要功能，构建网格化平台的功能框图。
[0031]
平台的构建，首先依赖于研究区域技术管理部门所提出的需求方案，在需求方案的基础上，构建网格化平台的功能框图。研究区域主城区大气污染网格化分析平台分为三个模块，如图2所示。
[0032]
根据图2，本发明的研究区域主城区大气污染网格化分析平台包括：主城区大气污染网格化清单模块、排放预测及减排潜力分析模块和大气污染弱扩散模块。所述大气污染网格化清单模块包括四个子模块：基于研究区域第二次污染普查数据得到的本地源排放污染源行业分布及空间分布子模块、排放量空间分配子模块、排放量时间分配子模块以及网格化排放清单子模块。排放预测及减排潜力分析模块包括：通过研究区域污染物排放长期预测模型模拟得到的各情景下研究区域大气污染排放预测子模块、研究区域污染物减排潜力分析子模块；大气污染弱扩散模块包括：基于卫星数据、气象数据、空气质量监测数据、排放数据等，利用模型模拟划分出的研究区域主城区污染弱扩散区域子模块、污染物传输特征分析子模块以及弱扩散区域区位变化特征分析子模块。
[0033]
图2所示的三大功能模块，均可以可视化的形式形成分析报告，供用户在网格化平台前端页面进行数据展示、查询和导出等。
[0034]
s3：基于平台的功能框图，设定实施关键模块的技术路线。
[0035]
平台的功能框图表达了平台的主要功能，技术路线则是如何实现这些功能的技术途径。具体的技术路线包含：
[0036]
s31、确定平台的开发设计架构spring boot2
[0037]
(1)系统应用基于业内主流的spring boot2.0架构进行设计。
[0038]
基于spring boot2.0架构避免了繁杂的xml配置，框架自动完成了相关的配置，当需要进行相关插件集成的时候，只需要将相关的starter通过相关的maven依赖引进，并可以进行相关的插件整合开发。sping2.0的特性有如下：遵循“约定优于配置”的原则，简化配置；可以完全脱离xml配置文件,采用注解配置和java config；内嵌servlet容器，应用可用jar包执行：java-jar；快速完成项目搭建、整合第三方类库，方便易用；提供了starter pom,能够非常方便的进行包管理,简化包管理配置；与spring cloud天然集成，springboot是目前java体系内实现微服务最佳方案。
[0039]
(2)前端响应技术架构
[0040]
vue.js是一个用于创建用户界面的开源javascript框架，也是一个创建单页应用的web应用框架。网格化平台的搭建主要通过webstrom开发工具，根据步骤s2功能设计产出的原型图，使用vue.js对平台进行搭建。
[0041]
(3)基于j2ee的微服务架构
[0042]
微服务架构是一项在云中部署应用和服务的新技术。大部分围绕微服务的争论都集中在容器或其他技术是否能很好的实施微服务。微服务可以在“自己的程序”中运行，并通过“轻量级设备与http型api进行沟通”。关键在于该服务可以在自己的程序中运行。通过这一点就可以将服务公开与微服务架构(在现有系统中分布一个api)区分开来。在服务公
开中，许多服务都可以被内部独立进程所限制。如果其中任何一个服务需要增加某种功能，那么就必须缩小进程范围。在微服务架构中，只需要在特定的某种服务中增加所需功能，而不影响整体进程的架构。
[0043]
(4)支持国密算法的集成。
[0044]
采用接口支持国密算法集成。设计统的一国密算法调用api组件，而支持多并发多线程的调用。
[0045]
s32、确定数据库选型
[0046]
关系数据均采用mysql进行存储，非结构化数据(文档、视频、图片等)采用已有生态环境大数据基础框架平台的hdfs进行存储。
[0047]
s33、调用gis地理信息系统
[0048]
直接调用“生态环境空间大数据服务平台”提供的服务。
[0049]
s34、确定大数据可视化工具
[0050]
本发明大数据可视化工具采用成熟的开源软件echarts。大数据可视化工具可以运行在pc和移动设备上，可提供各类数据可视化图表，包括常规的折线图，柱状图，散点图，饼图，k线图，用于统计的盒形图，用于地理数据可视化的地图，热力图，线图，用于关系数据可视化的关系图，树形图，多维数据可视化的平行坐标，用于bi的漏斗图，仪表盘等，并支持动态特效图表。
[0051]
s4：构建网格化平台的总体框架结构。
[0052]
在此步骤中，构建总体框架结构的过程包括：划分服务层、应用支撑层和数据资源层。为功能模块细化区分，从而为技术人员的分工提供依据。定义系统接口策略，明确系统在实现过程中，需要与系统外部的硬件设备、网络结点、软件系统进行交互，并确定各类接口的类型、使用方法、所属的功能模块和本系统内各个功能模块之间的接口定义、相互依赖关系等。
[0053]
图3为步骤4所构建的网格化平台的总体框架结构。如图所示，主城区大气污染网格化平台始终基于系统架构与服务标准、安全与运维标准进行构建。所述总体框架结构主要包括：服务层、应用支撑层和数据资源层。数据资源层包括空间数据资源、业务数据资源和其他数据资源。所述空间数据资源例如是生态环境空间大数据平台。其他数据资源例如是大气污染防治大数据业务应用服务系统的基础数据。业务数据资源的数据可以来自城市、站点的监测数据，其通过计算服务器处理为符合本发明的数据库设计格式的业务数据，尔后传入业务数据库，构成业务数据库资源。业务数据资源也可与基于空间数据资源和其他数据资源进行数据交互，尤其是，前者获取后两者的数据以满足业务数据的计算和查询需要。
[0054]
所述应用支撑层包括大气污染网格化清单应用、排放预测与减排潜力分析应用、大气弱扩散区域分析应用、系统管理应用。上述这些应用在应用支撑层均可调用gis地图服务资源，实现可视化操作。应用支撑层通过内部接口与数据资源层实现接口同步，并通过接口功能函数与数据资源层实现同步。大气污染网格化清单应用包括源清单台账、网格化清单、排放量空间分布图、排放量时间分布图、排放源行业分布图和排放源区域分布图。排放预测与减排潜力分析应用包括大气排放预测、减排潜力分析。大气弱扩散区域分析应用包括弱扩散区域分布图、污染特征分析和区位变化分析。系统管理应用包括日志管理和附件
管理。在服务层，网格化平台提供arcgis地图展示和echarts统计分析服务。
[0055]
s5：设计标准规范，确定开发规范和政策依据。
[0056]
开发规范例如包括：(1)《环境数据库设计与运行管理规范》(hj/t 419-2007)；(2)《环境信息术语》(hj/t 416-2007)；(3)《环境信息分类与代码》)hj/t 417-2007)；(4)《基础地理信息要素分类与代码》(gb/t13923-2006)；(5)《地理信息元数据》(gb/t 19710-2005)；(6)《重庆市基础地理信息电子数据标准》(db50/t286-2012)；《信息安全技术网络安全等级保护基本要求》(gb/t 22239-2019)；《环境空气质量评价技术规范(试行)》hj663-2013。
[0057][0058]
s6：针对构建的框架结构和约束条件，以及基于标准规范，形成网格化平台的详细设计报告和数据库设计报告。
[0059]
详细设计报告指导和引领网格化平台的构建，具体而言，其应当包括：关键技术路线、总体架构设计、开发规范设计、平台功能设计、关键类或数据结构设计、关键算法设计、用户界面框架设计、输出报表设计、外部接口设计、关键指标设计、易用性设计、健壮性设计、通用性设计、可测试性设计以及可维护性设计。
[0060]
详细的数据库设计报告主要包括满足各种功能模块需求的业务数据表，例如表1表示交通源排放量的数据库清单、表2表示大气污染网格化清单的数据库清单：
[0061]
表1交通源排放量的栏的清单
[0062]
[0063][0064]
表2大气污染网格化清单的栏的清单
[0065]
[0066][0067]
s7：根据网格化平台的详细设计报告和数据库设计报告，具体实现各子功能模块。
[0068]
以大气污染网格化清单应用具体为例，详细阐述本发明的功能模块的实施途径，其它模块的具体实现过程类似于此模块的技术实施过程。
[0069]
为了描述问题的方便，本发明在此示范实施例中，将研究区域选定为重庆市主城区，此后的描述中，均以示例性城市重庆市代表本发明的研究区域。图4为大气污染网格化清单模块的实现方法和技术路线途径。其包括如下的步骤：
[0070]
(1)明确本地排放源构成和特征，确定活动水平数据调查和收集对象
[0071]
城市排放清单编制应首先针对重庆内排放源进行摸底调查，根据重庆当地行业和燃料/产品特点，在工业源、农业源、交通源、居民生活源、电力源等五大类人为排放源中，选取合适的排放源类型，明确当地排放源构成，确定活动水平数据调查和收集对象。在数据调查和收集阶段应当涵盖排放源第三、四级分类涉及的所有燃烧/工艺技术和污染物末端控制技术，在数据整理过程中根据当地排放源特点确定源清单覆盖的第三、四级分类。由于本发明依据重庆市第二次污染源普查的数据，包含企业污染源和技术措施，因此基于第四级排放源分类，确定计算参数获取途径和来源，依次加和可得到重庆市整体的大气污染物排放量。
[0072]
(2)划分不同污染源，明确主要污染物
[0073]
将重庆市人为大气污染源分为工业源、农业源、交通源、居民生活源、电力源等五大类。针对污染物产生机理和排放特征的差异，按照部门/行业、燃料/产品、燃烧/工艺技术以及末端控制技术将每类排放源分为四级，自第一级至第四级逐级建立完整的排放源分类分级体系。第三级排放源重点识别排放量大、受燃烧/工艺技术影响显著的重点排放源。对于排放量受燃烧/工艺技术影响不大的燃料和产品，第三级层面不再细分，在第二级下直接建立第四级分类。最后确定涵盖工业源、农业源、交通源、居民生活源、电力源五大类排放源，包括co、so2、nox、vocs、pm2.5、pm10、bc、oc、nh3共九类大气污染物。
[0074]
(3)考虑研究区域本地化环境污染特征，获取污染源全部面源或部分点源活动水平信息，构建活动水平数据库
[0075]
对于钢铁、火电、水泥、煤炭、造纸、印染、污水处理厂、垃圾焚烧厂等8个重点行业，随着排放整治力度的加大，行业进行升级改造，其活动水平和排放因子数据较历史值和其他地区参考值均会发生变化。要尽可能获取完整的重庆市污染源名录，如工业企业、施工工地、涉气服务业企业(汽修、干洗等)、养殖场等；并获取污染源全部(主要是面源)或部分(主要是点源)活动水平信息。为了编制具有重庆本地化特色的大气污染物排放清单，要对涉及到的所有机构数据进行调研，如：环保局获取环境统计、总量核查、重点源在线监测、污染源普查等数据，工商局获取企业名录，统计局获取宏观经济、能源统计数据等，工业规上企业统计数据，住建局获取施工工地名录及活动水平信息等，获取机动车保有量等有关数据。针对重庆市各污染源的排放因子，基于实地调研结果，结合全国第二次污染源普查数据库，收
集重庆市环境统计和总量核查数据等，按照重庆市的实际现状进行编制。
[0076]
(4)基于文献调研、在线监测数据与企业现场调研，建立本地排放因子数据库
[0077]
排放因子是把排入大气的某种污染物水平与排放源相关活动联系在一起的工具。对于重庆市排放因子数据库的构建，首先基于全国第二次污染源普查数据，获取对普查已涵盖的重庆市污染源和污染物类型的排放因子。对于未包括的排放因子，采用企业现场调研、在线监测数据、文献调研的方法进行补充。在条件允许的情况下，应优先采用实测法，如条件不允许可选用物料衡算法和文献调研法，根据重庆市实际工作基础选用合适的排放系数获取方法。实测法是指对污染源开展测试，获取实际工况条件下的排放系数，条件允许情况下可针对重庆市重点排放源开展实际测试，国控重点源可根据在线监测浓度计算排放系数。物料衡算法是指通过对输入和输出物质详细分析确定产生系数，再结合污染控制设备或措施的去除效率获取排放系数，大型和中型燃煤设备的so2和颗粒物排放系数可采取物料衡算法估算。文献调研法是指通过从科技文献、排放系数数据库等资料中收集整理相近燃料/产品、工艺技术、污染控制技术的排放测试结果，获取对应排放系数的方法。中国生态环境部曾发布的《工业污染物产生和排放系数手册》以及美国国家环境保护局(environmental protectionagency，epa)编制的大气污染物排放因子手册ap-42都提供了较为完整的排放系数数据库，可为重庆市排放清单编制提高一定的参考。
[0078]
(5)计算分行业分污染物排放量
[0079]
针对上文提到的工业源、农业源、交通源、居民生活源、电力源等五类污染源，细分不同的行业，按照第四级污染源级别，对2018年重庆市主城区污染排放源进行核算，具体计算方法如下：
[0080]
①
工业源
[0081]
采矿业和制造业排放源应按照点源处理，基于第四级排放源计算排放量，公式如下：
[0082]
e＝a
×
ef
×
(1-η)
ꢀꢀ
公式(0-1)
[0083]
其中，a为第四级排放源燃料消耗量，对于点源为排污设备活动水平，对于面源为清单中最小行政区单元活动水平；ef为污染物产生系数；η为污染控制措施对污染物的去除效率。
[0084]
对于安装烟气排放连续监测系统的企业，应按照《国控污染源排放口污染物排放量计算方法》，采用排放口自动监测数据计算so2、no
x
和颗粒物排放量：
[0085]
e＝∑
kc×q×
t
ꢀꢀ
公式(2-1)
[0086]
其中，k为烟道监测断面；c为污染物小时平均排放浓度；q为小时平均烟气排放量；t为总生产小时数。
[0087]
钢铁行业、有色冶金行业和水泥行业等工艺过程源的排放量由下式计算得到：
[0088]
e＝a
×
ef
×
(1-η)
ꢀꢀ
公式(2-2)
[0089]
其中，a为第四级排放源活动水平，为相应行业对应的产品产量、熟料产量或水泥产量。对于点源，a为逐条生产线活动水平；对于面源，a为清单中最小行政区单元活动水平。ef为各污染物产生系数。η为污染控制技术对各污染物的去除效率。
[0090]
印染印刷、表面涂层等溶剂使用源产生的vocs排放，排放量计算公式如下：
[0091]
e＝q
×
ef
ꢀꢀ
公式(2-3)
[0092]
式中，q为油墨或产量或染料消费量、建筑涂料表观消费量、汽车制造修补用漆或饮料罐生产线、家电、机床设备等产品消费量；ef为单位质量油墨或染料的vocs排放系数。按照当前行业控制水平，可认为印刷印染等溶剂使用无vocs末端控制措施。
[0093]
排放因子方面，采矿与制造业优先采用实测法获取排放系数，如不开展实测，可收集污染源在线监测数据计算排放系数，需收集的数据包括燃料组分、烟气中污染物浓度和氧含量等，以燃煤源为例，基于在线监测数据计算排放系数公式如下：
[0094]
ef
final
＝c
×v×
10-2
ꢀꢀ
公式(2-4)
[0095]
v＝v1+v0×
(α-1)
ꢀꢀ
公式(2-5)
[0096]
v＝v1+v0×
(α-1)
ꢀꢀ
公式(2-6)
[0097]v0
＝0.0889
×
c+0.265
×
h+0.0333
×
(s-o)
ꢀꢀ
公式(2-7)
[0098]v1
＝0.0889
×
c+0.265
×
h+0.0333
×
s-0.263
×oꢀꢀ
公式(2-8)
[0099]
α＝21/(21-oc)
ꢀꢀ
公式(2-9)
[0100]
其中，ef
final
为污染物最终排放系数；c为污染物实测浓度；v为实际烟气量；v1为理论烟气量；v0为理论空气量；α为过剩空气系数；oc为烟气氧含量；c、h、s、o别为燃煤收到基各元素质量分数，难以开展排放源实测和收集监测数据的地区，可以采用第二次全国污染源普查的排放系数；对于钢铁行业、有色冶金行业和水泥行业等工艺过程源排放与溶剂使用源等行业排放应采用实测法获取排放系数，如条件受限无法开展排放源实测，可收集污染源监督监测数据计算排放系数。
[0101]
②
农业源
[0102]
农药使用产生vocs排放，排放量计算公式如下：
[0103]
e＝q
×
ef
ꢀꢀ
公式(2-10)
[0104]
式中，q为农药施用量；ef为单位质量农药使用的vocs排放系数。按照当前的控制水平，可认为农药使用过程无vocs末端控制措施。
[0105]
氮肥施用过程会产生氨排放，排放量计算公式为：
[0106]
e＝∑
tai
×
efiꢀꢀ
公式(2-11)
[0107]
其中，i为化肥种类(包括尿素、碳铵、硝铵、硫胺、其它氮肥)；a为活动水平，即各种氮肥施用量；ef为氨排放系数。
[0108]
畜禽养殖中动物排泄物产生大量氨排放。根据粪便管理阶段和形态，畜禽养殖氨排放总量计算公式如下：
[0109]
e＝∑
tai
×
efi×
γ
ꢀꢀ
公式(2-12)
[0110]
其中，i为畜禽粪便类型，分为户外、圈舍-液态、圈舍-固态、存储-液态、存储-固态、施肥-液态、施肥-固态；a为活动水平，指畜禽排泄物在不同管理阶段、粪便不同形态中含有的总铵态氮量；ef为氨排放系数；γ为氮-大气氨转换系数。
[0111]
农业源中，农药使用源的活动水平数据通过第二次全国污染源普查数据源按面源处理，获取最小行政区单元的杀虫剂原药施用量、除草剂；氮肥施用源的活动水平数据来自各县市农村污染源普查数据中获取总氮肥施用量，进一步结合重庆市农作物类型和农时资料，依据不同施肥时段、不同氮肥类型进行细致划分；畜禽养殖活动水平需通过计算获取不同管理阶段和粪便形态含有的总铵态氮量。
[0112]
排放系数采用物料衡算法估算，农药使用过程排放系数认为溶剂中的vocs全部挥
发到大气中，采用溶剂中vocs含量限值标准作为vocs排放系数；氮肥施用过程排放系数指单位质量氮肥在施用过程中向大气排放氨的质量，实际排放系数通常在基准排放系数基础上根据施肥率和施肥方式进行修正：
[0113]
ef＝bef
×
α
×
β
ꢀꢀ
公式(2-13)
[0114]
其中，bef为基准排放系数；α为施肥率修正因子；β为施肥方式修正因子；畜禽养殖排放系数为单位质量总铵态氮以大气氨形式排放的量，选用重庆市实际排放系数。
[0115]
③
交通源
[0116]
道路移动源按照线源处理，基于第四级排放源计算排放量，公式如下：
[0117]
e＝p
×
ef
×
vkt
ꢀꢀ
公式(2-14)
[0118]
其中，p为机动车保有量；ef为基于行驶里程排放系数；vkt为年均行驶里程。
[0119]
非道路移动源按照面源处理，基于第四级排放源计算排放量，公式如下：
[0120]
e＝a
×
ef
ꢀꢀ
公式(2-15)
[0121]
其中，a为第四级排放源活动水平。对于飞机，a为起飞着陆循环次数；对于其它非道路移动源，a为燃油消耗量。ef为污染物排放系数。
[0122]
对于工程机械、农业机械、小型通用机械和柴油发电机组，基于第四级排放源计算排放量，公式如下：
[0123]
e＝∑n(pn×gn
×
lfn×
hrn×
efn)
ꢀꢀ
公式(2-16)
[0124]
其中，n为功率段；p为保有量；g为平均额定净功率；lf为负载因子；hr为年使用小时数；ef为污染物排放系数。
[0125]
交通源中，道路移动源的活动水平数据通过第二次全国污染源普查数据获得，包括各类机动车车型、所属地、保有量、年均行驶里程和注册年代以及排放控制水平等；非道路移动源的活动水平数据通过第二次全国污染普查数据或实际调查数据获得，包括燃油消耗量、年均行驶里程、保有量及技术水平、额定净功率、负载因子等。
[0126]
道路源排放系数的获得通过由基准排放系数结合实际情况修正获得，计算公式如下：
[0127][0128]
其中，bef为基准排放系数；为环境修正因子；γ为平均速度修正因子；λ为劣化修正因子；θ为车辆其它使用条件(如负载系数、油品质量等)修正因子，以上数据来自重庆本地实际道路工况或选用第二次污染源普查数据；非道路源的排放系数由污普数据获得或通过采用物料衡算法计算得到，以二氧化硫排放系数为例，公式如下
[0129][0130]
其中，s为燃油硫含量，通过实际调查获取。
[0131]
④
居民生活源
[0132]
对于居民生活源第四级排放源，排放量由下式计算：
[0133]
e＝a
×
ef
×
(1-η)
ꢀꢀ
公式(2-19)
[0134]
其中，a为第四级排放源燃料消耗量；ef为污染物产生系数；η为污染控制设施对污染物的去除效率。
[0135]
污水、固体废弃物和废气处理产生的大气污染物排放量采用下式计算：
[0136]
e＝a
×
ef
ꢀꢀ
公式(2-20)
[0137]
式中，a为排放源活动水平，即脱硝烟气对应的燃煤量；ef为烟气脱销的nh3排放系数。
[0138]
居民生活源中，活动水平数据调查收集应与环境数据统计体系结合，从环境统计和污染源普查等数据库获取相关企业信息，并开展实地调查完善和补充；一般按面源处理，应调查收集排放清单中最小行政区单元活动水平，从重庆市的能源统计数据获取民用部门分能源品种能源消费量。如重庆市不具备该数据时，可通过全市能源消费总量扣除电力、工业能源消费量获取，或采用上一级行政区民用源活动水平数据基于人口密度等参数权重分配到清单编制行政区单元。
[0139]
而排放系数方面，民用锅炉排放系数参考采矿业和制造业等工业锅炉排放系数处理方式获取。重庆市可对当地典型民用燃料和炉灶类型开展实际排放系数测试；废弃物排放源的排放系数优先采用污染源实测法，若缺少可靠的实测数据，则采用文献调研法。
[0140]
⑤
电力源
[0141]
电力、热力及燃气生产和供应业排放源应按照点源处理，基于第四级排放源计算逐个排污设备排放量，公式如下：
[0142]
e＝a
×
ef
×
(1-η)
ꢀꢀ
公式(2-21)
[0143]
其中，a为逐个排污设备燃料消耗量；ef为污染物产生系数；η为污染控制措施对污染物的去除效率。
[0144]
对于安装烟气排放连续监测系统的企业，应按照《国控污染源排放口污染物排放量计算方法》，采用排放口自动监测数据计算so2、nox和颗粒物排放量：
[0145]
e＝∑
kc×q×
t
ꢀꢀ
公式(2-22)
[0146]
其中，k为烟道监测断面；c为污染物小时平均排放浓度；q为小时平均烟气排放量；t为总生产小时数。
[0147]
电力源中，活动水平数据通过调查收集和环境数据统计体系结合获得，从总量核查、环境统计和污染源普查等数据库获取有关信息，并开展实地调查补充，相关信息包括机组装机容量、投产时间、燃料消耗量、硫分、灰分、锅炉类型、燃烧方式、脱硫脱硝设施类型及综合去除效率等。除此之外，电力、热力生产和供应部门应补充开展实地调查完善活动水平数据，重点获取污染控制措施运行时间、在线监测浓度数据、企业生产报表和分批次煤质数据等。
[0148]
排放系数优先采用重庆市本地实测法获得的排放系数；其次使用基于监测数据计算得到的排放系数，需收集的数据包括燃料组分、烟气中污染物浓度和氧含量等，以燃煤源为例，基于在线监测数据计算排放系数公式如下：
[0149]
ef
final
＝c
×v×
10-2
ꢀꢀ
公式(2-23)
[0150]
v＝v1+v0×
(α-1)
ꢀꢀ
公式(2-24)
[0151]v0
＝0.0889
×
c+0.265
×
h+0.0333
×
(s-o)
ꢀꢀ
公式(2-25)
[0152]v1
＝0.0889
×
c+0.265
×
h+0.0333
×
s-0.263
×oꢀꢀ
公式(2-26)
[0153]
α＝21/(21-oc)
ꢀꢀ
公式(2-27)
[0154]
其中，ef
final
为污染物最终排放系数；c为污染物实测浓度；v为实际烟气量；v1为理论烟气量；v0为理论空气量；α为过剩空气系数；oc为烟气氧含量；c、h、s、o分别为燃煤收到基
各元素质量分数。难以开展排放源实测和收集监测数据的地区，可以采用第二次全国污染源普查的排放系数。
[0155]
(6)利用时间分配ote算法模型和空间分配slcsp模型算法，计算各类污染源排放时间分布特征与空间分配特征
[0156]
高时空分辨率清单技术是指将以行政区为单位的平面二维排放处理成以网格为单位的空间三维排放、将年排放量处理成月排放量的清单处理技术，以实现排放清单在空间和时间层面的维度扩展，满足空气质量模拟需求。
[0157]
时间分配需分析并找出影响排放强度和能反映排放时间变化特征的参数，利用时间分配ote算法模型，结合遥感数据和观测数据反演排放时间变化确定时间分配系数。点源由于其具有明确位置标识，可以基于企业生产负荷数据计算每月排放量。活动水平调查时收集排污设备经纬度、燃料消耗/产品月产量和典型月、周生产负荷动态变化曲线。面源标识到行政区，根据时间分配系数计算逐时排放量，分配基于排放月分配系数处理完成，月分配系数根据月活动水平数据计算，如月发电量、月燃煤量等，月分配因子与对应的月排放量按下式估算
[0158][0159]emi
＝mi×ey
ꢀꢀ
公式(2-29)
[0160]
式中，t为月份；ai为月表征数据的值；mi为第i月的分配参数；e
mi
为第i月排放量；ey为1年的污染物排放总量。
[0161]
空间分配根据排放源的地理位置和排放的空间特性，利用空间分配slcsp模型算法，结合卫星数据、产业结构布局、主城区规划等，确定能够表征各排放源排放空间特征的地理空间参数。点源由于其具有明确位置标识，其经纬度坐标将点源排放直接定位在网格。面源标识到行政区，采用代用参数权重法将排放分配到网格。代用参数权重法是指利用与排放直接关联的栅格数据对排放进行网格化，即将每个网格覆盖的栅格数据占所在行政区的比例作为权重，将各行政区排放量分摊到网格；跨行政区边界的网格，按照面积比例计算分配权重。常用栅格数据包括总人口、城市人口、农村人口和路网密度等，根据第一级排放源确定栅格数据类型。计算公式如下：
[0162][0163]
式中w
xy
为横坐标为x、纵坐标为y网格的排放分配权重；v
xy
为横坐标为x、纵坐标为y网格空间识别参数值；横坐标为x、纵坐标为y。
[0164]
以下将按照工业源、农业源、交通源、居民生活源、电力源等五类污染源顺序具体分行业分析时空分辨率分配算法。
[0165]
①
工业源
[0166]
钢铁行业排放时空分配按点源处理，根据排污设施经纬度将点源排放直接定位到相应网格，同时根据逐月产品产量信息及调研获得的生产负荷时间变化曲线将年排放量进行分配。有色冶金行业排放时空分配按点源和面源分别处理。点源具有明确位置标识和详细活动水平信息，可根据排污设施经纬度将点源排放直接定位到相应网格，同时根据逐月
产品产量信息及调研获得的生产负荷时间变化曲线将年排放量分配到每月。面源在排放清单中一般为重庆市有色冶金行业全年排放量，需要经过一系列时空分配处理得到网格化排放清单数据。对于有色冶金行业应采用城市人口分布栅格数据作为空间分配代用参数。时间分配基于排放月分配系数处理完成，月分配系数根据活动水平月数据计算，如逐月产品产量、逐月生产总值等。
[0167]
水泥行业排放量时空分配按点源处理，根据排污设施经纬度将点源排放直接定位到相应网格，同时根据逐月熟料或水泥产品产量信息及调研获得的生产负荷时间变化曲线将年排放量分配到月。玻璃行业排放时空分配按点源处理，根据排污设施经纬度将点源排放直接定位到相应网格，同时根据逐月产品产量信息及调研获得的生产负荷时间变化曲线将年排放量分配到月。其他行业根据排放量计算空间尺度，时空分配过程应按点源和面源分别处理。对于按面源处理的部分，不同行业应选取合适的空间分配代用参数。
[0168]
建材行业应采用农村人口栅格数据；石油化工行业应采用总人口栅格数据；有机化工、无机化工、食品工业、纺织工业应采用城市人口分布栅格数据。采矿业和制造业应采用城市人口栅格数据作为面源空间分配代用参数。油墨印刷和染料印染源优先按照点源进行空间分配，根据印刷厂和印染厂的经纬度直接定位至网格。对于面源排放，应以城市人口栅格数据为权重将最小行政区单元排放分配至网格。时间分配过程基于时间分配系数完成。汽车喷涂、家电涂层等工业产品生产线优先按照点源进行空间分配，根据企业经纬度直接定位至网格。
[0169]
②
农业源
[0170]
氮肥施用排放的空间分配过程按照面源处理，以农田栅格数据作为代用参数。时间分配过程可应用农业源排放时间分配系数将年排放分配到月。畜禽养殖排放的空间分配过程按照面源处理，以农村人口栅格数据作为代用参数。农药使用源应根据代用参数权重法将最小行政区单元排放分配至网格，根据时间分配系数分配至小时。农药使用源排放以农田面积作为代用参数进行空间分配。
[0171]
③
交通源
[0172]
道路移动源排放空间分配按照面源处理，以道路栅格数据作为空间分配代用参数。将每个网格内路网长度占所在清单计算单元道路总长度比例作为权重，将排放量分摊到网格。不同道路类型(高速、国道/快速路、省道/主干道等)具有不同流量和车速特征，可进一步通过交通流调研或交管部门统计数据获得不同道路类型排放空间分配修正系数。道路移动源排放时间分配应基于重庆市主城区典型道路交通流量时变化系数完成，可通过重庆市交管部门获取相关信息。
[0173]
非道路移动源排放空间分配按照面源处理，以人口栅格数据作为空间分配代用参数。其中，工程机械、小型通用机械、柴油发电机组基于城市人口栅格数据分配；农用机械基于农村人口栅格数据分配；船舶和铁路内燃机车基于总人口栅格数据分配。非道路移动源时间分配系数通过对各种非道路机械作业时间抽样调研获取。
[0174]
④
居民生活源
[0175]
污水处理排放时空分配按照点源和面源分别处理。点源应根据污水处理厂经纬度直接定位到相应网格，同时根据逐月污水处理量及调研获得的生产负荷时间变化曲线将年排放量进行分配。面源应根据代用参数权重法将最小行政区单元排放分配到栅格，并应用
时间分配系数计算每月排放量。
[0176]
对于废弃物处理源中污水处理，可采用总人口栅格数据作为面源空间分配代用参数。固体废弃物排放时空分配按照点源和面源分别处理。点源应根据固体废弃物处理厂经度直接定位到相应网格，同时根据逐月固体废弃物处理量及调研获得的生产负荷时间变化曲线将年排放量进行分配。面源应根据代用参数权重法将最小行政区单元排放分配到栅格，并应用时间分配系数计算每月的排放量。
[0177]
对于废弃物处理源中固体废弃物处理一般可采用总人口栅格数据作为面源空间分配代用参数。废气处理排放时空分配按照点源和面源分别处理。点源应根据排污设施经纬度直接定位到相应网格，同时根据逐月燃料消耗量及调研获得的生产负荷时间变化曲线将年排放量进行分配。面源应根据代用参数权重法将最小行政区单元排放分配到栅格，并应用时间分配系数计算每月的排放量。对于废气处理源应采用城市人口栅格数据作为面源空间分配代用参数。
[0178]
对于住宅供热中的空间分配应按照面源处理，以人口栅格数据作为空间分配代用参数。其中，民用源分散供暖锅炉排放的时间分配应按照采暖期各月采暖度日数将年排放分配到采暖期各月。对于其它民用排放源，基于调研获取的数据建立行业、企业、区域时间变化分配函数曲线，并根据排放时间变化曲线计算每月排放量。
[0179]
居民生活的溶剂使用源应以城市人口栅格数据为权重将最小行政区单元排放分配至网格。时间分配过程基于时间分配系数完成。其它溶剂使用源应根据代用参数权重法将最小行政区单元排放分配至网格，根据时间分配参数分配至每月。溶剂使用源排放应以总人口为代用参数进行空间分配。
[0180]
⑤
电力源
[0181]
电力、热力及燃气生产和供应业时空分配按照点源处理，根据遥感数据和排污设施经纬度直接定位到相应网格，同时根据逐月燃料消耗量及调研获得的生产负荷时间变化曲线将年排放量分配到月。
[0182]
(7)建立高精度大气污染物排放清单
[0183]
重庆市网格化排放清单空间分辨率达到0.01
°×
0.01
°
，时间分辨率达到月尺度。高时空分辨率清单应尽可能在第四级排放源层面完成，按照点源和面源分别处理。点源具有明确位置标识，应根据其经纬度坐标将点源排放直接定位在网格；面源需标识到行政区，应采用代用参数权重法将排放分配到网格，并根据时间分配系数分配至月份。
[0184]
(8)对排放清单的不确定性进行分析
[0185]
大气污染物源排放清单是科学、有效、精准地开展空气污染防治工作的基础和前提，然而在清单建立的过程中不可避免的会出现监测误差、随机误差以及关键参数缺乏等不确定性因素。这些不确定性因素会对排放趋势、排放源时空分配以及污染源与空气质量关系产生错误的认知，并可能因此制定错误的大气污染控制策略。因此本发明采用蒙特卡洛模拟法，对排放清单的不确定性进行分析，能够有效甄别重庆市主城区的重要污染源信息，并在整体上评估排放清单的可靠性。具体流程图见图5。
[0186]
首先，确定输入数据的概率分布函数：在活动水平和排放因子的样本库分别抽取随机样本，通过模拟获得包含分布形式、平均值及标准方差三类信息的概率分布函数，以相对标准方差来表达该数据的不确定度。其次是不确定性传递：即应用数学模拟方法将众多
输入数据的不确定性传递演算得到清单的不确定性。采用蒙特卡洛数值分析方法在各数据的个体概率密度函数上选择随机值，计算相应的输出值(即排放量)，重复定义次数(如十万次)，每次计算结果构成了输出值的概率密度函数，当输出值的平均值不再变化时，结束重复计算，得到排放清单整体的不确定度。
[0187]
(9)网格化排放清单检验和修正
[0188]
可将排放清单作为空气质量模型的输入，利用cmaq/camx等空气质量模型进行模拟后，与同时段空气质量观测结果比较，可对排放清单进行间接验证。环境大气的浓度监测数据则包括so2、no2、pm2.5等污染物，另外还可对pm2.5组分进行验证。将观测浓度的均值、时间变化趋势，或者空间分布特征与cmaq/camx等模型模拟结果进行比较，识别二者之间的相似性和差异性，从而对排放清单中可能存在的问题进行识别。此外，还可利用卫星遥感数据，如omi、modis等卫星数据产品，对排放清单结果进行校验。将卫星观测到的no2柱浓度、so2柱浓度、气溶胶光学厚度(aod)等与模型模拟结果进行比较，校验清单可靠性。
[0189]
(10)得到动态化高分辨率大气污染物排放清单
[0190]
在此步骤中，制作重庆市主城区大气污染网格化基准年每月污染形式分析渲染图和基准年每月排放量贡献测算分析报告。
[0191]
结合区域大气污染物排放信息数据，利用java ee和webgis技术开发可视化的大气污染源排放清单管理平台，在友好界面上实现数据的统计、查询、定位等功能。根据各类空气质量数值模型的化学机制的要求，在调控技术平台的基础上，开发不同化学机制的网格化排放清单动态输出模式，实现排放清单与数值模型系统之间的快速对接，最终达到网格化排放清单分月输出。
[0192]
通过模型算法制定重庆市主城区精细化大气污染排放清单，并且所有物种和化学方案符合cb05或saprc99化学反应机制，能够和cmaq模型camx模型和拉格朗日粒子释放扩散模式(lpdm)无缝对接，要求每个网格、每个污染源的主要污染物排放量都有明确的量，污染源分为工业源、农业源、交通源、居民生活源、电力源等5类，物种包括so2、nox、pm10、pm2.5、co、co2、nh3、voc、bc、oc等10类，数据格式为.csv或.txt。
[0193]
s8：定义接口策略，与系统外部的硬件设备、网络结点、软件系统进行交互。
[0194]
图6为本发明的网格化平台的数据流程。以网格化清单功能为示例，示例说明本发明的模块功能触发步骤，以及数据流程。
[0195]
网格化清单功能功能触发步骤：
[0196]
1、用户于平台页面顶部选测区域选择所需查看的排放源(工业源、人为源等)、污染物(pm2.5，pm10等)、时间范围。查询后，前端页面调用后端接口查询数据。
[0197]
2、后端接口接收到前端查询请求后，根据前端传入的参数(排放源、污染物、时间范围)，从业务数据库中，检索出符合筛选条件的数据，并将数据格式化后返回给发送请求的前端页面。
[0198]
3、前端页面接收到后端返回的数据之后，通过arcgis地图插件，将网格数据，网格编号、数值大小等参数，在前端网页地图上渲染出相应的网格化图形展示效果。
[0199]
网格化清单模块经过上述步骤触发后，出现的界面如图7所示。
[0200]
s9：对已开发的网格化平台系统进行测试和优化，形成代码文件和测试报告。
[0201]
s10：在实际环境中运行应用网格化平台系统，对平台系统进行性能、功能、软件易
用性、适用性测试，记录运行情况，对系统持续进行优化。
[0202]
s11：提交网格化平台完成报告，组织用户进行平台验收。
[0203]
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。