β射线法大气颗粒物监测仪常见数据异常现象故障分析.pdf

第期气 象 水 文 海 洋 仪 器N o 年月M e t e o r o l o g i c a l,H y d r o l o g i c a l a n dM a r i n e I n s t r u m e n t sJ u n 收稿日期:基金项目:江苏省气象局面上科研项目(KM )资助作者简介:尹立(),男,硕士研究生主要从事气象数据监测、数据挖掘和机器学习等技术研究工作射线法大气颗粒物监测仪常见数据异常现象故障分析尹立,乔贺,徐进,周红根,王大鹏,张逸扬(江苏省气象探测中心,南京 )摘要:为了提高大气颗粒物数据观测质量,缩短颗粒物浓度异常数据出现时间,文章对射线法大气颗粒物监测仪监测出的异常数据进行分类研究,并针对常见的观测数据异常现象如颗粒物浓度值突破最大允许值或最小允许值、数据“倒挂”,以及数据不正常波动等,分析对应的故障原因,为总结故障排除方法提供依据.关键词:大气颗粒物;数据异常;数据“倒挂”;故障分析中图分类号:P 文献标识码:B文章编号:X()F a u l t a n a l y s i so f c o mm o nd a t aa n o m a l i e so f r a ya t m o s p h e r i cp a r t i c u l a t em a t t e rm o n i t o rY i nL i,Q i a oH e,X uJ i n,Z h o uH o n g g e n,W a n gD a p e n g,Z h a n gY i y a n g(J i a n g s uM e t e o r o l o g i c a lD e t e c t i o nC e n t e r,N a n j i n g )A b s t r a c t:I no r d e rt oi m p r o v et h ed a t ao b s e r v a t i o nq u a l i t yo fa t m o s p h e r i cp a r t i c u l a t e m a t t e ra n ds h o r t e nt h eo c c u r r e n c e t i m eo fa n o m a l yd a t ar e g a r d i n gt h ep a r t i c l ec o n c e n t r a t i o n,t h i sp a p e rc l a s s i f i e sa n ds t u d i e st h ea n o m a l yd a t am e a s u r e db y r a ya t m o s p h e r i cp a r t i c u l a t em a t t e rm o n i t o r A sf o rt h ea n o m a l yp h e n o m e n ao f c o mm o no b s e r v a t i o nd a t a,s u c ha st h ec o n c e n t r a t i o no fp a r t i c l e se x c e e d i n gt h em a x i m u mo rm i n i m u mp e r m i t t e dv a l u e,d a t a“i n v e r s i o n”a n d i r r e g u l a r v a r i a t i o no f d a t a,i t a l s oa n a l y z e st h ec o r r e s p o n d i n gf a u l t c a u s e s,p r o v i d i n gb a s i s f o r t h es u mm a r i z a t i o no f t r o u b l e s h o o t i n gm e t h o d s K e yw o r d s:a t m o s p h e r i cp a r t i c l e s;d a t aa n o m a l y;d a t a i n v e r s i o n;f a u l t a n a l y s i s引言随着中国对气候变化和生态环境重视程度的不断提高,大气成分观测已经成为气象工作的一项重要内容.大气颗粒物浓度直接影响着空气质量,提升大气颗粒物观测数据质量具有非常重要的现实意义.当大气相对湿度高及空气流动性差时,大气颗粒物监测仪监测出的颗粒物质量浓度数据容易产生“倒挂”现象.为此文章通过分析颗粒物质量浓度数据,研判大气颗粒物监测仪是否发生故障并及时修复故障,可以提升大气颗粒物观测数据质量,保证观测效率.大气颗粒物监测仪工作原理蓝盾生产的第代射线法大气颗粒物监测仪主要包括部分:监测仪主机、切割机、采样系统和动态加热系统(以下简称DH S).监测仪利用C 作为辐射源,根据射线法原理,用抽气泵第期尹立,等:射线法大气颗粒物监测仪常见数据异常现象故障分析抽取恒定的气流,通过切割机分离颗粒物,再通过辐射源和探测器之间的滤纸带,使颗粒物残留在滤纸表面,抽气前后射线穿过滤纸的强度会发生变化,可以测算滤纸表面残留的颗粒物质量.最后通过公式计算,可以得到空气中固体颗粒物的质量浓度.单位体积空气中颗粒物质量浓度计算公式如式()所示:SQ tl nII()式中,为质量浓度(单位:g/m);S为穿过滤纸气体截面积(单位:c m);为质量吸收系数(单位:c m/g);Q为采样流量(单位:L/m i n);t为采样时间(单位:m i n);I为通过沉积颗粒物滤纸的射线强度(单位:S v);I为通过空白滤纸的射线强度(单位:S v).常见的数据异常类型 颗粒物质量浓度数据波动较大出现异常值常见的数据异常有数据“倒挂”、数据突破极值,以及数据不正常波动.数据“倒挂”是单站相同类型的大气颗粒物监测仪在同一时刻产生的数据,PM 质量浓度值大于PM 质量浓度值.PM 是指可吸入颗粒物,其环境中的空气动力学直径 m;PM 是指细颗粒物,其环境空气中的空气动力学直径 m.理论上PM 质量浓度值大于PM 质量浓度值不成立,而大气颗粒物监测仪监测数据中却出现PM 质量浓度值大于PM 质量浓度值,这种现象称为“倒挂”.数据突破极值是指大气颗粒物监测仪生成的颗粒物质量浓度值突破规定的数值范围.规定生成的颗粒物质量浓度值在 g/m,数据突破极值时会出现负质量浓度值或质量浓度值超过 g/m.数据不正常波动是非周边环境影响而导致的颗粒物质量浓度值异常现象.某一时刻前后颗粒物质量浓度值波动幅度较大,不能如实反映周边环境空气质量.颗粒物质量浓度值h及以上无变化当大气颗粒物监测仪发生未知故障时,会出现颗粒物质量浓度值无变化的现象.颗粒物质量浓度值保持恒定不变持续h及以上时,需要检查大气颗粒物监测仪是否正常工作.单站报文未上传导致数据缺失单站报文未上传将直接导致大气颗粒物数据缺失,因此要保证报文数据能够准确及时上传到指定位置.常见数据异常故障分析颗粒物质量浓度数据出现异常值的原因包括以下几个方面:)流量波动异常.流量控制器工作异常、环境温度和大气压采集错误、抽气管线路连接不正常、探测器故障以及切割器未清洗等都会引发流量波动,从而导致颗粒物质量浓度数据异常.)DH S异常工作.加热器,P T 或DH S电源异常会导致DH S不能正常工作或启动,从而导致数据异常.)流量不变化.造成流量不变化的原因可能是气泵不能正常工作.此时需检查气泵电源接线和电源电压是否正常,检查主机后面板的继电器是否损坏.)滤纸带异常.滤纸带异常是指大气颗粒物监测仪正常工作时,滤纸带未按照出厂设定的工作状态走纸.造成滤纸带不能正常走纸的原因可能有压紧滚轮没有放下、滤纸带未正确安装、左右滤纸带压纸盘没有适度拧紧、左侧转盘滤纸带脱落、不紧或滤纸带断裂等.)报文未正确上传至指定位置.可能的原因有主机未正确开机、通信异常,以及业务软件未能正常运行等.结束语大气颗粒物监测仪监测数据异常现象比较常见,总体来说异常的颗粒物质量浓度值与测量的方式有关.由此可分析出监测仪出现故障的原因,从而迅速定位故障点,在尽可能短的时间内使数据恢复正常.今后的工作重点是研究数据异常排查算法,智能检测异常数据,准确定位故障部位,提高大气颗粒物监测设备保障效率.参考文献:董文雯环境空气中总悬浮颗粒物对人体身心健康的影响研究J环境科学与管理,():郑荣华,陈进生,徐玲玲,等沿海城市PM 和PM 自动监测过程中质量浓度“倒挂”现象分析与成因探讨J中国环境监测,():