本發(fā)明屬于氣體檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種濕地溫室氣體動(dòng)態(tài)可移動(dòng)收集及高精度監(jiān)測(cè)治理系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、雖然隨著節(jié)能減排意識(shí)的提升，環(huán)境污染有很大的改善，但是對(duì)人工濕地而言，監(jiān)測(cè)并控制產(chǎn)生的溫室氣體n2o、co2氣體污染物含量是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。

2、申請(qǐng)?zhí)枮閏n?202420032386.3的中國(guó)專利申請(qǐng)《一種空氣環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置》，提供了一種空氣環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置，包括支撐板和調(diào)節(jié)部，所述調(diào)節(jié)部包括電動(dòng)伸縮桿、放置板、導(dǎo)向桿和限位條，所述電動(dòng)伸縮桿的輸出端設(shè)置所述放置板；所述放置板的上端設(shè)置空氣檢測(cè)儀；所述支撐板的側(cè)端設(shè)置導(dǎo)向孔，所述導(dǎo)向桿的一端貫穿所述導(dǎo)向孔，且所述導(dǎo)向桿沿所述導(dǎo)向孔滑動(dòng)設(shè)置；所述導(dǎo)向孔的外壁設(shè)置限位槽，所述限位條和所述限位槽對(duì)應(yīng)設(shè)置；所述支撐板的側(cè)邊設(shè)置水平部，所述水平部包括橫支板和螺紋桿。本實(shí)用新型提供的一種空氣環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置，便于自動(dòng)進(jìn)行高度的調(diào)節(jié)，且無(wú)需對(duì)儀器反復(fù)安裝拆卸，提高監(jiān)測(cè)工作的效率。該專利提供了氣體監(jiān)測(cè)方法，但是機(jī)器無(wú)法自主移動(dòng)，不能高效連續(xù)地進(jìn)行氣體檢測(cè)。

3、申請(qǐng)?zhí)枮閏n?202320432147.2的中國(guó)專利申請(qǐng)《一種可移動(dòng)的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置》，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種可移動(dòng)的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置，屬于環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，包括底架和降平臺(tái)，底架上固定有立架，監(jiān)測(cè)裝置主體固定于升降平臺(tái)上，升降平臺(tái)通過(guò)升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)其進(jìn)行高度調(diào)節(jié)，升降機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)軸兩端安裝有驅(qū)動(dòng)鏈輪，驅(qū)動(dòng)鏈輪正上方設(shè)置有從動(dòng)鏈輪，驅(qū)動(dòng)鏈輪與從動(dòng)鏈輪通過(guò)鏈條相連，鏈條上固定有安裝梁，升降平臺(tái)背板固定于安裝梁上，該升降平臺(tái)背板上還設(shè)置有導(dǎo)向滑塊，立架上由上至下設(shè)置有導(dǎo)向滑軌，導(dǎo)向滑塊與導(dǎo)向滑軌配合設(shè)置。本實(shí)用新型采用多個(gè)導(dǎo)向滑軌配合鏈輪鏈條驅(qū)動(dòng)，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的同時(shí)，還提高了移動(dòng)的穩(wěn)定性。此外，立架頂部設(shè)置有太陽(yáng)能支架，該設(shè)計(jì)可以選用太陽(yáng)能為升降機(jī)構(gòu)和監(jiān)測(cè)裝置主體供電，節(jié)能環(huán)保。該專利提供了一種可移動(dòng)式氣體測(cè)量方法，但是不能對(duì)人工濕地中n2o和co2進(jìn)行集氣檢測(cè)。

4、申請(qǐng)?zhí)枮閏n?202311553333.2的中國(guó)專利申請(qǐng)《一種濕地大氣污染監(jiān)測(cè)設(shè)》，屬于氣體污染監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，包括集氣橫管和導(dǎo)氣彎管，導(dǎo)氣彎管呈弧形，導(dǎo)氣彎管的兩端分別與集氣橫管的兩端連通，導(dǎo)氣彎管與集氣橫管組合形成半圓形；進(jìn)氣口和換氣口分列位于擋板的兩側(cè)且分別用于集氣橫管在逆轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)氣；導(dǎo)氣彎管的中部連通有氣體監(jiān)測(cè)腔，集氣橫管的中部連接有轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置連接至豎直位移驅(qū)動(dòng)裝置的輸出端，轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)集氣橫管和導(dǎo)氣彎管在兩者形成的半圓形的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，活塞在離心力的作用下朝遠(yuǎn)離擋板的方向滑動(dòng)，活塞將集氣橫管內(nèi)的氣體壓縮至氣體監(jiān)測(cè)腔，然后通過(guò)氣體監(jiān)測(cè)儀對(duì)氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)。采用本發(fā)明設(shè)備，取樣范圍更廣，可以提高大氣污染監(jiān)測(cè)的精度。但是該專利不便于移動(dòng)監(jiān)測(cè)，不能有效測(cè)量人工濕地中n2o和co2含量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種濕地溫室氣體動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)治理系統(tǒng)及其運(yùn)行方法，解決目前溫室氣體采集裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、靈活性差的問(wèn)題，能夠精確檢測(cè)人工濕地溫室氣體n2o和co2的量，適應(yīng)性做出對(duì)人工濕地運(yùn)作參數(shù)的調(diào)控。該種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有操作運(yùn)行方便、監(jiān)測(cè)效率高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

2、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：

3、一種濕地溫室氣體動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)治理系統(tǒng)，包括：殼體組件(1)、輸氣系統(tǒng)(2)、檢控系統(tǒng)(3)、檢測(cè)場(chǎng)地(4)；其中，輸氣系統(tǒng)和檢控系統(tǒng)相連接，兩者均置于殼體組件內(nèi)部；殼體組件(1)底部有滾輪，系統(tǒng)整體可在檢測(cè)場(chǎng)地平移；所述的輸氣系統(tǒng)(2)包括分別針對(duì)溫室氣體co2和n2o的集氣泵、通量檢測(cè)儀、輸送管道、集氣箱和測(cè)量裝置；輸送管道連接至集氣箱內(nèi)，集氣泵和通量檢測(cè)儀設(shè)置在輸送管道上，測(cè)量裝置設(shè)置在集氣箱內(nèi)。

4、其中，殼體組件(1)包括：集氣罩(1-1)、gps定位器(1-2)、可移動(dòng)動(dòng)力源(1-3)、可移動(dòng)滾輪(1-4)、自動(dòng)伸縮定位樁(1-5)；其中，gps定位器(1-2)、可移動(dòng)動(dòng)力源(1-3)安裝于所述集氣罩(1-1)上；自動(dòng)伸縮定位樁(1-5)安裝于所述集氣罩(1-1)底部；可移動(dòng)滾輪(1-4)安裝于所述自動(dòng)伸縮定位樁(1-5)端部；

5、輸氣系統(tǒng)(2)的集氣泵(2-1)安裝于所述集氣罩(1-1)上，與gps定位器(1-2)位置相對(duì)；集氣箱平行布置，輸送管道位于集氣箱上方，并用隔板進(jìn)行分隔

6、檢控系統(tǒng)(3)包括：n2o測(cè)量裝置(3-1)、co2測(cè)量裝置(3-2)、控制箱(3-3)、智能控制器(3-4)和結(jié)果判定器(3-5)；其中智能控制器(3-4)、結(jié)果判定器(3-5)位于控制箱(3-3)內(nèi)；溫室氣體n2o和co2的測(cè)量裝置包括用于檢測(cè)通量的通量檢測(cè)儀及用于檢測(cè)含量的光譜儀，均連接至智能控制器，智能控制器將結(jié)果輸送給結(jié)果判定器，輸出結(jié)果；

7、檢測(cè)場(chǎng)地(4)包含人工濕地(4-1)和植物(4-2)。

8、一種濕地溫室氣體動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)治理系統(tǒng)的運(yùn)行方法，步驟如下：

9、步驟一：gps定位器(1-2)根據(jù)所需測(cè)量面積，智能尋找監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，定位信息傳送至智能控制器(3-4)，智能控制器(3-4)輸送信息至可移動(dòng)動(dòng)力源(1-3)和自動(dòng)收縮定位樁(1-5)，可移動(dòng)動(dòng)力源(1-3)啟動(dòng)；借助可移動(dòng)滾輪(1-4)達(dá)到指定位置，自動(dòng)伸縮定位樁(1-5)鎖定可移動(dòng)滾輪(1-4)，并在人工濕地(4-1)中定位；

10、步驟二：co2和n2o分別經(jīng)過(guò)輸送管道輸送至集氣箱，測(cè)量裝置檢測(cè)得到實(shí)時(shí)co2產(chǎn)氣量vc1、vc2、…、vcn，實(shí)時(shí)溫室氣體co2監(jiān)測(cè)濃度c1、c2、…、cn，以及實(shí)時(shí)n2o產(chǎn)氣量vn1、vn2、…、vnn，實(shí)時(shí)溫室氣體n2o監(jiān)測(cè)濃度n1、n2、…、nn，其中，n為測(cè)量裝置的個(gè)數(shù)。檢測(cè)的數(shù)據(jù)傳送至智能控制器(3-4)，智能控制器計(jì)算得到各點(diǎn)位溫室氣體co2的實(shí)時(shí)產(chǎn)量wc,i，以及溫室氣體n2o的實(shí)時(shí)產(chǎn)量wn,i：

11、wc,i＝ci×vci×10-3

12、wn,i＝ni×vni×10-3

13、根據(jù)下式得到被測(cè)溫室氣體的co2的平均產(chǎn)量wc,ave，以及溫室氣體n2o的平均產(chǎn)量wn,ave：

14、

15、式中：n-測(cè)量裝置的個(gè)數(shù)；

16、進(jìn)一步計(jì)算得到人工濕地溫室氣體co2和n2o的總產(chǎn)量wc,total和wn,total：

17、wc,total＝wc,ave×s

18、wn,total＝wn,ave×s

19、式中：s-人工濕地的面積，m2。

20、步驟三：智能控制器(3-4)將上述數(shù)據(jù)分析后傳輸給結(jié)果判定器(3-5)；結(jié)果判定器(3-5)首先對(duì)溫室氣體n2o和co2的平均產(chǎn)量進(jìn)行判定：若wc,ave>wc,ave′或wn,ave>wn,ave′，表明單位面積溫室氣體n2o或co2產(chǎn)量過(guò)高，需對(duì)進(jìn)水進(jìn)行稀釋，稀釋比為反正，則維持原進(jìn)水濃度。

21、式中：wc,ave′、wn,ave′-人工濕地溫室氣體n2o和co2的平均產(chǎn)量的上限，mg，根據(jù)人工濕地的建設(shè)要求取值；

22、同時(shí)結(jié)果判定器(3-5)首先對(duì)溫室氣體n2o和co2的總產(chǎn)量進(jìn)行判定：若wc,total>wc,total′或wn,total>wn,total′，表明人工濕地的負(fù)荷過(guò)高，需降低人工濕地的進(jìn)水量，比例為反正，則維持原進(jìn)水濃度。

23、式中：wc,total′、wn,total′-人工濕地溫室氣體n2o和co2的總產(chǎn)量的上限，mg，根據(jù)人工濕地的建設(shè)要求取值；

24、步驟四：監(jiān)測(cè)完成后，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，檢控系統(tǒng)(3)的控制箱(3-3)發(fā)送信號(hào)至gps定位器(1-2)，并控制測(cè)量裝置移動(dòng)至下一時(shí)刻的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，而后返回步驟二。

25、其中，步驟一中，采用網(wǎng)格法劃分人工濕地的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，具體操作步驟為：

26、在人工濕地長(zhǎng)a、寬b兩個(gè)方向按照以下規(guī)則一至規(guī)則三設(shè)置網(wǎng)格線；

27、規(guī)則一：若a或b＜30m，則在長(zhǎng)度或者寬度的中點(diǎn)處劃分1條網(wǎng)格線；

28、規(guī)則二：若a或b位于30-60m范圍內(nèi)，則在長(zhǎng)度方向的1/3、2/3位置處各劃分1條網(wǎng)格線；

29、規(guī)則三：若a或b＞60m，則從長(zhǎng)度方向的中點(diǎn)處開(kāi)始，每隔20m劃分一條網(wǎng)格線。

30、步驟二中，實(shí)時(shí)溫室氣體co2監(jiān)測(cè)濃度c1、c2、…、cn，以及實(shí)時(shí)n2o監(jiān)測(cè)濃度n1、n2、…、nn由下式計(jì)算得到：

31、

32、

33、式中：fg-氣體通量，mg·m-2·h-1；t-扣箱后的時(shí)間，s；t0-標(biāo)準(zhǔn)狀況下的溫度，273k；p0-標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣壓，101325pa；a-集氣箱底面積，m2；vq-集氣箱氣室體積，m3；t-采樣時(shí)的溫度，k；p采樣時(shí)的氣壓，pa；

34、其中，氣體通量的計(jì)算方法如下：

35、

36、式中：h-集氣箱的高度，m；ρc、ρn-溫室氣體co2和n2o的密度，g·m-3；c-箱內(nèi)氣體的體積分?jǐn)?shù)，×10-9；t-扣箱后的時(shí)間，s；

37、步驟3中，在t+1時(shí)刻，相較于t時(shí)刻，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的移動(dòng)方向根據(jù)以下規(guī)則確定：

38、設(shè)置各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位在t時(shí)刻的位置為：

39、

40、式中：-第i個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位在長(zhǎng)邊方向上距離原點(diǎn)的距離，m；-第i個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位在短邊方向上距離原點(diǎn)的距離，m；

41、并賦予每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的初始速度：

42、

43、式中：-第i個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位在長(zhǎng)邊方向上移動(dòng)速度，m/s；-第i個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位在短邊方向上移動(dòng)速度，m/s；

44、并計(jì)算t時(shí)刻各點(diǎn)位的適應(yīng)值：

45、fi,t＝acwc,i,t+anwn,i,t

46、式中：wc,i,t-點(diǎn)位i在t時(shí)刻溫室氣體co2的實(shí)時(shí)產(chǎn)量，mg；wn,i,t-點(diǎn)位i在t時(shí)刻n2o的實(shí)時(shí)產(chǎn)量，mg；ac、an-co2和n2o的權(quán)重，取值范圍均為0-1，且滿足ac+an＝1。

47、在t+1時(shí)刻，更新每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的位置：

48、

49、式中：δt-t時(shí)刻與t-1時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，s

50、并更新每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的速度：

51、

52、式中，fa+1,t-在長(zhǎng)邊a方向上，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位i緊鄰的距原點(diǎn)較遠(yuǎn)側(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位監(jiān)測(cè)所得到的適應(yīng)值，mg；fa-1,t-在長(zhǎng)邊a方向上，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位i緊鄰的距原點(diǎn)較近側(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位監(jiān)測(cè)所得到適應(yīng)值，mg；fb+1,t-在短邊b方向上，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位i緊鄰的距原點(diǎn)較遠(yuǎn)側(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位監(jiān)測(cè)所得到適應(yīng)值，mg；fb-1,t-在短邊b方向上，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位i緊鄰的距原點(diǎn)較近側(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位監(jiān)測(cè)所得到適應(yīng)值，mg；k3為加速度常數(shù)，取0-1m/(s*mg)；

53、更新后將數(shù)據(jù)反饋至各殼體組件(1)的gps定位器(1-2)。

54、有益效果：相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)人工濕地中n2o和co2同時(shí)高精度檢測(cè)，具有結(jié)果準(zhǔn)確、智能化、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有操作運(yùn)行方便、監(jiān)測(cè)效率高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，給人工濕地運(yùn)行情況提出了指導(dǎo)。