环境监测技术的应用现状及发展趋势

第一篇：环境监测技术的应用现状及发展趋势

环境监测技术的应用现状及发展趋势

摘要：在环境问题日益严峻和环境保护工作不断深入的今天，环境监测技术成为了影响环保工作开展的重要因素。利用现代环境监测技术对污染物进行准确、及时的监测和分析，对实现环境污染的预防和控制具有重要的现实意义。本文通过对现有研究结果的分析，总结了环境监测技术的应用现状，3S技术、生物技术、信息技术、物理化学科学技术在水、大气、土壤等环境介质的污染物监测中应用广泛。同时，本文对环境监测技术的未来发展趋势进行了探讨，将向着以有机污染物作为监测的主要目标、监控介质范围扩大、监测分析精度痕量化、分析技术快速化、实验室管理系统应用广泛化的方向发展。关键词：环境监测；环境保护；技术；污染

Application Status and Development Trends of Environmental

Monitoring Technology Abstract：Today, environmental problems are increasingly serious and environmental protection workis deepening, and environmental monitoring technology has become an important factor affecting the environmental work to carry out.Using modern environmental monitoring technology to monitor and analyze the pollutants accurately and timely has important practical significanceto prevent and control the environmental pollution.By analyzing the results of existing studies, this paper summarizes the application status of the environmental monitoring technology.3S technology, biotechnology, information technology, physical and chemical science and technology are widely used in the monitoring of contaminants in water, air, soil and other environmental media.At the same time, this paper discusses the development trends of environmental monitoring technology, it will be toward to regard the organic pollutants as the main monitoring targets, expand the scope of monitoring media, analyze to achieve mark quantization, analyze fast, and use the laboratory management system widely in the direction of development.Key words： Environmental monitoring；Environmental protection；Technology；Pollution 引言

近年来，随着经济的快速发展，环境问题日益严峻，环境问题和人民生产生活息息相关，保护环境刻不容缓。环境监测不仅是加强环境监督与管理的重要手段，也是保护环境的前提和基础。随着环境问题的不断凸显，政府及社会各界不断地提高环境保护意识，从而对环境监测技术提出了更高的要求。因此，分析总 结当前环境监测技术的应用现状并在此基础上探讨其未来的发展趋势是十分必要的，具有很强的现实意义和重大的战略意义。

本文简要介绍了环境监测的内涵、作用及发展历史，总结分析了环境监测技术的应用现状并对其发展趋势进行了探讨，为今后环境监测工作的开展提供了更多的分析资料，促进环境监测技术的开发与完善，对实现人类的可持续发展具有重要的意义。环境监测概述

2.1 环境监测的内涵及作用

环境监测(Environmental Monitoring)是环境科学和环境工程的重要组成部分，是在环境分析的基础上发展起来的一门学科。它是指运用各种分析、测试手段，对影响环境质量因素的代表值进行测定，确定环境质量(或污染程度)及其变化趋势，从而为开展环境工作提供服务的活动。

环境监测的目的是运用现代科学方法，对人类赖以生存的环境质量进行定量描述，用监测数据来表示环境质量受损程度，准确、及时、全面地反映环境质量现状及发展趋势，为环境管理、污染源控制、环境规划提供科学依据，进而保护人类正常生存与发展。具体有以下几个方面[1]：对污染物及其浓度(强度)作时间和空间方面的追踪，掌握污染物的来源、扩散、迁移、反应、转化，了解污染物对环境质量的影响程度，并在此基础上对环境污染作出预测、预报和预防；了解和评价环境质量的过去、现在和将来，掌握其变化规律；收集环境背景数据、积累长期监测资料，为制订和修订各类环境标准、实施总量控制、目标管理提供依据；实施准确可靠的污染监测，为环境执法部门提供执法依据；在深入广泛开展环境监测的同时，结合环境状况的改变和监测理论及技术的发展，不断改革和更新监测方法与手段，为实现环境保护和可持续发展提供可靠的技术保障。

环境监测在人类防治环境污染，解决现存的或潜在的环境问题，改善生活环境和生态环境，协调人类和环境的关系，最终实现人类的可持续发展的活动中，起着举足轻重的作用。

环境监测的对象大致分为以下两种：一种是自然环境，包括水源、大气、土 壤等；另一种是人文环境，包括固体废弃物、环境生物、噪音、放射性物质等。环境监测通常包括背景调查、确定方案、优化布点、现场采样、样品运送、实验分析、数据收集、分析综合等过程。

2.2 环境监测的发展历史

20世纪50年代，针对发达国家不断发生的化学毒物造成的严重环境污染事故，对环境样品进行化学分析以确定其组成和含量的环境分析便成为这个阶段环境监测的主要特征。自20世纪60年代末开始，环境监测逐渐引入物理的、生物的手段，这一时期的监测工作以对污染源的监督性监测为主要特征。自20世纪70年代中期以来，发达国家把环境监测焦点从对污染源监控转移到环境质量监控上来，使环境监测范围发展到面源污染及区域性环境质量方面。20世纪80年代初，发达国家相继建立了自动连续监测系统和宏观生态监测系统，并借助地理信息系统技术、遥感技术和全球卫星定位系统技术，连续观察空气、水体污染状况变化及生态环境变化，预测预报未来环境质量，扩大了环境监测范围，提高了监测数据的获取、处理、传输、应用的能力，为环境监测动态监控区域环境质量乃至全球生态环境质量提供了强有力的技术保障，极大促进了环境监测的现代化发展，实现了监测的实时性、连续性和完整性。

我国环境监测起步较晚，经过30多年的发展，现已发展到物理监测、生物监测、生态监测、遥感、卫星监测，从间断性监测逐步过渡到自动连续监测。监测范围从一个断面发展到一个城市、一个区域乃至全国。一个以环境分析为基础，以物理测定为主导，以生物监测、生态监测为补充的环境监测技术体系已初步形成[2]。环境监测技术的应用现状

3S技术、生物技术、信息技术、物理化学科学等现代化监测技术已被广泛应用于大气环境监测、水资源调查评价等监测工作。3.1 3S技术在环境监测中的应用

3S技术是以遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)为基础，将这三种独立技术与其他高新技术有机地构成一个整体而形成的一项新的综合技术，它集信息的获取、处理和应用于一身，凸显信息获取与处理的高速、实时与应用中的高精产度、可定量化等方面的优点[3]。3.1.1 3S技术在水资源管理中的应用

当前国内外3S的技术在水资源的调查与评价上的应用是非常广泛的。其主要应用在流域水文模拟、水资源评价、生态环境变迁分析、生态耗水变迁分析、监测水体沼泽、监测水体富营养化等等[4]。在水质遥感监测方面，近几年来，对构成水的质量的一些要素进行定量监测的研究有了一定的进步，这些要素包括浑浊度、总悬移质泥沙含量、pH值、总含氮量等等。

卫星遥感监测技术已经广泛应用于海洋环境监测，并取得良好成效。一般陆地卫星的多光谱扫描仪是用于沿海悬浮泥沙含量和其扩散状态的监测；用于工业排污与生活污水的监测。在1972—1977年间出现了3次大范围海上溢油问题，采用海洋水色成像仪与沿岸带水色扫描仪用于悬浮物浓度或者海域叶绿素的分析，实现全天24小时的海洋油污实时监测，具体监测溢油的分布范围、油膜厚度、移动扩散状况和溢油量等。3.1.2 3S技术在湿地研究中的应用

(1)3S技术在湿地资源动态变化监测中的应用。

运用多时相、多平台的遥感动态变化监测技术及时获取湿地的动态信息，通过地理信息系统技术的空间分析功能和数据管理功能对遥感技术获取的湿地信息进行实时更新，可以获得湿地的动态变化情况[5]。

(2)3S技术在湿地制图中的应用。

迄今，中国、加拿大和爱沙尼亚等国已经出版了国家沼泽湿地图。中国运用3S技术还编制了不同比例尺的湿地景观生态图[6]；完成了黄河三角洲1：5万和1：10万地图的编制[7]等。3.1.3 3S技术在土壤环境监测中的应用

过土壤波谱分析，应用高光谱遥感数据能较好地探测土壤表层或浅表层的性状，并且结合相应的野外采样测量或实地观察建立起各种不同类型的分析模型，对土壤机械组成、酸碱度、水、养分含量、矿物质等参量、土肥状况等实现定量观测[8]。自2003年起，中国科学院在高光谱遥感技术的支持下对青藏高原地区2003—2010年表层土壤水分进行了成功反演[9]，从而为脆弱生态区土壤环境的监测奠定了基础。

为了保护土壤，防止土壤侵蚀面积不断扩大，美国农业部自然资源保护局运用3S技术开展全国土壤资源调查，并且进行小流域调查与制图。在此基础上，美国国家土壤侵蚀研究实验室建立了诸如土壤侵蚀方程、评价土壤侵蚀模型、水蚀预报模型、风蚀预报系统等[10]，从而为各种情况下土壤侵蚀预测和评价提供技术和方法支持。

此外，在草地、森林等生态系统相关领域的环境监测中，3S技术都在发挥着重要的作用。

3.2 生物技术在环境监测中的应用

随着生物技术的迅猛发展，以现代生物技术为代表的高新技术在环境科学中得到了越来越广泛的应用。现代生物技术是以DNA重组技术的建立为标志的多学科交叉的新兴综合性技术体系，它以分子生物学、细胞生物学、微生物学、遗传学等学科为支撑，与化学、化工、计算机、微电子和环境工程等学科紧密结合和相互渗透，极大地丰富了各学科的内涵，推动了科学理论和应用技术的发展。

现代生物技术正被利用或嫁接到环境监测领域，构成了现代生物监测技术。目前，在环境监测领域，应用比较广泛的有生物大分子标记物检测技术和PCR(多聚酶链式反应)技术，此外，当今研究和应用比较广泛的生物技术还有单细胞凝胶电泳、生物传感器、酶联免疫技术等。3.2.1 生物大分子标记物检测技术

生物大分子标记物监测技术可以在分子水平阐述分子适应等生态问题的机制，具有预警性和广泛实用性的特点，有助于更好地揭示生物与环境之间的相互作用机制，为污染环境的生物修复提供理论依据。主要的生物大分子标记物及其检测技术有核酸分子损伤检测技术、报告基因标记技术、DNA芯片技术、酶分子标记物检测、金属硫蛋白的检测、抗氧化剂防御系统的检测等。3.2.2 PCR技术

多聚酶链式反应(简称PCR)技术是在体外合成特异性DNA片段的方法，其原理类似于生物体内DNA的复制。通过选择生物的一段特异性基因进行体外扩增，再由凝胶电泳等DNA分析技术确定其种类及含量。近年来，依据PCR分析突变的相关技术进展很快，主要有[3]：寡核苷酸探针杂交；DNA直接测序；限制性内切酶图谱；变性梯度凝胶电泳等。

作为最现代的生物技术之一的PCR技术，具有快速、灵敏、准确、简便、特异性强的特点，可以针对某种或某几种致病微生物作出检测判断，因此在水环境微生物检测中应用越来越广泛。

Tay等[11]利用特异性16S rDNA 引物扩增两种甲苯降解菌。荧光定量PCR 结果显示：自养黄色杆菌和分枝杆菌在甲苯污染地区的数量比非污染地区的高，这与先前调查结果一致。但自养黄色杆菌只在污染地区夏季有相对短暂的繁盛，而分枝杆菌超过5个月时数量仍很高，表明了分枝杆菌在甲苯降解方面比想象的更为重要[12]。

Cummings等[13]通过荧光定量 PCR 技术监测了沿湖泊重金属污染浓度梯度中还原铁离子泥土杆菌家族的丰度与分布。结果表明其分布相对均匀，泥土杆菌家族的分布不受重金属离子浓度的影响。

何闪英等[14]为建立快速、准确鉴定和定量检测赤潮生物的方法，以圆海链藻为例，以其中18S rDNA序列为寻找种特异性引物的靶区域，通过分析 18S rDNA 序列，设计出适合用于荧光定量PCR的引物与探针，并通过常规PCR验证确定其特异性，进而以圆海链藻荧光定量PCR的引物和探针，建立了定量检测圆海链藻的实时荧光定量PCR检测方法。与传统的显微镜计数方法比较，两 者所获结果无显著性差异，证明了本方法的可行性，从而为我国沿海水域赤潮问题的研究提供了良好的技术检测途径。

变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术在微生物群落多样性和种群动态监测中得到广泛使用[15]。赵兴青[16]等从玄武湖、莫愁湖和太湖沉积物中直接提取微生物总 DNA，然后通过 DGGE技术指纹图谱来分析湖泊表层沉积物中微生物群落结构的差异性，结合条带回收、扩增、序列测定，从而了解不同湖泊和相同湖泊不同位点的微生物群落结构的多样性。3.2.3 其他生物技术

单细胞凝胶电泳(SCGE)，即彗星试验是一种通过检测DNA链损伤来判别遗传毒性的技术。环境中的遗传毒物浓度一般很低，而彗星试验检测低浓度遗传毒物具有高度灵敏性，所研究的细胞不需要处于有丝分裂期。同时，这种技术只需要少量细胞[17]。Mirjana Pavlica等[18]用暴露在五氯苯酚(PCP)中的淡水蚌类血细胞进行彗星试验，观察血细胞中DNA损伤程度。在进行实验室实验和原位实验后，发现高浓度的 PCP(80g/L)会引起血细胞中DNA断裂，表明用彗星试验检测DNA损伤能够监测水体中的PCP污染。

生物传感器[19]是将生物学、化学和物理学融为一体的一种新装置，可以根据生物的酶、亚细胞器以及细胞或组织对污染的反应，将其转换为电信号，通过放大系统显示，再用计算机系统处理检测信号，实现自动化监测。目前，这种生物传感器技术可以对水质的BOD进行快速监测。

3.3 信息技术在环境监测中的应用

随着计算机、网络等现代信息技术在各领域应用的不断深入，信息技术已经被广泛应用于环境监测中。3.3.1 无线传感器网络技术

环境监测应用中无线传感器网络属于层次型的异构网络结构，最底层为部署在实际监测环境中的传感器节点。向上层依次为传输网络、基站，最终连接到网络。通过该技术能够将监测的数据传送到数据处理中心，监护人员(或用户)可以 通过任意一台连入网络的终端访问数据中心，或者向基站发出命令。

许妍等[20]研究的基于无线传感器网络技术的农田灌溉系统可实现对农田土壤的湿度、温度等参数的在线监测和实时控制，从而提高了农业生产效率。3.3.2 PLC技术

可编程逻辑控制器(PLC)是集自动化技术、计算机技术和通信技术于一体的新一代工业控制装置，在结构上对耐热、防尘、防潮、抗震等都有精确考虑，在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施，非常适用于条件恶劣的户外及工业现场[21]。此外，可以用于雨水的远程监测，对于农业生产及防洪抗旱有着积极的意义，还可以对河水水位、流速、水质的测量实现远程监视。

3.4 物理化学科学在环境监测中的应用

近年来，由于高分子化学、分析化学、物理科学等科学的不断发展与完善，物理化学科学在环境监测中有了较为广泛的应用。3.4.1 动态膜压法监测技术

动态膜压法的理论基础是Gibss用热力学的方法推导出的吸附公式，该方法不需要对水样进行预处理，不同性质、不同浓度的有机成膜分子可以得到不同的动态膜压图谱，有效地将成膜分子的状态、结构及分子间的相互作用等反应出来。并且不需要添加任何化学试剂，无二次污染，外界干扰因素小，测定速度快，灵敏度高。用此法可对受污染水体以及其他未知天然水系的微表层进行研究[22]。3.4.2 DOAS技术

差分光学吸收光谱技术(DOAS)的工作原理是利用分子的窄带吸收光谱来辨别气体的成分，通过其吸收谱的强度推导被测气体的浓度，其理论基础是朗伯比尔定律。DOAS系统通过一系列优化的数据处理流程和环节，可以成功地监测大气中多种气体成分的浓度。此外，物理化学方法如电感耦合等离子体质谱(ICP—MS)法、激光熔蚀法(LA)、氢化物发生法(HG)、偏振能量色散X射线荧光光谱法等在土壤样品分析，尤其是痕量元素的测定及分析中得到较广泛的应用[23]。环境监测技术的发展趋势

环境监测技术经过几十年的发展，在实践中发挥着重要的作用。随着社会的发展，环境监测技术也在进一步的发展，从目前环境监测技术的发展来看，未来的发展趋势主要表现在以下几方面。

4.1 以有机污染物作为在线监测的主要目标

通过对大量的研究数据和结果的分析可以了解到，目前有机污染物的污染十分严峻，而且这些有机污染物都有毒有害。因此，对有机污染物进行监测已经成了当前的一项重要任务。所以，今后需要适时的、全面的、系统的开展有机污染物的监测工作，及时有效地将环境中的有机污染物监测出来。

4.2 扩展监控介质范围，对有毒有害物质进行全面监控

多环芳烃类、多氯联苯类以及某些重金属有毒污染物会在一定的外界条件影响下，在不同的环境介质如大气、水、沉积物中迁移、转化和积累，因此，需要对多种环境介质进行监控，实现对有毒有害物质的全面监测，保证人类健康和环境安全。

4.3 运用痕量分析，提高监测分析精度

环境中的许多有毒有害物质，尽管其浓度很低，但是会对人体造成巨大的伤害。因此，有必要发展和使用痕量和超痕量分析技术，进一步提高监测的精度，全面掌握受污染的状况，以便采取有效措施，预防和控制污染物对人体和环境的危害。4.4 监测分析器小型化，现场快速分析技术得到普及

在环境管理的实践中，往往需要对一些污染事故的现场进行监测，包括污染物排放源和现场污染情况等，这就需要对污染进行定性和分析，及时分析出某种污染物的类别、构成或浓度，因此，有必要发展和使用现场快速分析技术，以便能够更加有效的对现场污染进行监测，而监测仪器的小型化也为其提供了物质保障。

4.5 实验室管理系统将得到广泛应用

使用实验室管理系统(LIMS)，能够进一步提高实验室的管理水平，提高实验室采集数据和分析数据的自动化程度，减少人为因素的干预，进一步确保数据的原始性和准确性。从而达到降低成本，规范数据分析的目的，促进数据分析工作的流程化。还可以加深管理人员对实验室基本情况的认识和了解，及时发现不符合规定的管理行为，并积极采取措施加以改进，从而规范实验流程，提高数据的可靠性，降低实验室的运行成本，提高工作效率。小结

环境监测技术能够为环境保护提供科学合理的依据，对防治环境污染，加强环境保护有着重要的现实意义。环境监测技术的发展不是一朝一夕的事情，需要一代人甚至几代人的不断努力。只有了解环境监测技术的现状，坚持不懈地完善环境监测技术，才能保证环境监测的可靠性。在今后的工作实践中，我们需要重视环境监测技术的运用，加大资金投入，进一步规范环境监测的各项工作，提升监测技术、更新监测设备、提高监测人员的综合素质，建立健全完善的环境监测体系，推动环境监测工作的进一步发展，从而实现人类的可持续发展。参考文献

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第二篇：环境监测技术的应用现状及未来发展

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环境监测技术的应用现状及未来发展

环境监测技术的应用现状及未来发展

摘 要：本文首先介绍了环境监测的内涵、作用及其对象，在此基础上重点介绍了生物技术和3S技术等现代监测技术，并结合当前我国环境特点分析了未来环境监测技术的发展趋势。

最近今年，我国资源、环境危机进一步加剧，环境污染蔓延趋势加剧，持久性有机污染物（POPs）和新污染物质的危害逐渐凸显，我国的环境风险进一步加剧，在此背景下，加强环境监管和生态环境应急预警体系的建设正成为政府环保工作的重中之重[1]。众所周知，环境监测是环境管理的重要手段和环境决策的技术基础，因此，发展现代环境监测技术对我国环境保护和管理工作具有实际意义。本文结合我国环境监测现状，重点探讨了环境监测的内涵、应用和发展趋势。

一、环境监测的内涵

众所周知，环境监测是环境执法、环境质量现状和变化趋势评价的重要手段之一，其英文翻译为“monitor”，原指监视、监控之意，但随着我国环境污染的不断加剧，广义的环境监测包括对环境污染和环境质量等的监测。

1.环境监测的内涵

所谓环境监测，即通过对数据的研究和评估，探讨环境污染源及其变化趋势，描述环境受污染的程度，全面、准确、及时的反映环境现状及其发展趋势。

2.环境监测的作用

环境监测有助于环境污染的防治以及环境的改善，有助于协调环境和人类社会的关系，是环境执法的依据和重要手段，更是环境管理、规划与决策的重要科学依据。

3.环境监测的对象

按照介质不同，环境监测对象可大致分为水质污染监测、生物污染监测、大气污染监测、土壤及固体废弃物监测等几大类。

二、环境监测技术的应用现状

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我国环境监测技术虽起步较晚，但发展较快，总体呈现以下特点：①环境监测由单一分析发展到多种技术手段监测；②环境监测由断续性监测发展到全自动监测；③环境监测完成了方法、制度和体系的建设；④监测技术正朝着现代化，监测手段也朝着自动化和系统化的方向不断发展，目前，生物技术、3S技术和信息技术正成为我国环境监测的主流技术[2,3]。

生物技术主要分为生物大分子标记物检测技术和PCR技术。其中前者主要包括生物大分子标记物及其检测技术有核酸分子损伤检测技术、报告基因标记技术、DNA芯片技术和酶分子标记物检测等。后者是在体外合成特异性DNA片段的方法，只要在试管内提供DNA体外复制所需的原料（DNA聚合酶、模板核酸、寡核苷酸引物、四种三磷酸脱氧核苷酸），其原理类似于生物体内DNA的复制。

3S技术主要应用于水资源调查评价和水环境监测。其中前者主要用于流域水文模拟、水资源评价和基于GIS的土地利用状况分析，后者以GIS为信息处理平台，可实现对水域分布变化、水体沼泽和水体富营养化等进行监测。此外，3S技术还可以在湿地资源动态变化监测中的进行应用，运用多时相、多平台的遥感动态变化监测技术及时获取湿地动态信息，通过地理信息系统技术的空间分析功能和数据管理功能对遥感技术获取的湿地信息进行实时更新，可获得湿地的动态变化情况。

信息技术主要分为无线传感器网络技术和PLC技术。环境监测应用中无线传感器网络属于层次型的异构网络结构，最底层为部署在实际监测环境中的传感器节点。向上层依次为传输网络、基站，最终连接到Internet。传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块组成。而可编程逻辑控制器（PLC）是集自动化技术、计算机技术和通信技术于一体的新一代工业控制装置，在结构上对耐热、防尘、防潮、抗震等都有精确考虑，在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施，非常适用于条件恶劣的户外及工业现场。对雨水的远程监测及控制对于农业生产及防洪抗旱有着积极的意义。

三、我国环境监测技术的发展趋势

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经过多年的发展，我国环境监测技术取得了长足的进步，为我国环境保护和管理工作做出了巨大的贡献。通过对我国环境监测发展历程及其规律的考察，笔者认为我国环境监测技术的未来发展总体呈现以下趋势。

1.监测技术

监测技术向国际化、现代化、多元化方向发展，将更多的先进技术，如气体采样吸附技术、微波技术等应用到环境监测当中。

2.监测仪器

重点向高自动化、小型化、高精密化的研制方向发展。

3.监测方法

向分析项目系统化方向发展。

4.监测精度

向痕量分析甚至超痕量分析方向发展。许多有毒有害物质，其浓度虽然很低，但对人体的危害极大。因此，要想控制这类污染物质，必须先发展痕量和超痕量分析技术，掌握其污染现状。

5.监测重点

①加强对三废为代表的重度工业污染源的监测；②监测分析项目以有机污染物质的监控为主；③建立健全环境监测预警应急监测系统。

6.监测介质

从监控介质上，将对水、悬浮物、沉积物、大气、生物界面整个体系的有毒有害的“三致”物质作全面监控。基于多种有毒污染物如多环芳烃类、多氯联苯类、某些重金属等在环境介质中能积累、迁移、转化的事实，要保障环境安全，不能局限在只对水质加以监测、保护，还要考虑与水体相关的环境介质（水/悬浮物/沉积物/大气/生物界面）的综合作用。

四、结语

环境监测作为环境保护和管理工作的前提和重要基础，其对政府的环境管理决策起着举足轻重的作用。各级政府应当高度重视我国的环境监测工作，加大投入，以科学化、系统化、规范化和法制化为根本目标，大力发展现代监测技术，更新现代监测设备，并努力提高监

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测人员的基本素质，从而构建出独具中国特色的环境监测管理技术体系。

参考文献

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第三篇：LED路灯技术应用现状及发展趋势

LED路灯技术应用现状及发展趋势

摘 要：随着各国积极推动落实节能减排工作，路灯作为城市照明的重要组成部分，在节能中的效果日益凸显，尤其是LED的智能控制特性不仅强化了LED路灯产品的优势，更大大提升了道路照明系统节能的空间。所以，在当前节能减排，各地政府广泛推广LED路灯产品的背景下，开发新型高效、节能、使用时间长、环保的路灯对城市照明具有重要意义。

关键词：LED路灯；LED照明；现状；发展趋势

随着LED道路照明的快速发展，LED路灯成城市道路照明的重要组成部分，由于传统的路灯采用光效低的高压钠灯，造成了巨大的能源浪费，在全球能源危机与环保压力日益凸显的形势下，我国LED因商机巨大受到路灯厂家的青睐，再加之LED路灯照明系列指数近期整体呈现持续上扬态势，大大刺激了LED路灯照明市场。今天我们就从多方面探讨LED路灯照明的发展现状以及未来市场发展预测分析。

一、LED路灯技术应用现状及问题

1、产品多样，未标准化

当前市场推出的LED路灯，产品外观、LED的发光颗粒的排布方式与数量、整流电路的外型尺寸和等都存在多样性。比如：单管功率数量各异，1～5瓦不等；光分布的情况也各异，有蝠形、矩形等；封装有多芯片封装和单科芯片封装等。这些差别都给普及使用后的运行、维护工作带来极大不便，也不符合市政公用设施标准化，通用化的设计原则。

所以，我认为，在今后发展中，生产厂家应严格按照国家统一标准进行，确保产品在设备安全性能、电气性能等方面安全可靠。同时，必须对LED产品包括但不限于电气元件、灯具主体、整流电路等主要电气元件依据国家标准实现必要的统一标准。

2、光学设计、散热是LED路灯面临的主要技术问题

目前，大功率LED路灯研制发展迅速，但在实际应用中却还存在着不同程度的瓦流明低、二次光效处理水平较低、寿命短、光色不

一、驱动器多故障等一系列问题。其中，光学设计、散热设计和电源稳压器系统设计等关键技术问题是提高LDE发光效率和寿命的关键。

3、成本高，价格高，成本回收周期长

目前，LED路灯的成本远高于高压钠灯，正常情况下LED路灯价格在4000元-8000元，甚至更高，但一套进口品牌的高压钠灯价格不超过1500元。即使LED路灯的耗电量仅是高压钠灯的三分之一，但因为价格比高压钠灯高许多，用LED路灯代替高压钠灯成本回收周期仍然较长。

二、LED路灯发展前景预测

1、LED路灯优势

据美国能源部的固态照明研究与开发计划，与高强度气体放电（HID）灯泡、荧光灯管和节能灯（CFL）、卤素灯和白炽灯相比，LED灯具有更高的效能和更长的寿命。一只冷白光LED的最大效能是132流明/瓦（l/W），而白炽灯只有区区的15流明/瓦，二者的寿命分别为5万与1千小时。而LED照明所使用的功耗只是白炽灯的20%――这在全球都日益重视节能的但价格较高是其缺点。美国能源部估计，如果所有的人都改用固态照明，那么到2020年，所节省下来的电力可以满足3200万个家庭的需求。LED已经节省的电能，相当于25万个家庭的用电量。除此之外，LED灯还有如下优势：

1）LED路灯的光衰小，一年的光衰不到3%，使用10年仍达到道路使用照度要求，因此，LED路灯在使用功率的设计上可以比高压钠灯低；

2）LED路灯可以自动调光，能实现在满足不同时段照明要求，最大可能的降低功率，节省电能；

3）LED是低压直流器件，驱动单颗LED的电压为安全电压，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。直流的特点使LED特别适合与太阳能、风电进行结合；

4）每个单元LED晶粒只有很小体积，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变、易震的环境；

5）安装简便：直接将LED路灯灯头安装于灯杆替换原有的钠灯灯头。

2、LED路灯发展前景预测

1）全国LED路灯安装数量未来5年将增加3倍

中国早在2009年就提出“十城万盏”计划，却因没有国家标准配合，品质良莠不齐、路灯故障频传，进度远远落后欧美；当前，在发达的城市安装速度较快，目前在发达的城市安装进度较快，如广东省珠三角六大城市去年LED路灯就装了30万盏。台湾LED路灯的上市公司包括亿光，未上市则有光林等专业厂商。去年在5都11县安装了25万盏路灯，接下来还有80万盏路灯有待汰换，以每盏8000元单价计算，商机也有64亿元新台币。

2）LED路灯迎来换装潮 10年后更换率超过9成根据Navigant公司一份对智能路灯的研究报告，预测到2023年全球路灯约93.8%为LED，如今，这一数据刚刚超过53%，在2014～2017年全球LED户外照明将迎来替换潮。但由于LED的价格继续走低及LED产品替代更迭率下降，在很长一段时间路灯收入下滑。

进入2014年以来，全球LED户外照明换装潮加速。美国共有超过600个城市正在计划LED路灯换装计划，其中纽约将在2017年更换全市25万盏路灯，之后还会将城市商业区的装饰照明灯具更换为LED灯具，这将是北美规模最大的LED路灯换装计划。其他新兴市场国家，例如泰国、俄罗斯、拉美和非洲地区也会在2014年迎来大规模的路灯换装潮。直到2015年，LED路灯渗透率逐渐平缓，增长率开始下降，全球每年LED路灯换装和新增LED路灯的规模会维持在1000万盏/年左右。

所以，LED路灯要在道路照明市场正式推广，价格及成本仍然是最大障碍。要使LED路灯下滑到与现有灯具的竞争价格，需要各厂商的成本下降。而近期只能是在LED技术不断成熟，发光效率不断提高的前提下，通过LED的寿命优势、节能优势来弥补灯具价格上的劣势。

参考文献

1、刘旭东，王巍.基于电力线载波通信的LED路灯能源监控网研究[A].全国第五届信号和智能信息处理与应用学术会议专刊（第一册）[C]，2011年

2、马加俊，吴庆亚，肖军，钱益，秦大为.高性能LED路灯驱动器设计方案[A].海峡两岸第十八届照明科技与营销研讨会专题报告暨论文集[C]，2011年

3、吕运朋，李宏超，籍晓晔，张为民.基于STC单片机的智能LED路灯控制器设计[J].电源技术，2010年05期

第四篇：RFID应用现状及未来发展趋势

几年前，人们还只是从供应链的意义上来考虑RFID技术的应用——如沃尔玛式的应用。但是今天，RFID技术应用的方式正趋多样化。现在的RFID阅读器也变得更小、更便携、读取率更高；RFID标签不仅能应用于液体、金属等环境，甚至可以集成到温度传感器中。而这些技术上的进步也说明，RFID技术的应用层面总是会超出人们的想象，总是会不断地发展变化。

中国创羿RFID资产追踪和营销经理周经理曾经说过，“企业应该认识到RFID技术在供应链以外，对整个公司的业务流程所带来的价值和效益。所以，研究和你类似的企业使用RFID技术的成功案例对企业自身的发展是一个非常好的策略。”

RFID闭环应用将成主流摩托罗拉RFID产品营销部主任Chris Schaefer告诉记者，“

四、五年前开环供应链应用的风潮使大家对RFID技术刮目相看。现在，越来越多的公司开始考虑如何将RFID用于闭环应用。”目前的IT资产管理就是一种公司将RFID技术用于闭环的应用。一些资产，诸如公司的笔记本电脑和储存磁带不仅昂贵而且多含有一些敏感信息，所以公司需要特别保护。保护的方法不是用电子表格或用户登录，而是通过部署RFID系统来跟踪这些资产设备。使用RFID可以更安全地追踪到设备的位置及使用者的身份，这样就能避免因设备丢失造成的损失并能保持敏感数据的安全性。

WinWare总裁Larry Harper则将库存控制列为闭环RFID应用的另一领域。据了解，闭环RFID应用是WinWare唯一的关注点，目前行业内这种类型的应用一直在不断地增长。RFID技术可用于跟踪生产环境中的工具和用品，使用RFID跟踪有助于确保员工使用正确的物料数量，并有助于库存补货流程的自动化。RFID技术还可以用来追踪工厂内的消耗物品，因此，如果有人从指定区域取走一件物品，系统会自动要求收取费用。

RFID用于库存跟踪的另一个例子就是，惠普在包装车间内使用RFID追踪电脑资产。电脑准备发运时，RFID可以用来确保正确的配件被包装，并用来确保保修单和用户手册等语言的正确性。

RFID读写器及标签更趋小型化

那么，到底还有什么推动了RFID技术在新的市场和领域的应用？为此，Denk评价说：“读写器和标签尺寸的缩小使得RFID比以往任何时候的应用都广泛。”现在的技术越来越先进，RFID可以很容易地集成到现有的设备中，这些在以前都是不可能实现的。Schaefer则指出，便携式RFID阅读器的出现是RFID技术应用在新市场的动因之一。公司都希望采用的RFID方案能够适用于目前的业务流程，而便携式读写器恰好能做到这一点。读写器的日趋小型化，使得操作更加便捷。举例来说，RFID日前被RecycleBank用来激励消费者对废品进行回收再利用。他们在垃圾车上安装了便携式RFID阅读器，在垃圾箱上粘贴了RFID标签，用来验证每户的姓名和地址并对回收的垃圾称重。回收的数量越多，转换成RecycleBank的红利积分也就越多。这些积分可以用来购买产品和享受社区优惠。此外，便携式RFID读写器还常常用于仓库库存管理的叉车上。

另一个典型的例子就是德克萨斯州如何使用手持RFID阅读器帮助灾民撤离飓风。人们在手腕和财物上贴上RFID标签，就可以被时刻追踪，这样灾民的位置信息会不断更新，方便亲人找寻。

在接受采访时，Harpe指出：RFID标签目前也在朝小型化发展，以前的RFID标签不能用于金属环境，而今天的RFID标签不仅可以用于金属环境，还可水洗并能承受极端温度。所有这些技术上的进步都在不同程度上促进了RFID的广泛应用。一些RFID标签同传感器集成后，可以用来监测记录温度。目前，这类传感器标签冷链/食物链行业中应用广泛且效果突出。在食物链上，RFID可以实现从田间到饭桌的全程化跟踪。特别是自去年的食品安全事件爆发以来，RFID在食品安全追溯中的作用日益突出。

这些例子仅仅是目前RFID应用新领域的开始，许多公司还在探索其他的应用方式。随着技术的不断进步，RFID的应用将进一步推广。据ABI Research预测，2012年RFID产业将增长21％。

第五篇：天然气管道技术现状及发展趋势

天然气管道技术现状及发展趋势 世界天然气管道技术现状

（1）长运距、大管径和高压力管道是当今世界天然气管道发展主流

自20 世纪70 年代以来，世界上新开发的大型气田多远离消费中心。同时，国际天然气贸易量的增加，促使全球输气管道的建设向长运距、大管径和高压力方向发展。1990 年，前苏联的天然气管道的平均运距达到2 698 km。

从20 世纪至今，世界大型输气管道的直径大都在1 000 mm 以上。到1993 年，俄罗斯直径1 000 mm以上的管道约占63%，其中最大直径为1 420 mm 的管道占34.7%。西欧国家管道最大直径为1 219 mm，如著名的阿-意管道等。

干线输气管道的压力等级20 世纪70 年代为6～8 MPa；80 年代为8～10 MPa；90 年代为10～12MPa。

2000 年建成的Alliance 管道压力为12 MPa、管径为914 mm、长度为3 000 km，采用富气输送工艺，是一条公认的代表当代水平的输气管道。

（2）输气系统网络化

随着天然气产量和贸易量的增长以及消费市场的扩大，目前全世界形成了洲际的、多国的、全国性的和许多地区性的大型供气系统。这些系统通常由若干条输气干线、多个集气管网、配气管网和地下储气库构成，可将多个气田和成千上万的用户连接起来。这样的大型供气系统具有多气源、多通道供气的特点，保证供气的可靠性和灵活性。前苏联的统一供气系统是世界最庞大的输气系统，连接了数百个气田、数十座地下储气库及约1 500 个城市，管道总长度超过20×104km。目前欧洲的输气管网已从北海延伸到地中海，从东欧边境的中转站延伸到大西洋，阿-意输气管道的建成实际上已将欧洲的管网和北非连接起来。阿尔及利亚—西班牙的输气管道最终将延伸到葡萄牙、法国和德国，并与欧洲输气管网连成一体。

（3）建设地下储气库是安全稳定供气的主要手段

无论是天然气出口国家，还是主要依赖进口天然气的一些西欧国家，对建造地下储气库都十分重视，将地下储气库作为调峰、平衡天然气供需、确保安全稳定供气的必要手段。截止到1998 年，全世界建成储气库605 座，总库容575.5亿立方米、工作气量307.7立方米。工作气量相当于世界天然气消费量的11%，相当于民用及商业领域消费量的44%。2001 年美国的储气库总工作气量约120立方米，预计到2010 年储气能力将达到170立方米。国外天然气管道在计量技术、泄漏检测和储存技术等方面取得了一些新进展

（1）天然气的热值计量技术 世纪80 年代以后，热值计量技术的应用在西欧和北美日益普遍，已成为当今天然气计量技术的发展方向。天然气热值计量比体积和质量计量更为科学和公平，由于天然气成分比较稳定，按热值计价可以体现优质优价。天然气热值的测定方法有两种：直接测定法和间接计算法。近几年，天然气热值的直接测量技术发展较快，特别是在自动化、连续性、精确度等方面有了很大提高。

（2）天然气管道泄漏检测技术—红外辐射探测器

目前，美国天然气研究所（GRI）正在进行以激光为基础的遥感检漏技术研究，该方法是利用红外光谱（IR）吸收甲烷的特性来探测天然气的泄漏。该遥感系统由红外光谱接收器和车载式检测器组成，能在远距离对气体泄漏的热柱进行大面积快速扫描。现场试验表明，检漏效率比旧方法提高50%以上，且费用大幅度下降。

（3）天然气管道减阻剂（DRA）的研究应用

美国Chevron 石油技术公司（ChevronPetroleum Technology Co）在墨西哥湾一条长8 km、.152mm 的输气管道上进行了天然气减阻剂（DRA）的现场试验。结果表明，可提高输量10%～15%，最高压力下降达20%。这种减阻剂的主要化学成分是聚酰胺基，通过注入系统，定期地按一定浓度将减阻剂注入到天然气管道中，减阻剂可在管道的内表面形成一种光滑的保护膜；这层薄膜能够显著降低输送摩阻，同时还有一定的防腐作用。

（4）天然气储存技术

从商业利益考虑，国外管道公司非常重视使大型储气库垫底气最少化的技术研究。目前，正在研究应用一种低挥发性且廉价的气体作为“工作气体”来充当储气库的垫底气。

（5）管道运行仿真技术

管道在线仿真系统的应用可有效地提高管道运行的安全性和经济性。管道计算机应用表现在3 个方面：管道测绘及地理信息系统、管道操作优化管理模型和天然气运销集成控制系统。仿真技术在长输管道上的应用不仅优化了管道的设计、运行管理，而且为管输企业带来巨大的经济效益。目前，国外长输管道仿真系统主要分为3 种类型：一是用于油气管道的优化设计、方案优选；二是用于运行操作人员的培训；三是管道的在线运营管理。如美国最大的天然气管道公司之一的Williams 管道公司，采用计算机仿真培训系统在不影响正常工作的情况下即可完成对一线工人的上岗培训，大大缩短了培训时间，节约大量费用，比传统的培训方式提高效率约50%。

（6）GIS 技术在管道中的应用

随着管道工业自动化的发展，GIS（地理信息系统）在长输管道中得到了日益广泛的应用。它融合了管道原有的SCADA 系统自动控制功能，美国、挪威、丹麦等国家的管道普遍使用GIS 技术。目前，该技术已实现地理信息、数据采集、传输、储存和作图统一作业，可为管道的勘测、设计、施工、投产运行、管理监测、防腐等各阶段提供资料。技术发展趋势

（1）高压力输气与高强度、超高强度管材的组合是新建管道发展的最主要趋势

高压气管道是指运行压力在10～15 MPa 之间的陆上天然气管道。根据专家研究成果，年输量在10亿立方米以上时，采用高压输气可节省运输成本。当运输距离为5 000 km、年输量在15～30亿立方米之间时，采用高压输气比传统运输方式可节约运输成本20%～35%。采用高压输气可减小管径，通过高钢级管材的开发和应用可减小钢管壁厚，进而减轻钢管的重量，并减少焊接时间，从而降低建设成本。例如采用管材X100 比采用X65 和X70 节约费用约30%，节约管道建设成本10%～12%。

目前X100 管道钢管已由日本NKK、新日铁、住友金属、欧洲钢管等公司开发出来。另外，复合材料增强管道钢管正在开发，即在高钢级管材外部包敷一层玻璃钢和合成树脂。采用这种管材，可进一步提高输送压力，降低建设成本，同时可增加管输量，增加管道抵抗各种破坏的能力和安全性。当管材钢级超过X120 及X125 时，单纯依靠提高钢级来减少成本已十分困难，必须采用复合材料增强管道钢管。X100 及以上管道钢管目前还未得到商业应用的主要原因是对材料性能、安装技术和现场试验还需进一步验证和更好的了解。

（2）高压富气输送技术及断裂控制

高压富气输送是指在输送过程中采用高压使输送气体始终保持在临界点上，保证重组分不呈液态析出。采用高压富气输送能取得很大的经济效益，但富气输送时天然气的热值较高，要求管材不但能防止裂纹的启裂，而且还要具有更高的防止延性裂纹扩展的止裂韧性。以Alliance 管道为代表的高压富气输送是天然气输送技术的重大创新，其断裂控制是该管道的关键技术之一。

深入了解高钢级管道钢管的断裂控制是未来以低成本建设管道的前提。由ECSC、CSM、SNAM 和European 联合进行的项目，就是研究大口径X100管道在15 MPa 的高压下的断裂行为。

（3）多相混输技术 世纪70 年代，各发达国家相继投入了大量资金和人力，进行多相流领域的应用基础与应用技术研究，取得了不少成果。目前，这些成果已在上百条长距离混输管道上得到了应用。

近年来，英国、美国、法国及挪威等国相继建成了不同规模的试验环道，采用多种先进测量仪表和计算机数据采集系统，在大量高质量的试验数据基础上进行多相流研究。已有的多相流商业软件中，著名的OLGA 软件可以进行多相流稳态和瞬态流动模拟。

（4）天然气水合物（NGH）储运技术

据专家保守估计，世界上天然气水合物所含天然气的总资源量约为０.０18亿亿立方米～０.０21亿亿立方米，能源总量相当于全世界目前已知煤炭、石油和天然气能源总储量的两倍，被认为是21 世纪最理想、最具商业开发前景的新能源。天然气水合物潜在的战略意义和经济效益，已为世界许多国家所重视。目前，世界范围内正在兴起从海底开发天然气水合物新能源的热潮。虽然目前世界上还没有高效开发天然气水合物的技术，但许多国家已制定了勘探和开发天然气水合物的国家计划。美国1998 年将天然气水合物作为国家发展的战略能源列入长远计划，准备在2015 年试开采。日本、加拿大、印度等国都相继制定了天然气水合物的研究计划。

根据目前国外对天然气水合物技术的研究，可以得出几点共识：一是天然气水合物在常压、-15～-5℃的下储存在隔热容器中可长时间保持稳定；二是对于处理海上油田或陆上边远油田的伴生气，该技术的可行性优于液化天然气、甲醇和合成油技术。该技术安全且对环境无污染；三是天然气水合物技术的成本比液化天然气的生产成本约低四分之一；四是采用天然气水合物技术可以对天然气进行长距离运输。国内天然气管道技术现状

西气东输代表了目前我国天然气管道工程的最高水平。西气东输管道设计输量为120×108m3/a；管道全长3 898.5 km；管径1 016 mm；设计压力10MPa；管道钢级L485（X70）；全线共设工艺站场35座，线路阀室137 座，压气站10 座。目前我国天然气管道的技术水平分析如下：

（1）采用的设计和建设标准与国际接轨。

（2）采用卫星遥感技术、GPS 系统，优化管道线路走向。

（3）采用国际上通用的TGNET、SPS、AutoCAD等软件，进行工艺计算、特殊工况模拟分析和设计出图。

（4）管材采用高强度、高韧性管道钢，主要有X52、X60、X65 和X70，国内有生产大口径螺旋缝埋弧焊钢管和直缝钢管的能力。

（5）管理自动化、通信多种方式并用。运营管理采用SCADA 系统进行数据采集、在线检测、监控，进行生产管理和电子商务贸易；通信采用微波、卫星和租用地方邮网方式，新建管道将与国际接轨，向光缆通信发展。

（6）管道防腐。管道外防腐层主要采用煤焦油瓷漆、单层环氧粉末、双层环氧粉末、聚乙烯防腐层（二层PE）和环氧粉末聚乙烯复合结构（三层PE）。管道内涂层主要采用液体环氧涂料。

（7）天然气计量。我国早期建设的管道天然气计量大都采用孔板计量；而近年新建的几条输气管道采用超声波流量计。

（8）主要工艺设备。目前国内输气管道输气站主要工艺阀门大都采用气动球阀，今后新建管道将以采用气-液联动球阀为主。国内在役输气管道采用的增压机组有离心式和往复式压缩机，驱动方式有燃驱和电驱；将来我国的长距离输气管道主流机型采用离心式，在有电源保证的条件下采用变频电机驱动为发展方向。

（9）管道施工。目前我国的管道建设引进了国际上通行的HSE 管理技术，采用了第三方监理的机制；管道专业化施工企业整体水平达到国际水平，装备有先进的施工机具，如：大吨位吊管机、全自动焊机等；掌握了管道大型穿（跨）越工程的施工技术，如水平定向穿越技术、盾构穿越技术。

（10）优化运行。目前在役输气管道利用进口或国产软件进行在线或离线不同工况模拟，以确定既能满足供气需求，又使单位输气成本最低的运行操作方案。差距分析

我国大部分输气管道建于20 世纪60～70 年代，与国外发达国家和地区完善的供气管网相比有很大的差距，管道少、分布不均、未形成全国性管网；管径小，设计压力低，输量少，不能满足目前增长的市场需求。