一种用于污染场地信息采集与评估的自动化系统及采集与评估的方法

一种用于污染场地信息采集与评估的自动化系统及采集与评估的方法
【技术领域】 [0001] ：本发明设及一种评估场地污染情况的集成系统及评估方法，尤其是一 种用于污染场地信息采集与评估的自动化系统及采集与评估的方法，设及了自动化控制、 机械、信息处理、环境治理等科学。
【背景技术】 [0002] ；由于室外场地污染是一种随时间对所在地点环境具有即时性破坏和对 周边环境具有扩散性危害的问题，所W国家环保部对该领域问题具有极高的重视程度，并 要求对污染场地风险评估是环境管理部口的管理要求，必须在风险评估后依据结论开展治 理修复工作。而当前使用的较为通行的场地污染评估方法是由所在地人员或负责机构派驻 人员对污染所在地范围内的±壤、水体、空气等根据需要进行多份采样，然后将样品送回实 验室进行分析，再基于公式人工计算出每份样本的各类污染风险指标，再结合主观经验对 当前的污染情况和可能的扩散情况进行评估并给出评估结论。该种方法存在着耗时较长、 往复性差、实时性差等缺点，同时受限于某些污染现场无法人为靠近，尤其是事故造成的± 壤污染要求快速应急处理，安全性无法得到保障，同时造成工作效率进一步降低。
[000引
【发明内容】
；针对W上问题，本发明的目的是通过更先进、更有效率的检测评估系统 及评估方法，加快环境污染事故现场处理速度和提高分析评估准确性，为污染场地进行环 境风险评估及治理的一种快速、安全、精确、有效的工具和方法。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是；一种用于污染场地信息采集与评估 的自动化系统，包括自主移动式工作平台，控制单元，传感单元，计算单元，环境传感器，± 壤传感器，视觉传感器和声音传感器。±壤传感器，视觉传感器和声音传感器采用并联方式 将数据传递给传感单元，传感单元再在将数据传输给控制单元和计算单元。控制单元控制 自主移动式工作平台、传感单元和计算单元。
[0005] 一种污染场地信息采集与评估方法，通过自主移动式工作平台对发生事故的污染 场地进行污染信息采集，采集内容包括；场地±壤、水体、空气的理化特性，±壤、水体、空气 中污染物浓度等，同时自主移动式工作平台集成的控制单元和计算单元通过内建的评估方 法模型对污染数据进行实时分析运算，获得地块污染情况、环境风险的统计分析报表，并模 拟生成直观的=维地块污染展示图表。
[0006] 污染场地信息采集与评估的具体步骤：
[0007] 1、污染场地划分；通过定位功能自动循迹或手动移动划分出每个污染场地区域外 延。
[000引 2、地块划分；基于污染测量需要划分出污染场地区域内的所有地块，并获得每个 地块的=维坐标数据。
[0009] 3、数据采集；通过传感器采集污染地块的±壤检测结果数据及周边水体和空气中 的有害物质数据。
[0010] 4、数据计算；计算单元基于污染场地风险评估方法自动进行数据运算，获得数据 分析结果和评估结果。
[0011] 5、评估结果展示：对各项评估结果进行图文形式和=维形式的展示，并支持导出 和打印。
[0012] 地块污染评估方法模型：
[0013] 本发明中通过外部监测获取数据，数据传输至软件系统模块后，系统进行场地风 险评估。
[0014] (1)暴露评估
[0015] 针对不同区域规划功能，设定特征污染物可能对人体造成危害的情景，明确其中 特征污染物的各种暴露途径，确定污染物在环境介质与人体间的迁移暴露模型及其相关参 数值，计算污染物在各种暴露途径下所对应的暴露量。人体对场地污染物暴露的主要途径 有经口摄入±壤、皮肤接触±壤、吸入±壤颗粒物、吸入室外空气中来自场地的气态污染 物、吸入室内空气中来自±壤和地下水的气态污染物。
[0016] 暴露量评估模型包括：
[0017] ?经口摄入受污染±壤暴露量
[001引住宅用地方式下，成人经口摄入对致癌物污染±壤的暴露量，根据W下公式计 算：
[0019]
[0020] 式中；OIS邸ca-经口摄入对致癌物污染±壤的暴露量，kg±壤.kg-1体重.d-1; [002U OSIRa -成人每日摄入±壤量，mg.(T;
[002引OSIRc -儿童每日摄入±壤量，mg?d-1;
[002引 EDa -成人暴露周期，a ;
[0024] E化一儿童暴露周期，a ;
[002引 E化一成人暴露频率，d ? a-i;
[0026] E化一儿童暴露频率，d ? a-i;
[0027] BWa -成人体重，kg ;优先根据场地人群调查数据确定；
[0028] BWc -儿童体重，kg ;
[0029] ABSo -经口摄入人体吸收效率因子，无量纲；
[0030] ATca -致癌效应的平均时间，d。
[0031] 对于单一污染物的非致癌效应，考虑人群在儿童期暴露受到的危害。经口摄入± 壤途径对应的±壤暴露量采用W下公式计算：
[0032]
[003引 ATnc -非致癌效应平均时间，d
[0034] ?皮肤接触受污染±壤暴露量
[0035] 住宅用地方式下，成人经皮肤接触对致癌物污染±壤的暴露量，根据W下公式计 算：
[0036]
[0037] 式中；DCS邸ca-皮肤接触对致癌物污染±壤的暴露量，kg±壤?kg-i体重?d -1;
[0038] SAfe-成人暴露皮肤表面积，cm2;
[0039] E化一儿童暴露周期，a ;
[0040] E化一儿童暴露周期，a ;
[0041] E化一成人暴露频率，d ? a-i;
[00创 E化一儿童暴露频率，d ? a-1;
[0043] SSARa-成人皮肤表面±壤粘附系数，mg?cnT2;
[0044] SSARc-儿童皮肤表面±壤粘附系数，mg?cnT2;
[0045] Ev-每日皮肤接触事件频率，次?cfi;
[0046] ABSd-皮肤接触人体吸收效率因子，无量纲；
[0047] BWa-成人体重，kg ;优先根据场地人群调查数据确定；
[0048] BWc-儿童体重，kg ;
[0049]ATca-致癌效应的平均时间，do
[0050] 对于单一污染物的非致癌效应，考虑人群在儿童期暴露受到的危害。皮肤接触± 壤途径对应的±壤暴露量采用W下公式计算：
[0化1]
[0化2] ?吸入受污染±壤颗粒物暴露量
[0化3] 住宅用地方式下，成人吸入空气中±壤颗粒物对致癌物污染±壤的暴露量，根据 W下公式计算：
[0054]
[0化5] 式中；PIS邸ca-吸入颗粒物对致癌物污染±壤的暴露量，kg±壤?kg-i体 重? (T;
[0056] TSP-空气中总悬浮颗粒物含量，mg±壤?nT3;
[0057]fspo-室外空气中来自±壤的颗粒物所占比例，无量纲；
[005引 fspi-室内空气中来自±壤的颗粒物所占比例，无量纲；
[0059]DAIRa-成人每日空气呼吸量，m3?cfi;
[0060]DAIRc_儿童每日空气呼吸量，m3? (T;
[0061] EDa-成人暴露周期，a ;
[006引 EDc-儿童暴露周期，a;
[006引 E化一成人暴露频率，d?a-i;
[0064] E化一儿童暴露频率，d?a-i;
[0065] PIAF-吸入±壤颗粒物在体内滞留比例，无量纲；
[0066] BWa-成人体重，kg ;优先根据场地人群调查数据确定；
[0067] BWc-儿童体重，kg ;
[0068] ATca-致癌效应的平均时间，do
[0069] 对于单一污染物的非致癌效应，考虑人群在儿童期暴露受到的危害。吸入±壤颗 粒物途径对应的±壤暴露量采用公式计算：
[0070]
[0071] ?吸入室外空气中的污染物蒸气暴露量
[0072] 住宅用地方式下，成人吸入室外空气中致癌物蒸气对应的当量污染±壤和地下水 暴露量，根据W下公式计算：
[0076] 式中；loVERcal-吸入室外空气中来自表层±壤的致癌物蒸气的当量污染±壤 暴露量，kg±壤?kg-i体重?d -1;
[0077] IoVERca2 -吸入室外空气中来自下层±壤的致癌物蒸气的当量污染±壤暴露量， kg±壤?kg-i体重?d -1;
[007引 IoVERca3 -吸入室外空气中来自地下水的致癌物蒸气的当量地下水暴露量，L地 下水?kg-i体重?d-i;
[0079] VFsuroa -因表层±壤中污染物挥发对应的室外空气中±壤的浓度，kg?nT3;
[0080] VFsuboa -因下层±壤中污染物挥发对应的室外空气中±壤的浓度，kg?nT3; [OOW] VFgwoa -地下水中污染物挥发进入室外空气对应的地下水浓度，L?m-3 ;
[00間DAIRa _成人每日空气呼吸量，m3? (T;
[008引 DAIRc -儿童每日空气呼吸量，m3?cfi;
[0084] EFOa-成人的室外暴露频率，d，a4;
[00化]EFOc ;儿童的室外暴露频率，d?a-i;
[0086] 邸a-成人暴露周期，a;
[0087] E化一儿童暴露周期，a ;
[00能]BWa -成人体重，kg ;
[0089] BWc -儿童体重，kg ;
[0090] ATca -致癌效应的平均时间，d ;
[0091] 对于单一污染物的非致癌效应，考虑人群在儿童期暴露受到的危害。吸入室外空 气中来自场地表层±壤、下层±壤和地下水中的气态污染物对应的±壤和地下水暴露量， 分别采用W下公式计算：
[0094]
[0095] ?吸入室内空气中的污染物蒸气暴露量
[0096] 住宅用地方式下，成人吸入室内空气中致癌物蒸气对应的当量污染±壤暴露量， 根据W下公式计算：
[0099] 式中；liVERcal-吸入室内空气中来自下层±壤的致癌物 蒸气的当量污染±壤 暴露量，kg±壤?kg-i体重?d-1;
[0100] IiVERca2 -吸入室内空气中来自地下水的致癌物蒸气的当量地下水暴露量，L地 下水?kg-i体重?d-i;
[010UVFsubia-下层±壤中污染物挥发进入室内空气对应的±壤浓度，kg?nfs;
[0102] VFgwia-地下水中污染物挥发进入室内空气对应的地下水浓度，L?nfs;
[010引 DAIRa-成人每日空气呼吸量，m3. (T;
[0104] DAIRc-儿童每日空气呼吸量，
[010引 EFIa-成人的室内暴露频率，d-a-i;
[0106] EFIc-儿童的室内暴露频率，d?a-i;
[0107] E化一成人暴露周期，a;
[010引 E化一儿童暴露周期，a;
[0109] BWa-成人体重，kg;
[0110] BWc-儿童体重，kg;
[01ATca-致癌效应的平均时间，d;
[0112] 对于单一污染物的非致癌效应，考虑人群在儿童期暴露受到的危害。吸入室内空 气中来自下层上壤和地下水中的气态污染物对应的上壤和地下水暴露量，分别采用W下公 式计算：
[0115] 口)毒性参数获取
[0116] 在暴露评估的基础上，分析特征污染物对人体的致癌危害和非致癌危害，在数据 库中有污染物对应的毒性参数值，包括参考剂量、参考浓度、致癌斜率因子和单位致癌因子 等。
[0117] (3)风险表征
[0118] 在暴露评估和毒性评估的基础上，软件模块根据每个采样点样品中特征污染物分 析浓度数据，基于风险评估模型计算致癌风险值和危害商值，包括同种污染物每一种暴露 途径的风险值、同种污染物经所有暴露途径的风险值、所有污染物经所有暴露途径的总风 险值，并将风险值在场地范围内进行平面与3D图形化表征。
[0119] 风险表征模型包括：
[0120] ?经口摄入受污染±壤
[0121] 经口摄入污染±壤的致癌性暴露风险，根据W下公式计算：
[012引CR0is=OISERcaXCsurXSF。
[012引式中；CRms-经口摄入暴露于污染±壤的致癌风险，无量纲；
[0124] 0ISER。。一经口摄入对致癌物污染±壤的暴露量，kg±壤.kg-1体重.d-1;
[0125] C,ur-表层上壤中污染物浓度，mg?kg-i;
[0126] S化一经口摄入吸收致癌斜率因子，（mg污染物.kg-i体重.d
[0127] ?皮肤接触受污染±壤
[0128] 皮肤接触污染±壤的致癌性暴露风险，根据W下公式计算：
[0129] CRDcs=D^ERcaXCsurXSFd
[0130] 式中；CRdu-皮肤接触暴露于污染上壤的致癌风险，无量纲；
[013UDCSER。。一皮肤接触对致癌物污染±壤的暴露量，kg±壤?kg-1体重?d-1;
[0132] C,ur-表层上壤中污染物浓度，mg?kg^i;
[0133] SFd-皮肤接触吸收致癌斜率因子，（mg污染物?kg^体重?cTir;
[0134] ?吸入受污染±壤颗粒物
[0135] 吸入受污染±壤颗粒物的致癌性暴露风险，根据W下公式计算：
[0136] CRpis=PI沈RcaXCsurXSFi
[0137] 式中；CRpis-吸入颗粒物暴露于污染±壤的致癌风险，无量纲；
[0138] PISER。。一吸入颗粒物对致癌物污染±壤的暴露量，kg±壤.kg-1体重.d-1;
[0139] C,ur-表层上壤中污染物浓度，mg?kg^;
[0140] SFi-呼吸吸入吸收致癌斜率因子，（mg污染物?kg-i体重?d-1) -1;
[0141] ?吸入室外空气中污染物蒸气
[0142] 吸入室外空气中污染物蒸气的致癌性暴露风险，根据W下公式计算：
[01创 CRi"v= (loVERcaiXCsur+IoVERcasXCs血+I0VERca3XCgJXSFi
[0144] 式中；CRiw-吸入室外空气暴露于污染±壤的致癌风险，无量纲；
[0145] loVERtai-吸入室外空气中来自表层±壤的致癌物蒸气的当量污染±壤暴露量， kg±壤?kg-i体重?d-1;
[0146] loVER。。,一吸入室外空气中来自下层±壤的致癌物蒸气的当量污染±壤暴露量， kg±壤?kg-i体重?d-1;
[0147] loVERtas-吸入室外空气中来自地下水的致癌物蒸气的当量地下水暴露量，L地下 水?kg-1 体重?d-1;
[0148] C,ur-表层±壤中污染物浓度，mg?kg
[0149] 0日血一下层±壤中污染物浓度，111肖-1^径-1;
[0150] C^-地下水中污染物浓度，mg?L
[OW]SFi-呼吸吸入吸收致癌斜率因子，（mg污染物?kg-i体重?d-i)-l;
[0152] ?吸入室内空气中污染物蒸气
[0153] 吸入室内空气污染物蒸气的致癌性暴露风险，根据W下公式计算：
[0154] CRi"= (liVERcaiXCsub+IiVERcasXCgxSFi
[0155] 式中；CRw-吸入室内空气暴露于污染±壤的致癌风险，无量纲；
[0156]liVERtai-吸入室内空气中来自下层±壤的致癌物蒸气的当量污染±壤暴露量， kg±壤?kg-i体重?d-1;
[0157]IiVERca2 -吸入室内空气中来自地下水的致癌物蒸气的当量地下水暴露量，L地下 水?kg-i体重?d-i;
[0158] Csub-下层±壤中污染物浓度，mg?kg-i;。
[0159] Cgw -地下水中污染物浓度，mg?[1;
[0160]SFi-呼吸吸入吸收致癌斜率因子，（mg污染物?kg^i体重? (TVi;
[0161] ?所有暴露途径综合致癌风险
[0162] 经所有途径对单一 ±壤污染物的致癌性暴露风险，根据W下公式计算：
[01 6引 CRn= CR0is+CRdcs+CRpis+CRi0v+CR"v+CRcgw
[0164] 式中；C化一经所有暴露途径暴露于单一污染物（第n种）的致癌风险，无量纲。
[0165]CRms-经口摄入暴露于污染±壤的致癌风险，无量纲；
[0166]CRDes-皮肤接触暴露于污染上壤的致癌风险，无量纲；
[0167]CRisp-吸入颗粒物暴露于污染±壤的致癌风险，无量纲；
[0168] CRidv-吸入室外空气暴露于污染±壤的致癌风险，无量纲；
[0169]CRw-吸入室内空气暴露于污染±壤的致癌风险，无量纲；
[0170] ?所有关注污染物总致癌风险
[0171] 所有关注污染物经所有途径的致癌性暴露风险，根据W下公式计算：
[0172]
[0173] 式中；CRsum -全部n种关注污染物的总致癌风险，无量纲；
[0174] 最终模拟计算出各地块的风险值，通过图形处理技术将风险值图像化，形成平面 图与3D立体图，进而形象表达场地风险特征。
[0175] 本发明的优点和积极效果为：
[0176] 1、大大加快地块污染风险评估速度；传统的人工地块污染评估工作模式通常需要 至少24小时才能完成对一个污染场地的评估工作，如果考虑到中间工作流程的人为交设 时间浪费该过程可能需要接近1周的时间，而该发明所提供的系统自动化工作方式正常只 需要3到6小时即可完成所有评估工作，并且完整记录所有过程数据，并生成形式先进、样 貌丰富的评估结果。
[0177] 2、节省人力物力：通常在人工进行该评估工作的情况下，需要至少3人参与到整 个评估工作中，并各有职责分工，需要一定的团队协同管理工作；而通过该发明中所设及的 方法进行应用实践，只需要1人对评估过程进行适当监管并获得和查看评估结果即可，而 且系统基本可自主完成大部分工作甚至所有工作，该工作人员所需要耗费的工时仅约为2 小时左右。
[0178] 3、成熟稳定且经过验证的评估方法和流程；结合在污染场地评估领域的丰富实践 经验，经过大量理论论证和实践验证，使得在发明该系统及该系统内置的各种算法和模型 的过程中，兼顾了有的放矢和切合实际，在具备创新价值的基础上同时具有很高的应用价 值。
[0179] 4、发明具有先进性和可扩展性；该发明所设及系统的具体技术规格均达到国际先 进水平，并使用了符合产业标准技术。同时，在符合该
【发明内容】
的前提下，在具体应用过程 中可定制剪裁和扩展应用系统功能，使其更好的符合实际应用需要，在架构上和逻辑上获 得足够的冗余度和灵活度。
【附图说明】：
[0180] 图1是本发明的系统架构框图。
[0181] 图2是本发明系统的工作流程图。
[0182] 图3本发明采集与评估方法的流程图。
【具体实施方式】：
[0183] 如图1所示；种用于污染场地信息采集与评估的自动化系统，包括自主移动式工 作平台，控制单元，传感单元，计算单元，环境传感器，±壤传感器，视觉传感器和声音传感 器。±壤传感器，视觉传感器和声音传感器采用并联方式将数据传递给传感单元，传感单元 再在将数据传输给控制单元和计算单元。控制单元控制自主移动式工作平台、传感单元和 计算单元。本发明W控制单元作为核屯、，控制其它各模块的工作；传感单元采用并联结构接 入各种需要的传感器硬件，并同样W并联方式将数据传递给计算单元和控制单元；计算单 元依托于内建的评估方法模型执行计算工作并输出计算结果，并结合了实际污染场地评估 工作中积累的经验进行软件编程。
[0184]自主移动式工作平台：为了加快污染信息的采集和评估速度，W提高工作人员安 全性，自主式污染场地信息采集与评估方法采用可自主移动的工作平台（例如承重超过10 公斤的遥控四轮驱动小车），通过超声波方式及辅助的红外线方式对周边物体进行基于距 离的检测，并通过控制系统中的循迹和壁障算法对平台的行走移动进行自动控 制。移动平 台将电动和电路装置、计算系统、控制系统分离放置，并在构造和材质上具有防水性W适应 室外较为苛刻的运行环境要求，同时内置电池供电系统W保证至少24小时的自主运行时 间。
[0185] 计算单元；计算单元能够从控制系统实时获取数据，并进行污染情况的计算和评 估，通过内置数据库功能，可对每个污染场地及每个场地中的地块划分进行数据记录。计 算单元集成的评估方法模型、算法、统计规则库乃至整合信息系统所使用的运行参数，均可 W根据情况由系统自动调整或由工作人员人工调整，最大限度的适应污染现场情况。所 用到的设备使用工业等级元件，能够适应宽泛的温度（-20~70摄氏度）和湿度（10%~ 90% );低能耗设计，使用低配重裡电池（DC12V)供电系统即可满足整机供电要求；提供串 口和GPIO接口等形式的符合国际规范的数据通信接口，可直接与底层控制系统进行通讯， 也可直接连接传感器。计算单元支持符合行业标准的通用操作系统，系统中安装计算用软 件程序，W提供污染评估方法所需要的计算功能。
[0186] 控制单元；作为系统控制核屯、的控制单元，从外接的各个传感器中实时获取环境 和污染情况等数据、从摄像头中实时获取面向角度的视觉图像数据、从音频采集器中获取 周围环境的声音信息，基于获得的数据，控制单元随时调整移动平台的位置，并基于环境情 况自动决策采集哪些数据w及采集数据的时间间隔等；控制单元所获得的数据一方面保存 在控制系统内置的SD存储卡中（一定时间周期范围内），另一方面随时上传到计算系统 中进行保存。控制系统的构成和原件面向污染场地信息采集和评估的需要进行专口设计， 具有至少50路数字传感器接口，并支持大量传感器实时并发运行；通过时间控制巧片的应 用，控制单元可W精细化的协调平台的所有运作，令系统达到最大效率。
[0187] 如图2所示；系统工作流程：从开始采集数据到形成评估结果的整个过程中，染场 地信息采集与评估系统具有自动化的流程控制机制，可W系统管理各个工作步骤，并在需 要的时候将所需数据传递给相应的工作方法构件，从而让该评估方法具有完整的自主工作 特性，同时也保留了灵活的手动控制权给操作者，兼顾了自动化和交互性。系统在开始工作 之后；首先自主移动式工作平台自动移动到污染发生位置（基于事先设定的坐标点或基于 传感器检测到的污染源位置）；并随时基于传感单元回传数据修正平台位置；在此过程中 同时能基于视觉和声音传感器对环境的了解改变数据采集的项目和频度；传感单元将采集 的数据传递给计算单元，执行污染场地风险评估计算；计算数据结果经过计算单元内置模 型的评估之后，生成并输出可供人阅读的各种形式的数据结果，结果在系统上直接可查看， 也可通过无线设备传输到远程终端上进行查看。
[018引其它系统特征描述；1、在工作过程中，在工作过程中，该方法所使用的自主移动式 工作平台支持实时GI^S定位，可随时将平台所处位置的精确GI^S数据传输到控制单元、计 算单元W及工作人员控制端，用于地块划分、场地标注、地块数据识别等多个方法中所需用 途；2、可通过手机或平台电脑等进行远程控制和查看；工作人员可W通过平台上的无线数 据传输功能手动控制自主式污染场地信息采集与评估方法的所有工作步骤（包括移动平 台的移动控制），并能查看所有控制系统采集到的原始数据、计算系统运算后的得出结果 数据、经过评估得出的环境污染风险评估结果等；同时该方法也支持在PC上完成控制和查 看；能够W=维形式生成和展示地块污染情况；对于计算系统分析和运算完成的数据结果 和评估结果，计算系统除了能够提供图表形式的结果之外，还提供符合人类阅读习惯的可 视化结果，主要是=维形式的展示结果。该=维形式的展示结果具有坐标和编号体系，可W 准确的表现每个地块的位置和形状，并按照污染数值、程度、评估等级等界限W颜色进行显 示，用准确的方式让人直观了解污染情况。同时该=维展示形式支持旋转切换视角和场景 自由漫游，不会对观察者产生任何限制。
[0189] 如图3所示；工作流程：
[0190] 1、到达污染场地所在地并启动设备。由于该发明中对系统架构采用分离式设计， 所W通常某个设备的损坏或供电不足不会影响其它设备的使用（例如气体传感器失灵的 时候±壤污染检测装置仍然可W正常使用），但是对于电子控制系统（主要是计算系统和 控制系统）来说应全部处于正常状态才能实现自主完成所有工作。
[0191] 2、系统自动发现污染场地区域并围绕该区域移动，圈定区域坐标，将坐标记录到 计算系统数据库。该坐标可W经由计算单元内置的软件组件换算成多种不同的地图数据格 式，可随时通过在线地图界面查看到图形化结果。
[0192] 3、计算单元自动根据坐标数据，划分出污染区域，污染区域划分方案的数据构成 关系通常是一个项目包含任意多个下属区域。
[0193] 4、控制单元通过传感单元获取污染区域的污染物类型、性质、物理状态、污染发生 时间、空气质量情况、周边水体情况、周边设施、地貌概要信息等数据。
[0194] 5、计算单元依据控制单元上传的数据，经由规则库进行综合智能分析，自动给出 污染区域中地块的建议划分方案（或通过手动规划方式建立和调整地块划分方案）。地块 划分方案的数据构成关系通常是一个污染区域包含任意多个下属地层、每个底层包含任意 多个下属地块。
[01巧]6、系统按照地块划分方案采集检测每个地块的±壤污染数据传输到计算单元中。 计算单元基于地块污染数据结合预设的运算公式和规则库进行运算分析，得出每个地块规 范化的风险评估限值。评估结果值按照国家环保部分规范要求进行划分和排列，即有单项 结果，又有统合分析评估结果。
[0196] 7、系统生成图表、=维展示等形式的评估结果，该数据生成后保存在计算单元所 配备的数据库中，将来可随时调阅查看，并可按时间周期、地块编号、污染限制等等条件对 结果进行查询和定制，例如可W根据需要只查看通过口鼻呼吸摄入的非致癌风险值大于5 的地块信息。
[0197] 8、基于计算单元内建的数据和网络服务机制，工作人员通过手机、平板电脑或PC 等控制端设备，实时在现场或远程查看评估结果。
【主权项】
1. 一种用于污染场地信息采集与评估的自动化系统，其特征在于：包括自主移动式工 作平台，控制单元，传感单元，计算单元，环境传感器，土壤传感器，视觉传感器和声音传感 器；土壤传感器，视觉传感器和声音传感器采用并联方式将数据传递给传感单元，传感单元 再在将数据传输给控制单元和计算单元，控制单元控制自主移动式工作平台、传感单元和 计算单元。2. 如权利要求1所述的一种用于污染场地信息采集与评估的自动化系统，其特征在 于：所述的自主移动式工作平台支持实时GPS定位，可随时将平台所处位置的精确GPS数据 传输到控制单元、计算单元以及工作人员控制端。3. 如权利要求1所述的一种用于污染场地信息采集与评估的自动化系统，其特征在 于：所述的自主移动式工作平台为承重超过10公斤的遥控四轮驱动小车。4. 一种污染场地信息采集与评估方法，其特征在于：通过自主移动式工作平台对发生 事故的污染场地进行污染信息采集，同时自主移动式工作平台集成的控制单元和计算单元 通过内建的评估方法模型对污染数据进行实时分析运算，获得地块污染情况、环境风险的 统计分析报表，并模拟生成直观的三维地块污染展示图表。5. 如权利要求4所述的一种污染场地信息采集与评估方法，其特征在于：所述的信息 采集，采集内容包括：场地土壤、水体、空气的理化特性，土壤、水体、空气中污染物浓度。6. 如权利要求4所述的一种污染场地信息采集与评估方法，其特征在于：污染场地信 息采集与评估的具体步骤： (1) 污染场地划分：通过定位功能自动循迹或手动移动划分出每个污染场地区域外 延； (2) 地块划分：基于污染测量需要划分出污染场地区域内的所有地块，并获得每个地 块的三维坐标数据； (3) 数据采集：通过传感器采集污染地块的土壤检测结果数据及周边水体和空气中的 有害物质数据； (4) 数据计算：计算单元基于污染场地风险评估方法自动进行数据运算，获得数据分 析结果和评估结果； (5) 评估结果展示：对各项评估结果进行图文形式和三维形式的展示，并支持导出和 打印。7. 如权利要求4所述的一种污染场地信息采集与评估方法，其特征在于：对污染场地 评估采用的模型有： ⑴暴露评估 针对不同区域规划功能，设定特征污染物可能对人体造成危害的情景，明确其中特征 污染物的各种暴露途径，确定污染物在环境介质与人体间的迀移暴露模型及其相关参数 值，计算污染物在各种暴露途径下所对应的暴露量，人体对场地污染物暴露的主要途径有 经口摄入土壤、皮肤接触土壤、吸入土壤颗粒物、吸入室外空气中来自场地的气态污染物、 吸入室内空气中来自土壤和地下水的气态污染物； 暴露量评估模型包括： ?经口摄入受污染土壤暴露量 住宅用地方式下，成人经口摄入对致癌物污染土壤的暴露量，根据以下公式计算：式中！OISERca -经口摄入对致癌物污染土壤的暴露量，kg 土壤· kg4体重· cT1; OSIRa -成人每日摄入土壤量，mg · 0-1; OSIRc -儿童每日摄入土壤量，mg · 0-1; EDa -成人暴露周期，a ; EDc -儿童暴露周期，a ; EFa -成人暴露频率，d · a、 EFc -儿童暴露频率，d · a4; BWa -成人体重，kg ;优先根据场地人群调查数据确定； BWc -儿童体重，kg ; ABSo -经口摄入人体吸收效率因子，无量纲； ATca -致癌效应的平均时间，d ; 对于单一污染物的非致癌效应，考虑人群在儿童期暴露受到的危害，经口摄入土壤途 径对应的土壤暴露量采用以下公式计算：ATnc -非致癌效应平均时间，d 鲁皮肤接触受污染土壤暴露量 住宅用地方式下，成人经皮肤接触对致癌物污染土壤的暴露量，根据以下公式计算：式中：DCSERca -皮肤接触对致癌物污染土壤的暴露量，kg 土壤· kg4体重· cT1; SAEa -成人暴露皮肤表面积，cm2; EDa -儿童暴露周期，a ; EDc -儿童暴露周期，a ; EFa -成人暴露频率，d · a、 EFc -儿童暴露频率，d · a4; SSARa -成人皮肤表面土壤粘附系数，mg · cnT2; SSARc -儿童皮肤表面土壤粘附系数，mg · cnT2; Ev -每日皮肤接触事件频率，次· d S ABSd-皮肤接触人体吸收效率因 子，无量纲； BWa -成人体重，kg ;优先根据场地人群调查数据确定； BWc -儿童体重，kg ; ATca -致癌效应的平均时间，d， 对于单一污染物的非致癌效应，考虑人群在儿童期暴露受到的危害；皮肤接触土壤途 径对应的土壤暴露量采用以下公式计算：?吸入受污染土壤颗粒物暴露量 住宅用地方式下，成人吸入空气中土壤颗粒物对致癌物污染土壤的暴露量，根据以下 公式计算：式中：PISERca -吸入颗粒物对致癌物污染土壤的暴露量，kg 土壤· kg4体重· cT1; TSP -空气中总悬浮颗粒物含量，mg 土壤· πΓ3; fspo -室外空气中来自土壤的颗粒物所占比例，无量纲； fspi -室内空气中来自土壤的颗粒物所占比例，无量纲； DAIRa -成人每日空气呼吸量，m3 · Cf1; DAIRc -儿童每日空气呼吸量，m3 · Cf1; EDa -成人暴露周期，a ; EDc -儿童暴露周期，a ; EFa -成人暴露频率，d · a、 EFc -儿童暴露频率，d · a4; PIAF -吸入土壤颗粒物在体内滞留比例，无量纲； BWa -成人体重，kg ;优先根据场地人群调查数据确定； BWc -儿童体重，kg ; ATca -致癌效应的平均时间，d， 对于单一污染物的非致癌效应，考虑人群在儿童期暴露受到的危害；吸入土壤颗粒物 途径对应的土壤暴露量采用公式计算：鲁吸入室外空气中的污染物蒸气暴露量 住宅用地方式下，成人吸入室外空气中致癌物蒸气对应的当量污染土壤和地下水暴露 量，根据以下公式计算：式中=IoVERcal -吸入室外空气中来自表层土壤的致癌物蒸气的当量污染土壤暴露 量，kg 土壤· kg<体重· d、 IoVERca2 -吸入室外空气中来自下层土壤的致癌物蒸气的当量污染土壤暴露量，kg 土壤· kg-1 体重· cT1; IoVERca3 -吸入室外空气中来自地下水的致癌物蒸气的当量地下水暴露量，L地下 水· kg-1体重· d VFsuroa -因表层土壤中污染物挥发对应的室外空气中土壤的浓度，kg · πΓ3; VFsuboa -因下层土壤中污染物挥发对应的室外空气中土壤的浓度，kg · πΓ3; VFgwoa -地下水中污染物挥发进入室外空气对应的地下水浓度，L · m-3 ; DAIRa -成人每日空气呼吸量，m3 · cT1; DAIRc -儿童每日空气呼吸量，m3 · cT1; EFOa -成人的室外暴露频率，d · a-1; EFOc :儿童的室外暴露频率，d · a、 EDa -成人暴露周期，a ; EDc -儿童暴露周期，a ; BWa -成人体重，kg ; BWc -儿童体重，kg ; ATca -致癌效应的平均时间，d ; 对于单一污染物的非致癌效应，考虑人群在儿童期暴露受到的危害；吸入室外空气中 来自场地表层土壤、下层土壤和地下水中的气态污染物对应的土壤和地下水暴露量，分别 采用以下公式计算：鲁吸入室内空气中的污染物蒸气暴露量 住宅用地方式下，成人吸入室内空气中致癌物蒸气对应的当量污染土壤暴露量，根据 以下公式计算：式中！IiVERcal -吸入室内空气中来自下层土壤的致癌物蒸气的当量污染土壤暴露 量，kg 土壤· kg<体重· d、 IiVERca2 -吸入室内空气中来自地下水的致癌物蒸气的当量地下水暴露量，L地下 水· kg-1体重· d VFsubia -下层土壤中污染物挥发进入室内空气对应的土壤浓度，kg · πΓ3; VFgwia -地下水中污染物挥发进入室内空气对应的地下水浓度，L · m_3; DAIRa -成人每日空气呼吸量，m3 · cT1; DAIRc -儿童每日空气呼吸量，m3 · cT1; EFIa -成人的室内暴露频率，d · a、 EFIc -儿童的室内暴露频率，d · a、 EDa -成人暴露周期，a ; EDc -儿童暴露周期，a ; BWa -成人体重，kg ; BWc -儿童体重，kg ; ATca -致癌效应的平均时间，d ; 对于单一污染物的非致癌效应，考虑人群在儿童期暴露受到的危害；吸入室内空气中 来自下层土壤和地下水中的气态污染物对应的土壤和地下水暴露量，分别采用以下公式计 算：⑵毒性参数获取 在暴露评估的基础上，分析特征污染物对人体的致癌危害和非致癌危害，在数据库中 有污染物对应的毒性参数值，包括参考剂量、参考浓度、致癌斜率因子和单位致癌因子； ⑶风险表征 在暴露评估和毒性评估的基础上，软件模块根据每个采样点样品中特征污染物分析浓 度数据，基于风险评估模型计算致癌风险值和危害商值，包括同种污染物每一种暴露途径 的风险值、同种污染物经所有暴露途径的风险值、所有污染物经所有暴露途径的总风险值， 并将风险值在场地范围内进行平面与3D图形化表征； 风险表征模型包括： ?经口摄入受污染土壤 经口摄入污染土壤的致癌性暴露风险，根据以下公式计算： CRois=OISERcaXCsurXSF0 式中：CRras-经口摄入暴露于污染土壤的致癌风险，无量纲； OISERea-经口摄入对致癌物污染土壤的暴露量，kg 土壤· kg 4体重· (T1; Csur-表层土壤中污染物浓度，mg · kg 4; SFo -经口摄入吸收致癌斜率因子，（mg污染物· kg4体重· 0-1)、 鲁皮肤接触受污染土壤 皮肤接触污染土壤的致癌性暴露风险，根据以下公式计算： CRncs=DCSERcaXCsurXSFd 式中：CRircs-皮肤接触暴露于污染土壤的致癌风险，无量纲； DCSERea-皮肤接触对致癌物污染土壤的暴露量，kg 土壤· kg 4体重· 0-1; Csur-表层土壤中污染物浓度，mg · kg 4; SFd -皮肤接触吸收致癌斜率因子，（mg污染物· kg<体重· 0-1)、 ?吸入受污染土壤颗粒物 吸入受污染土壤颗粒物的致癌性暴露风险，根据以下公式计算： CRpis=PISERcaXCsurXSFi 式中：CRpis-吸入颗粒物暴露于污染土壤的致癌风险，无量纲； PISERea+吸入颗粒物对致癌物污染土壤的暴露量，kg 土壤· kg 4体重· cT1; Csur-表层土壤中污染物浓度，mg · kg 4; SFi -呼吸吸入吸收致癌斜率因子，（mg污染物· kg<体重· d-1) η; ?吸入室外空气中污染物蒸气 吸入室外空气中污染物蒸气的致癌性暴露风险，根据以下公式计算： CRlov= (IoVERcalXCsur+IoVERca2XCsu^IoVER ca3XCgw) XSFi 式中：CRltjv-吸入室外空气暴露于污染土壤的致癌风险，无量纲； IoVERm1 -吸入室外空气中来自表层土壤的致癌物蒸气的当量污染土壤暴露量，kg 土 壤· kg-1 体重· 0-1; IoVERm2 -吸入室外空气中来自下层土壤的致癌物蒸气的当量污染土壤暴露量，kg 土 壤· kg-1 体重· 0-1; IoVERm3-吸入室外空气中来自地下水的致癌物蒸气的当量地下水暴露量，L地下 水· kg-1体重· d Csur-表层土壤中污染物浓度，mg · kg 4; Csub-下层土壤中污染物浓度，mg · kg、 Cgw-地下水中污染物浓度，mg · L、 SFi -呼吸吸入吸收致癌斜率因子，（mg污染物· kg<体重· (T1)-I ; ?吸入室内空气中污染物蒸气 吸入室内空气污染物蒸气的致癌性暴露风险，根据以下公式计算： CRliv= (IiVERcalXCsub+IIVERca2XCgw) XSFi 式中：CRliv-吸入室内空气暴露于污染土壤的致癌风险，无量纲； IiVERMl -吸入室内空气中来自下层土壤的致癌物蒸气的当量污染土壤暴露量，kg 土 壤· kg-1 体重· 0-1; IiVERea2-吸入室内空气中来自地下水的致癌物蒸气的当量地下水暴露量，L地下 水· kg-1体重· d Csub -下层土壤中污染物浓度，mg · kg-1; Cgw -地下水中污染物浓度，mg · ΙΛ SFi -呼吸吸入吸收致癌斜率因子，（mg污染物· kg<体重· 0-1)、 ?所有暴露途径综合致癌风险 经所有途径对单一土壤污染物的致癌性暴露风险，根据以下公式计算：CRn= CRras+CRD。 s+CRPIS+CRI0V+CRIiV+CR CGff 式中：CRn -经所有暴露途径暴露于单一污染物（第η种）的致癌风险，无量纲； CRras-经口摄入暴露于污染土壤的致癌风险，无量纲； CRdcs-皮肤接触暴露于污染土壤的致癌风险，无量纲； CRisp-吸入颗粒物暴露于污染土壤的致癌风险，无量纲； CRltjv -吸入室外空气暴露于污染土壤的致癌风险，无量纲； CRliv -吸入室内空气暴露于污染土壤的致癌风险，无量纲； ?所有关注污染物总致癌风险 所有关注污染物经所有途径的致癌性暴露风险，根据以下公式计算：式中：CRsum -全部η种关注污染物的总致癌风险，无量纲； 最终模拟计算出各地块的风险值，通过图形处理技术将风险值图像化，形成平面图与 3D立体图，进而形象表达场地风险特征。8.如权利要求4所述的一种污染场地信息采集与评估方法，其特征在于：所述的三维 地块污染展示图表具有坐标和编号体系，可以准确的表现每个地块的位置和形状，并按照 污染数值、程度、评估等级界限以颜色进行显示，用准确的方式让人直观了解污染情况；同 时该三维展示形式支持旋转切换视角和场景自由漫游，不会对观察者产生任何限制。
【专利摘要】一种用于污染场地信息采集与评估的自动化系统及采集与评估的方法，通过搭载自主移动式工作平台对发生事故的污染场地进行污染信息采集，同时系统中的计算单元能够基于污染场地风险评估方法对污染数据进行实时分析运算，获得地块污染情况统计分析数据，并输出直观的报表和三维地块污染展示图表等结果，从而达到自动化污染场地风险评估目标，对环境污染事故的快速决策提供工具支持，对提高污染评估和污染治理的效率具有突出作用。
【IPC分类】G06F19/00
【公开号】CN104881575
【申请号】CN201510246541
【发明人】张广鑫, 邵春岩, 陈刚, 王坚, 李述贤, 张昕楠
【申请人】沈阳环境科学研究院
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月14日