[發明專利]一種用于污染場地信息采集與評估的自動化系統及采集與評估的方法

在審

• 申請號: 201510246541.7
• 申請日: 2015-05-14
• 公開（公告）號: CN104881575A
• 公開（公告）日: 2015-09-02
• 發明（設計）人: 張廣鑫;邵春巖;陳剛;王堅;李述賢;張昕楠
• 申請（專利權）人: 沈陽環境科學研究院
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 沈陽維特專利商標事務所(普通合伙) 21229
• 代理人: 李緒巖

1.一種用于污染場地信息采集與評估的自動化系統，其特征在于：包括自主移動式工作平臺，控制單元，傳感單元，計算單元，環境傳感器，土壤傳感器，視覺傳感器和聲音傳感器；土壤傳感器，視覺傳感器和聲音傳感器采用并聯方式將數據傳遞給傳感單元，傳感單元再在將數據傳輸給控制單元和計算單元，控制單元控制自主移動式工作平臺、傳感單元和計算單元。

2.如權利要求1所述的一種用于污染場地信息采集與評估的自動化系統,其特征在于：所述的自主移動式工作平臺支持實時GPS定位，可隨時將平臺所處位置的精確GPS數據傳輸到控制單元、計算單元以及工作人員控制端。

3.如權利要求1所述的一種用于污染場地信息采集與評估的自動化系統,其特征在于：所述的自主移動式工作平臺為承重超過10公斤的遙控四輪驅動小車。

4.一種污染場地信息采集與評估方法，其特征在于：通過自主移動式工作平臺對發生事故的污染場地進行污染信息采集，同時自主移動式工作平臺集成的控制單元和計算單元通過內建的評估方法模型對污染數據進行實時分析運算，獲得地塊污染情況、環境風險的統計分析報表，并模擬生成直觀的三維地塊污染展示圖表。

5.如權利要求4所述的一種污染場地信息采集與評估方法，其特征在于：所述的信息采集，采集內容包括：場地土壤、水體、空氣的理化特性，土壤、水體、空氣中污染物濃度。

6.如權利要求4所述的一種污染場地信息采集與評估方法，其特征在于：污染場地信息采集與評估的具體步驟：

(1)污染場地劃分：通過定位功能自動循跡或手動移動劃分出每個污染場地區域外延；

(2)地塊劃分：基于污染測量需要劃分出污染場地區域內的所有地塊，并獲得每個地塊的三維坐標數據；

(3)數據采集：通過傳感器采集污染地塊的土壤檢測結果數據及周邊水體和空氣中的有害物質數據；

(4)數據計算：計算單元基于污染場地風險評估方法自動進行數據運算，獲得數據分析結果和評估結果；

(5)評估結果展示：對各項評估結果進行圖文形式和三維形式的展示，并支持導出和打印。

7.如權利要求4所述的一種污染場地信息采集與評估方法，其特征在于：對污染場地評估采用的模型有：

⑴暴露評估

針對不同區域規劃功能，設定特征污染物可能對人體造成危害的情景，明確其中特征污染物的各種暴露途徑，確定污染物在環境介質與人體間的遷移暴露模型及其相關參數值，計算污染物在各種暴露途徑下所對應的暴露量，人體對場地污染物暴露的主要途徑有經口攝入土壤、皮膚接觸土壤、吸入土壤顆粒物、吸入室外空氣中來自場地的氣態污染物、吸入室內空氣中來自土壤和地下水的氣態污染物；

暴露量評估模型包括：

●經口攝入受污染土壤暴露量

住宅用地方式下，成人經口攝入對致癌物污染土壤的暴露量，根據以下公式計算：

OISERca=(OSIRc×EDc×EFcBWc+OSIRa×EDa×EFaBWa)×ABSoATca×10-6]]>

式中：OISERca－經口攝入對致癌物污染土壤的暴露量，kg土壤·kg^-1體重·d^-1；

OSIRa－成人每日攝入土壤量，mg·d^-1；

OSIRc－兒童每日攝入土壤量，mg·d^-1；

EDa－成人暴露周期，a；

EDc－兒童暴露周期，a；

EFa－成人暴露頻率，d·a^-1；

EFc－兒童暴露頻率，d·a^-1；

BWa－成人體重，kg；優先根據場地人群調查數據確定；

BWc－兒童體重，kg；

ABSo－經口攝入人體吸收效率因子，無量綱；

ATca－致癌效應的平均時間，d；

對于單一污染物的非致癌效應，考慮人群在兒童期暴露受到的危害，經口攝入土壤途徑對應的土壤暴露量采用以下公式計算：

OISERnc=OSIRc×EDc×EFc×ABSoBWc×ATnc×10-6]]>

ATnc－非致癌效應平均時間，d

●皮膚接觸受污染土壤暴露量

住宅用地方式下，成人經皮膚接觸對致癌物污染土壤的暴露量，根據以下公式計算：

DCSERca=SAEc×SSARc×EFc×EDc×Ev×ABSdBWc×ATca×10-6+SAEa×SSARa×EFa×EDa×Ev×ABSdBWa×ATca×10-6]]>

式中：DCSERca－皮膚接觸對致癌物污染土壤的暴露量，kg土壤·kg^-1體重·d^-1；

SAEa－成人暴露皮膚表面積，cm²；

EDa－兒童暴露周期，a；

EDc－兒童暴露周期，a；

EFa－成人暴露頻率，d·a^-1；

EFc－兒童暴露頻率，d·a^-1；

SSARa－成人皮膚表面土壤粘附系數，mg·cm^-2；

SSARc－兒童皮膚表面土壤粘附系數，mg·cm^-2；

Ev－每日皮膚接觸事件頻率，次·d^-1；

ABS_d－皮膚接觸人體吸收效率因子，無量綱；

BWa－成人體重，kg；優先根據場地人群調查數據確定；

BWc－兒童體重，kg；

ATca－致癌效應的平均時間，d，

對于單一污染物的非致癌效應，考慮人群在兒童期暴露受到的危害；皮膚接觸土壤途徑對應的土壤暴露量采用以下公式計算：

DCSERnc=SAEc×SSARc×EFc×EDc×Ev×ABSdBWc×ATnc×10-6]]>

●吸入受污染土壤顆粒物暴露量

住宅用地方式下，成人吸入空氣中土壤顆粒物對致癌物污染土壤的暴露量，根據以下公式計算：

PISERca=PM10×DAIRc×EDc×PIAF×(fspo×EFOc+fspi×EFIc)BWc×ATca×10-6+PM10×DAIRa×EDa×PIAF×(fspo×EFOa+fspi×EFIa)BWa×ATca×10-6]]>

式中：PISERca－吸入顆粒物對致癌物污染土壤的暴露量，kg土壤·kg^-1體重·d^-1；

TSP－空氣中總懸浮顆粒物含量，mg土壤·m^-3；

fspo－室外空氣中來自土壤的顆粒物所占比例，無量綱；

fspi－室內空氣中來自土壤的顆粒物所占比例，無量綱；

DAIRa－成人每日空氣呼吸量，m³·d^-1；

DAIRc－兒童每日空氣呼吸量，m³·d^-1；

EDa－成人暴露周期，a；

EDc－兒童暴露周期，a；

EFa－成人暴露頻率，d·a^-1；

EFc－兒童暴露頻率，d·a^-1；

PIAF－吸入土壤顆粒物在體內滯留比例，無量綱；

BWa－成人體重，kg；優先根據場地人群調查數據確定；

BWc－兒童體重，kg；

ATca－致癌效應的平均時間，d，

對于單一污染物的非致癌效應，考慮人群在兒童期暴露受到的危害；吸入土壤顆粒物途徑對應的土壤暴露量采用公式計算：

PISERnc=PM10×DAIRc×EDc×PIAF×(fspo×EFOc+fspi×EFIc)BWc×ATnc×10-6]]>

●吸入室外空氣中的污染物蒸氣暴露量

住宅用地方式下，成人吸入室外空氣中致癌物蒸氣對應的當量污染土壤和地下水暴露量，根據以下公式計算：

IoVERca1=VFsuroa×(DAIRc×EFOc×EDcBWc×ATca+DAIRa×EFOa×EDaBWa×ATca)]]>

IoVERca2=VFsuboa×(DAIRc×EFOc×EDcBWc×ATca+DAIRa×EFOa×EDaBWa×ATca)]]>

IoVERca3=VFgwoa×(DAIRc×EFOc×EDcBWc×ATca+DAIRa×EFOa×EDaBWa×ATca)]]>

式中：IoVERca1－吸入室外空氣中來自表層土壤的致癌物蒸氣的當量污染土壤暴露量，kg土壤·kg^-1體重·d^-1；

IoVERca2－吸入室外空氣中來自下層土壤的致癌物蒸氣的當量污染土壤暴露量，kg土壤·kg^-1體重·d^-1；

IoVERca3－吸入室外空氣中來自地下水的致癌物蒸氣的當量地下水暴露量，L地下水·kg^-1體重·d^-1；

VFsuroa－因表層土壤中污染物揮發對應的室外空氣中土壤的濃度，kg·m^-3；

VFsuboa－因下層土壤中污染物揮發對應的室外空氣中土壤的濃度，kg·m^-3；

VFgwoa－地下水中污染物揮發進入室外空氣對應的地下水濃度，L·m-3；

DAIRa－成人每日空氣呼吸量，m³·d^-1；

DAIRc－兒童每日空氣呼吸量，m³·d^-1；

EFOa－成人的室外暴露頻率，d·a^-1；

EFOc：兒童的室外暴露頻率，d·a^-1；

EDa－成人暴露周期，a；

EDc－兒童暴露周期，a；

BWa－成人體重，kg；

BWc－兒童體重，kg；

ATca－致癌效應的平均時間，d；

對于單一污染物的非致癌效應，考慮人群在兒童期暴露受到的危害；吸入室外空氣中來自場地表層土壤、下層土壤和地下水中的氣態污染物對應的土壤和地下水暴露量，分別采用以下公式計算：

IoVERnc1=VFsuroa×DAIRc×EFOc×EDcBWc×ATnc]]>

IoVERnc2=VFsuboa×DAIRc×EFOc×EDcBWc×ATnc]]>

IoVERnc3=VFgqoa×DAIRc×EFOc×EDcBWc×ATnc]]>

●吸入室內空氣中的污染物蒸氣暴露量

住宅用地方式下，成人吸入室內空氣中致癌物蒸氣對應的當量污染土壤暴露量，根據以下公式計算：

IiVERca1=VFsubia×(DAIRc×EFIc×EDcBWc×ATca+DAIRa×EFIa×EDaBWa×ATca)]]>

IiVERca2=VFgqia×(DAIRc×EFIc×EDcBWc×ATca+DAIRa×EFIa×EDaBWa×ATca)]]>

式中：IiVERca1－吸入室內空氣中來自下層土壤的致癌物蒸氣的當量污染土壤暴露量，kg土壤·kg^-1體重·d^-1；

IiVERca2－吸入室內空氣中來自地下水的致癌物蒸氣的當量地下水暴露量，L地下水·kg^-1體重·d^-1；

VFsubia－下層土壤中污染物揮發進入室內空氣對應的土壤濃度，kg·m^-3；

VFgwia－地下水中污染物揮發進入室內空氣對應的地下水濃度，L·m^-3；

DAIRa－成人每日空氣呼吸量，m³·d^-1；

DAIRc－兒童每日空氣呼吸量，m³·d^-1；

EFIa－成人的室內暴露頻率，d·a^-1；

EFIc－兒童的室內暴露頻率，d·a^-1；

EDa－成人暴露周期，a；

EDc－兒童暴露周期，a；

BWa－成人體重，kg；

BWc－兒童體重，kg；

ATca－致癌效應的平均時間，d；

對于單一污染物的非致癌效應，考慮人群在兒童期暴露受到的危害；吸入室內空氣中來自下層土壤和地下水中的氣態污染物對應的土壤和地下水暴露量，分別采用以下公式計算：

IiVERnc1=VFsubia×DAIRc×EFIc×EDcBWc×ATnc]]>

IiVERnc2=VFgwia×DAIRc×EFIc×EDcBWc×ATnc]]>

⑵毒性參數獲取

在暴露評估的基礎上，分析特征污染物對人體的致癌危害和非致癌危害，在數據庫中有污染物對應的毒性參數值，包括參考劑量、參考濃度、致癌斜率因子和單位致癌因子；

⑶風險表征

在暴露評估和毒性評估的基礎上，軟件模塊根據每個采樣點樣品中特征污染物分析濃度數據，基于風險評估模型計算致癌風險值和危害商值，包括同種污染物每一種暴露途徑的風險值、同種污染物經所有暴露途徑的風險值、所有污染物經所有暴露途徑的總風險值，并將風險值在場地范圍內進行平面與3D圖形化表征；

風險表征模型包括：

●經口攝入受污染土壤

經口攝入污染土壤的致癌性暴露風險，根據以下公式計算：

CR_OIS＝OISER_ca×C_sur×SF_o

式中：CR_OIS－經口攝入暴露于污染土壤的致癌風險，無量綱；

OISER_ca－經口攝入對致癌物污染土壤的暴露量，kg土壤·kg^-1體重·d^-1；

C_sur－表層土壤中污染物濃度，mg·kg^-1；

SFo－經口攝入吸收致癌斜率因子，(mg污染物·kg^-1體重·d^-1)^-1；

●皮膚接觸受污染土壤

皮膚接觸污染土壤的致癌性暴露風險，根據以下公式計算：

CR_DCS＝DCSER_ca×C_sur×SF_d

式中：CR_DCS－皮膚接觸暴露于污染土壤的致癌風險，無量綱；

DCSER_ca－皮膚接觸對致癌物污染土壤的暴露量，kg土壤·kg^-1體重·d^-1；

C_sur－表層土壤中污染物濃度，mg·kg^-1；

SFd－皮膚接觸吸收致癌斜率因子，(mg污染物·kg^-1體重·d^-1)^-1；

●吸入受污染土壤顆粒物

吸入受污染土壤顆粒物的致癌性暴露風險，根據以下公式計算：

CR_PIS＝PISER_ca×C_sur×SF_i

式中：CR_PIS－吸入顆粒物暴露于污染土壤的致癌風險，無量綱；

PISER_ca－吸入顆粒物對致癌物污染土壤的暴露量，kg土壤·kg^-1體重·d^-1；

C_sur－表層土壤中污染物濃度，mg·kg^-1；

SFi－呼吸吸入吸收致癌斜率因子，(mg污染物·kg^-1體重·d-1)^-1；

●吸入室外空氣中污染物蒸氣

吸入室外空氣中污染物蒸氣的致癌性暴露風險，根據以下公式計算：

CR_IoV＝(IoVER_ca1×C_sur+IoVER_ca2×C_sub+IoVER_ca3×C_gw)×SF_i

式中：CR_IoV－吸入室外空氣暴露于污染土壤的致癌風險，無量綱；

IoVER_ca1－吸入室外空氣中來自表層土壤的致癌物蒸氣的當量污染土壤暴露量，kg土壤·kg^-1體重·d^-1；

IoVER_ca2－吸入室外空氣中來自下層土壤的致癌物蒸氣的當量污染土壤暴露量，kg土壤·kg^-1體重·d^-1；

IoVER_ca3－吸入室外空氣中來自地下水的致癌物蒸氣的當量地下水暴露量，L地下水·kg^-1體重·d^-1；

C_sur－表層土壤中污染物濃度，mg·kg^-1；

C_sub－下層土壤中污染物濃度，mg·kg^-1；

C_gw－地下水中污染物濃度，mg·L^-1；

SFi－呼吸吸入吸收致癌斜率因子，(mg污染物·kg^-1體重·d^-1)-1；

●吸入室內空氣中污染物蒸氣

吸入室內空氣污染物蒸氣的致癌性暴露風險，根據以下公式計算：

CR_IiV＝(IiVER_ca1×C_sub+IiVER_ca2×C_gw)×SF_i

式中：CR_IiV－吸入室內空氣暴露于污染土壤的致癌風險，無量綱；

IiVER_ca1－吸入室內空氣中來自下層土壤的致癌物蒸氣的當量污染土壤暴露量，kg土壤·kg^-1體重·d^-1；

IiVER_ca2－吸入室內空氣中來自地下水的致癌物蒸氣的當量地下水暴露量，L地下水·kg^-1體重·d^-1；

Csub－下層土壤中污染物濃度，mg·kg^-1；

Cgw－地下水中污染物濃度，mg·L^-1；

SFi－呼吸吸入吸收致癌斜率因子，(mg污染物·kg^-1體重·d^-1)^-1；

●所有暴露途徑綜合致癌風險

經所有途徑對單一土壤污染物的致癌性暴露風險，根據以下公式計算：CR_n＝CR_OIS+CR_DCS+CR_PIS+CR_IOV+CR_IiV+CR_CGW

式中：CRn－經所有暴露途徑暴露于單一污染物(第n種)的致癌風險，無量綱；

CR_OIS－經口攝入暴露于污染土壤的致癌風險，無量綱；

CR_DCS－皮膚接觸暴露于污染土壤的致癌風險，無量綱；

CR_ISP－吸入顆粒物暴露于污染土壤的致癌風險，無量綱；

CR_IoV－吸入室外空氣暴露于污染土壤的致癌風險，無量綱；

CR_IiV－吸入室內空氣暴露于污染土壤的致癌風險，無量綱；

●所有關注污染物總致癌風險

所有關注污染物經所有途徑的致癌性暴露風險，根據以下公式計算：

CRsum=Σ1nCRn]]>

式中：CRsum－全部n種關注污染物的總致癌風險，無量綱；

最終模擬計算出各地塊的風險值，通過圖形處理技術將風險值圖像化，形成平面圖與3D立體圖，進而形象表達場地風險特征。

8.如權利要求4所述的一種污染場地信息采集與評估方法，其特征在于：所述的三維地塊污染展示圖表具有坐標和編號體系，可以準確的表現每個地塊的位置和形狀，并按照污染數值、程度、評估等級界限以顏色進行顯示，用準確的方式讓人直觀了解污染情況；同時該三維展示形式支持旋轉切換視角和場景自由漫游，不會對觀察者產生任何限制。