環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量評估體系框架研究

任紅萍 唐哲兵 唐瀟

(陜西省環(huán)境監(jiān)測中心站， 陜西 西安 710054)

環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量評估體系框架研究

任紅萍 唐哲兵 唐瀟

(陜西省環(huán)境監(jiān)測中心站， 陜西 西安 710054)

開展環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量評估是提高環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量的有效手段，本文通過搭建環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)評估體系框架，為環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量管理工作探索一項新的質(zhì)量控制技術(shù)。

數(shù)據(jù)；質(zhì)量；評估；研究

環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量是環(huán)境監(jiān)測工作的“生命線”，環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的科學性、規(guī)范性、相關(guān)性、代表性和準確性是政府環(huán)境決策和經(jīng)濟發(fā)展決策科學性、針對性、可行性的保障，也是維護公民合法環(huán)境權(quán)益的基礎(chǔ)。因此，開展環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量評估成為提高環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量的有效手段。目前，我國環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量尚無完整的評估體系，本文在構(gòu)建監(jiān)測數(shù)據(jù)評估體系框架的同時，為環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量管理工作探索一項全新的質(zhì)量控制技術(shù)。

1 評估體系框架設(shè)計路線

依托計算機網(wǎng)絡(luò)平臺架構(gòu)五個系統(tǒng)：登錄系統(tǒng)、數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)、數(shù)據(jù)檢索系統(tǒng)、數(shù)據(jù)質(zhì)量評估系統(tǒng)、數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)。通過這五個系統(tǒng)，重點實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的輸入、輸出、檢索、評估等。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如下：

系統(tǒng)采用三層架構(gòu)：數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、功能層。

(1)數(shù)據(jù)層：利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中存儲與管理，主要包括源數(shù)據(jù)庫、評估后數(shù)據(jù)庫、異常值數(shù)據(jù)庫。源數(shù)據(jù)庫主要存放原始監(jiān)測數(shù)據(jù)；評估后數(shù)據(jù)庫主要存放剔除異常數(shù)據(jù)后的準確數(shù)據(jù)；異常值數(shù)據(jù)庫主要存放剔除的異常值。

(2)功能層：建立與數(shù)據(jù)庫的鏈接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)剔除、數(shù)據(jù)可視化顯示等工作，并處理應(yīng)用層與數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)的交互任務(wù)。

(3)應(yīng)用層：基于圖形界面的用戶應(yīng)用接口，采用圖形用戶接口，進行人機交互操作，進行數(shù)據(jù)輸入與數(shù)據(jù)輸出，實現(xiàn)用戶與功能層的對話功能。

2 評估體系框架技術(shù)模型

(1)閾值檢驗法 閾值檢驗法是基于區(qū)域環(huán)境要素時空分布和變化規(guī)律，在分析研究已有的長期監(jiān)測結(jié)果的基礎(chǔ)上，確定的符合區(qū)域環(huán)境特征的各監(jiān)測要素正常取值范圍(即閾值)，并通過數(shù)據(jù)比對判別異常值。如：陜西省渭河及漢丹江流域的斷面監(jiān)測、全省空氣自動站點的監(jiān)測等，都是長期監(jiān)測任務(wù)，目前已積累了近30年的數(shù)據(jù)，對于這些監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境要素的環(huán)境特征已經(jīng)有了一定基礎(chǔ)，這些區(qū)域的監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量評估就可以充分運用閾值檢驗法。閾值檢驗法操作簡單、直接，能夠有效地檢驗出極端異常的數(shù)據(jù)。

(2)相關(guān)性檢驗法 由于自然界物質(zhì)具有自身的化學性質(zhì)，遵循一定的自然規(guī)律，環(huán)境監(jiān)測中的一些項目間必然存在一定的相關(guān)性。

如水質(zhì)監(jiān)測中，一般情況下化學需氧量(COD cr)與五日生化需氧量(BOD5)和高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)之間的關(guān)系表現(xiàn)為： CODcr＞ CODMn，CODcr＞ BOD5；三氮中總氮(TN)是有機氮(TON)和無機氮(TIN)的總和，無機氮的量不應(yīng)大于總氮的量；總磷(TP)是指水中正磷酸鹽、聚合磷酸鹽、可水解磷酸鹽以及有機磷的總濃度值，則正磷酸鹽、聚合磷酸鹽、可水解磷酸鹽的總和不應(yīng)大于總磷；六價鉻的濃度不能大于總鉻的濃度；河口、小區(qū)域的環(huán)境要素具有一定的相關(guān)性等。在大氣監(jiān)測中，一般情況下顆粒物PM10不能大于總懸浮顆粒物TSP，顆粒物PM2.5不能大于顆粒物 PM10等。

(3)數(shù)理統(tǒng)計檢驗法 數(shù)理統(tǒng)計是以概率論為基礎(chǔ)的一門學科分支，在此系統(tǒng)中的應(yīng)用目的主要是將搜集到的數(shù)據(jù)進行整理歸納，在形成數(shù)、表、圖的同時計算出需要的統(tǒng)計量。

① 測量值的相對位置。表示測量值相對位置的百分位數(shù)或四分位數(shù)對于數(shù)據(jù)匯總是十分有益的，是一個大于或等于給定數(shù)據(jù)值百分比的數(shù)據(jù)值，有多種方法計算樣品的百分位數(shù)，但最常見的重要的百分位數(shù)是四分位數(shù)。50th被稱為中位數(shù)，而25th和75th則經(jīng)常用來估計數(shù)據(jù)集的分散程度。對于環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)來說，90th、95th、99th百分位數(shù)也同樣重要，因為我們總是希望有90%、95%或99%的把握確保污染物的水平低于一個固定的風險水平。公式如下：

②測量值的中心趨勢。測量值的中心趨勢表征數(shù)據(jù)集的中心，最常見的是平均值、中位數(shù)和眾數(shù)。平均值是數(shù)據(jù)集的“重心”，受極端值以及未檢出數(shù)據(jù)的影響；中位數(shù)不受極端值的影響，而且適用于處理那些存在大量未檢出的數(shù)據(jù)集；眾數(shù)是發(fā)生頻率最大的數(shù)值，可能不存在或者并不是唯一的。公式如下：

中位數(shù)：當n為奇數(shù)時，

③測量偏差

一個數(shù)據(jù)集中測量值的偏差包括：極差、方差、標準偏差和變異系數(shù)。一般來說，極差可充分代表數(shù)據(jù)集的離散程度；方差說明數(shù)據(jù)離平均值的遠近程度；變異系數(shù)可用來比較交叉的多個數(shù)據(jù)集的離散程度。公式如下：

④測量值的相關(guān)性。在環(huán)境監(jiān)測中每個采樣點都有數(shù)個特征變量，當我們要了解兩個或兩個以上變量之間的關(guān)系或相關(guān)程度時，相關(guān)系數(shù)就成了衡量的標準。公式如下：

皮爾遜相關(guān)系數(shù)：用于衡量兩個變量之間的線性相關(guān)程度，相關(guān)系數(shù)接近+1是為正相關(guān)，說明一個變量增加，另一個變量也增加；相關(guān)系數(shù)接近-1是為負相關(guān)，說明一個變量增加，另一個變量減少。他的一個重要性質(zhì)是不受數(shù)據(jù)位置變化和范圍變化的影響，對一個或兩個極端值的存在，是相當敏感的。

斯皮爾曼秩相關(guān)：是皮爾遜相關(guān)系數(shù)的替代或補充，它是用X和Y的秩代替數(shù)值X和Y來計算相關(guān)系數(shù)，具有可取的性質(zhì)，因此它受極端值的影響較小。

3 結(jié)語

開展環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量評估體系框架研究是滿足環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量管理工作需求，是實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)科學性、可靠性、代表性、準確性評估的快捷而有效的手段。本研究根據(jù)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的特征和應(yīng)用服務(wù)的實際需求，對適用于環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量評估體系框架模型進行了探討研究，構(gòu)建了環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量評估體系，實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動分析與質(zhì)量評估功能。

[1]沈陽市環(huán)境監(jiān)測中心站編.環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量管理與控制技術(shù)指南.中國環(huán)境科學出版社,2010,(12).

[2]薛念濤主編.環(huán)境監(jiān)測的全面質(zhì)量管理.中國建筑工業(yè)出版社,2008,(12).

Research on the evaluation framework of environmental monitoring data quality assessment system

Environmental monitoring data quality assessment is an effective method to improve the quality of environmental monitoring data.In this article,by demonstrating the setup of the environmental monitoring data evaluation system framework,therefrom we will explore a new quality control technique for environmental monitoring quality management.

Data; Quality; Assessment; Research

任紅萍(1965-)，女，高級工程師，現(xiàn)任陜西省環(huán)境監(jiān)測中心站質(zhì)量管理中心主任，主要從事環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量管理工作。