大數(shù)據(jù)技術在大氣監(jiān)測中的應用

卞志浩

（張家港市環(huán)境監(jiān)測站，江蘇 張家港 215600）

我國正在逐步建設生態(tài)文明社會，因此在社會發(fā)展的過程中更加注重環(huán)境保護。而在環(huán)境污染防治中，大氣環(huán)境與人們的生活息息相關，因此大氣污染數(shù)據(jù)將極大影響生態(tài)文明建設的進程。大氣污染監(jiān)測部門能夠利用有效的數(shù)據(jù)來對大氣污染程度進行監(jiān)測，有效監(jiān)控大氣污染，并且進行大氣環(huán)境污染的數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作。通過開展一系列監(jiān)測，大氣污染監(jiān)測部門積累了大量數(shù)據(jù)資源，這些數(shù)據(jù)一般采用聯(lián)網(wǎng)發(fā)布的形式，在日積月累的過程中逐步形成了大數(shù)據(jù)的特征，在數(shù)據(jù)規(guī)模上具有海量特征。大氣監(jiān)測數(shù)據(jù)具有較強的流動性，整體數(shù)據(jù)類型多種多樣，具備較高的資源價值，在大氣污染防治和大氣環(huán)境保護中可以發(fā)揮重要的作用，使人明確大氣污染防治方向。大氣數(shù)據(jù)監(jiān)測技術受到各種數(shù)據(jù)統(tǒng)計信息的影響，使得監(jiān)測結果具有一定誤差，并不具備相應的準確性，代表性比較差。因此，相關技術人員需要將大數(shù)據(jù)技術應用于大氣污染環(huán)境治理中，進而為建設生態(tài)文明社會提供助力。

信息數(shù)據(jù)在各行各業(yè)中大量產生，并且伴隨著傳媒的渠道推廣至全社會每一層面上，為人民的生活提供便利服務[1-2]。因此，信息存儲與處理功能日漸突出，環(huán)境建設部門在環(huán)境統(tǒng)計和科研過程中所累積的數(shù)據(jù)信息能夠有效用于生產實踐研究，人們必須提高數(shù)據(jù)信息采集和統(tǒng)計效率，進而為大氣污染防治提供更有效的技術支撐。

1 大數(shù)據(jù)技術應用于大氣監(jiān)測的關鍵要點

1.1 秉持開放性思維，堅持創(chuàng)新性觀點

為了有效發(fā)揮大數(shù)據(jù)資源所帶來的整體效應，人們必須充分挖掘其資源價值，在整體應用過程中體現(xiàn)其開放性的思維。比如，在大氣污染監(jiān)測中，必須加大監(jiān)測力度，環(huán)境監(jiān)測部門要將監(jiān)測結果向公眾開放，將污染程度的知情權重新賦予群眾。同時，環(huán)境監(jiān)測部門需要將大氣監(jiān)測數(shù)據(jù)運用到大氣污染防治工作中，政府部門的主要工作是搭建大氣數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺，適時引入激勵機制，將企業(yè)和個人的環(huán)境監(jiān)測設備納入整個大氣污染監(jiān)測網(wǎng)絡中，作為政府環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡的有效補充。

政府部門需要擴大大氣數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺中的數(shù)據(jù)開放力度，在選擇空氣監(jiān)測網(wǎng)絡設備時將移動式和穿戴式設備納入整體監(jiān)測系統(tǒng)，這種較為靈活方便的布點方式能夠有效解決大氣監(jiān)測數(shù)據(jù)點密度不符合國家標準要求的問題。對一些無法到達的地方，可以采用移動設備對移動污染源進行有效監(jiān)控，以提高大氣數(shù)據(jù)監(jiān)測的有效性，提高其整體應用性，并且數(shù)據(jù)監(jiān)測期間可以利用數(shù)據(jù)分析的方法，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行校正和有效處理。

1.2 支持數(shù)據(jù)共享的原則

大氣監(jiān)測和大氣污染防治不能僅僅依靠環(huán)境保護部門單打獨斗，其工作任務的完成需要多部門協(xié)同。在大氣污染防治中，由于污染具有移動性，因此日常監(jiān)測面臨復雜的環(huán)境，必須加強數(shù)據(jù)的共享性。在較為低廉的使用成本下，數(shù)據(jù)共享可以使數(shù)據(jù)資源發(fā)揮最大的潛力，得到最大程度的利用。在大氣監(jiān)測數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)就如同石油資源一樣，擁有顯著的使用價值，但數(shù)據(jù)只有產生流動性，通過共享，才能發(fā)揮更大的使用價值。

我國應大力提升大氣監(jiān)測數(shù)據(jù)的開放性和共享性，諸多部門獲取環(huán)保數(shù)據(jù)成本過高，共享機制和合作機制還不夠顯著，因此無法滿足數(shù)據(jù)共享平臺的需求。為了達到支持數(shù)據(jù)共享的目的，相關部門必須打破壟斷，加強數(shù)據(jù)共通，完善合作機制，突破地域限制。相關部門需要消除數(shù)據(jù)共享會給自身帶來不利影響這種錯誤認識，大膽摸索數(shù)據(jù)管理經(jīng)驗，只有讓數(shù)據(jù)在共享中充分流動起來，大數(shù)據(jù)資源才能真正發(fā)揮應有的價值，才能實現(xiàn)充分利用。

1.3 行業(yè)壁壘要消除

監(jiān)測人員可以利用大氣監(jiān)測數(shù)據(jù)來綜合治理大氣污染，如果大氣污染監(jiān)測的數(shù)據(jù)標準不統(tǒng)一，就很難形成資源上的交換，因此獲取大氣數(shù)據(jù)資源成本比較高，無法真正達到大數(shù)據(jù)資源的共享和流動。由于體制原因，我國環(huán)保數(shù)據(jù)在標準化和規(guī)范化上相較發(fā)達國家落后。我國環(huán)保數(shù)據(jù)來源廣泛，環(huán)保數(shù)據(jù)監(jiān)測的方式各不相同。各個監(jiān)測部門出于自身考慮，往往具有不同的環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測體系，導致環(huán)境數(shù)據(jù)標準不統(tǒng)一，進而影響大氣數(shù)據(jù)監(jiān)測。

另外，數(shù)據(jù)采集原則不同，其劃分標準往往不統(tǒng)一，因此無法形成統(tǒng)一的測量尺度，數(shù)據(jù)無法對接，造成交流障礙。大氣數(shù)據(jù)在跨部門交流合作上出現(xiàn)嚴重的部門壁壘，難以有效整合，給大數(shù)據(jù)的利用帶來嚴重阻礙。因此，環(huán)境監(jiān)測部門應該推動大氣監(jiān)測數(shù)據(jù)標準一體化，使得大氣監(jiān)測數(shù)據(jù)在各個部門能夠順暢流通，打破行業(yè)壁壘，形成數(shù)據(jù)模型之間統(tǒng)一的接口，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型。

1.4 充分發(fā)揮數(shù)據(jù)融合的價值

大數(shù)據(jù)的價值并不在于數(shù)量，而在于流動所產生的協(xié)同效果，它能夠促使數(shù)據(jù)相互融合，發(fā)揮更多的潛在價值，同時為人們科學決策提供依據(jù)。在大氣污染防治中，由于監(jiān)測數(shù)量和監(jiān)測目標的變化，每天都會產生海量數(shù)據(jù)?？諝赓|量預報的影響因素比較復雜，人們需要結合地面觀測數(shù)據(jù)、空氣質量觀測數(shù)據(jù)、大氣外部觀測數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，從科學角度進行判斷。同時，人們需要采用統(tǒng)一的原則和方法來收集數(shù)據(jù)，從而形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)預報模型，保證空氣質量預報工作做到扎實有效。

從總體來看，如果大氣監(jiān)測應用大數(shù)據(jù)只是為了堆積數(shù)據(jù)，就無法創(chuàng)造更多的價值。因此，人們必須將相關數(shù)據(jù)充分融合，充分發(fā)揮其背后的價值。以衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)為例，利用現(xiàn)代科學技術，遙感衛(wèi)星能夠分析海量數(shù)據(jù)，采用深度學習和人工智能的方法處理海量信息，進行實時分析與驗證，同時能夠有效補充測量數(shù)據(jù)的連續(xù)性，以提高數(shù)據(jù)整體的穩(wěn)定性。因此，遙感衛(wèi)星能夠對大氣污染源進行動態(tài)監(jiān)測，根據(jù)數(shù)據(jù)分析的內容，尋找污染源。在空氣質量和空氣污染分析中，它能夠得到更為真實的效果，提高空氣質量播報的準確度，為防治空氣污染奠定良好的技術基礎。

2 大數(shù)據(jù)在大氣污染防治中的應用

2.1 需要建設物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測體系

隨著我國城鎮(zhèn)化建設步伐逐步加快，城鎮(zhèn)產業(yè)區(qū)逐步面臨深度調整的格局，使城市整體規(guī)劃趨于合理，因此城市功能布局必將發(fā)生巨大變化。這就帶來一個嚴峻的問題，原有的固定空氣質量檢測點已經(jīng)不能滿足城市發(fā)展需求，也無法滿足城市測量空氣質量需求。為了得到真實、有效的空氣質量數(shù)據(jù)，人們必須對原有的空氣質量檢測點進行現(xiàn)代改造。

物聯(lián)網(wǎng)技術以傳感器為核心，并結合現(xiàn)代傳輸工具，建立高密度、高精度的監(jiān)測網(wǎng)絡。這種監(jiān)測網(wǎng)絡打破了原有固定空氣質量監(jiān)測點的格局，將固定空氣質量監(jiān)測點、移動空氣質量監(jiān)測點、網(wǎng)絡空氣質量監(jiān)測點等結合，能夠實現(xiàn)全天候、立體化的空氣質量監(jiān)測，實現(xiàn)空氣質量全覆蓋的目標。以物聯(lián)網(wǎng)為中心的空氣質量檢測系統(tǒng)能夠有效實現(xiàn)空氣質量檢測的全覆蓋，使得空氣質量檢測系統(tǒng)所測得的數(shù)據(jù)能夠真實反映出所在地區(qū)的實際污染情況，通過分析大氣污染數(shù)據(jù)，判斷污染傳播的整體過程，分析污染源，及時弄清污染發(fā)生的過程。

2.2 大數(shù)據(jù)平臺的整體建設

大氣監(jiān)測數(shù)據(jù)較為復雜，分屬于不同部門，有時大氣監(jiān)測數(shù)據(jù)需要跨部門整合，因此人們需要制定綜合的數(shù)據(jù)分析方法，以提高數(shù)據(jù)分析的整體效率。

以往數(shù)據(jù)分析在地域上具有割裂的特性，因此數(shù)據(jù)無法實現(xiàn)真正的流動。為了達到數(shù)據(jù)充分利用的目的，人們可以搭建大數(shù)據(jù)共享平臺，在共享平臺中維護和處理數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的利用效率。為了儲存大數(shù)據(jù)，必須建立相應的數(shù)據(jù)庫，同時加強對數(shù)據(jù)庫的維護和管理，建立大數(shù)據(jù)服務接口。

2.3 構建數(shù)字化污染防治模型

要想準確獲得大氣污染數(shù)據(jù)，人們就必須構建精密的數(shù)學模型，通過精確計算來獲得大氣污染的真實數(shù)據(jù)，提高大氣污染防治的準確性。值得注意的是，大氣污染能夠與其他各種污染發(fā)生耦合反應，從而影響自身防治，使得數(shù)字模型在大氣污染防治中的作用更加明顯。我國對大氣污染防治模型的研究起步較晚，很難短期內通過科學技術手段構建大氣污染防治體系，因此在建立模型時必須克服相應的誤差，有效優(yōu)化空氣質量預測模型。如果采用大數(shù)據(jù)空氣質量預報體系，就能有效解決參數(shù)優(yōu)化問題，通過自適應函數(shù)直接修改參數(shù)，同時能將數(shù)據(jù)長期優(yōu)化，尋找現(xiàn)實數(shù)據(jù)和隸屬數(shù)據(jù)的關系，并且通過實際模型找到統(tǒng)計誤差，探尋解決誤差的辦法。

3 案例研究

一般來說，影響大氣監(jiān)測數(shù)據(jù)檢測和智能診斷的主要是數(shù)據(jù)結果，因此人們必須考慮大氣數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)測試的整體性能。本文簡要概述了HBase數(shù)據(jù)查詢性能測試表（見表1）和HBase數(shù)據(jù)導入性能測試表，分析了HBase大數(shù)據(jù)分析技術在環(huán)境保護數(shù)據(jù)監(jiān)測中的應用。

表1 HBase數(shù)據(jù)查詢性能測試

圖1為性能測試圖，由此可以看出，隨著導入數(shù)據(jù)的逐漸增加，導入批量數(shù)據(jù)的時間逐漸增加，但是千萬級的數(shù)據(jù)仍然維持在秒一級。

圖1 數(shù)據(jù)測試的整體性能

4 結論

本文介紹了環(huán)境保護視角下大數(shù)據(jù)監(jiān)測與智能診斷的分析技術，并且基于HBASE技術介紹了環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理過程和診斷效果，希望為相關研究人員提供有益參考。