大氣環(huán)境監(jiān)測中大數(shù)據(jù)解析技術(shù)的運(yùn)用

王 偉，林玉峰

（1.內(nèi)蒙古大學(xué)，呼和浩特 010020；2.江蘇久力環(huán)境科技股份有限公司，南京 210000； 3.烏海市園林局，內(nèi)蒙古 烏海 016000）

在大氣環(huán)境監(jiān)測過程中，人們需要收集大量的數(shù)據(jù)，包括氣象條件、污染物濃度、污染物成分以及其他相關(guān)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)本身的類型并不相同，關(guān)系較為復(fù)雜，在對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估和分析時(shí)，借助大數(shù)據(jù)解析技術(shù)可以有效提升數(shù)據(jù)分析效率和評(píng)估效果的準(zhǔn)確性。將大數(shù)據(jù)解析技術(shù)運(yùn)用于大氣環(huán)境監(jiān)測中，可以提高數(shù)據(jù)信息采集、統(tǒng)計(jì)計(jì)算、系統(tǒng)模擬與參數(shù)識(shí)別等分析工作的效率，為大氣環(huán)境監(jiān)測提供有力的技術(shù)支撐。

1 大數(shù)據(jù)解析技術(shù)概述及其工作原理

1.1 大數(shù)據(jù)解析技術(shù)概述

大數(shù)據(jù)解析技術(shù)是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)，涵蓋了數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)模擬、參數(shù)分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析、統(tǒng)計(jì)計(jì)算以及系統(tǒng)智能自學(xué)等多項(xiàng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)巨量信息的分析。而這對(duì)于大氣環(huán)境監(jiān)測而言無疑是最佳的選擇，大數(shù)據(jù)解析技術(shù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算、數(shù)據(jù)采集功能、隨機(jī)過程分析、系統(tǒng)模擬與參數(shù)識(shí)別等功能，即通過解析多元、非線性數(shù)據(jù)類之間的關(guān)系來掌握目標(biāo)函數(shù)的變化規(guī)律，可以為控制大氣環(huán)境污染提供重要助力。

1.2 大數(shù)據(jù)解析技術(shù)工作原理

在大氣環(huán)境監(jiān)測中運(yùn)用大數(shù)據(jù)解析技術(shù)時(shí)，首先要明確研究對(duì)象和研究內(nèi)容，譬如可以選擇某一個(gè)城市的某一塊區(qū)域作為研究對(duì)象，以這一區(qū)域內(nèi)的大氣污染物平均濃度作為研究內(nèi)容。

2 大氣環(huán)境監(jiān)測中運(yùn)用大數(shù)據(jù)解析技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.1 提升預(yù)警能力

大數(shù)據(jù)解析技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大量數(shù)據(jù)的快速準(zhǔn)確分析，并且可以從這些巨量數(shù)據(jù)中挖掘出具有利用價(jià)值的有效信息，這樣就可以對(duì)當(dāng)前區(qū)域內(nèi)大氣環(huán)境做出更加精確的判斷和評(píng)估，從而可以為人們提供可靠性較高的大氣環(huán)境信息，以便人們采取相應(yīng)的措施。此外，大數(shù)據(jù)解析技術(shù)在處理和分析信息方面速度極為快捷，因此可以及時(shí)判斷出大氣環(huán)境中的污染情況，對(duì)于一些污染事件可以及時(shí)給出預(yù)警，便于人們及時(shí)采取有效措施，從而控制污染的擴(kuò)大[1]。此外，在大氣環(huán)境監(jiān)測中，大數(shù)據(jù)解析技術(shù)還可以與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)線下與線上的及時(shí)溝通和交流，其在大氣環(huán)境監(jiān)測中發(fā)揮的作用是傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法媲美的。

2.2 提升科學(xué)決策的水平

在大氣環(huán)境監(jiān)測中運(yùn)用大數(shù)據(jù)解析技術(shù)，可以對(duì)大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)所收集到的各項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的分析，并且可以將分析和評(píng)估的結(jié)果實(shí)時(shí)呈現(xiàn)。這樣可以讓人們了解當(dāng)前的大氣環(huán)境狀況，還可以為環(huán)境部門做出相關(guān)治理決策提供有力的依據(jù)，從而提升決策的科學(xué)性。此外，還可以對(duì)大數(shù)據(jù)解析技術(shù)加以利用，構(gòu)建大氣環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的數(shù)字模型，從而為相關(guān)治理提供可靠的參考，提升治理效果，降低治理成本。

2.3 提升服務(wù)能力

應(yīng)用大數(shù)據(jù)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測時(shí)，人們可以建立云分析平臺(tái)，這樣就可以及時(shí)地反饋各類生態(tài)問題，同時(shí)大數(shù)據(jù)還可以與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，將各項(xiàng)總結(jié)出的結(jié)果直接發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)。人們可以利用互聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備了解當(dāng)前的大氣環(huán)境情況，這樣既提高了環(huán)境監(jiān)測的服務(wù)能力，還可以讓群眾監(jiān)督環(huán)境檢測工作。

3 大數(shù)據(jù)解析技術(shù)在大氣環(huán)境監(jiān)測中的具體運(yùn)用

3.1 實(shí)現(xiàn)可視化操作

大氣環(huán)境監(jiān)測是一項(xiàng)龐大的工作，涉及的范圍和內(nèi)容較多，存在一定的復(fù)雜性，需要對(duì)一定區(qū)域內(nèi)大氣環(huán)境中的各項(xiàng)污染物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，如PM2.5、溫室氣體、二氧化硫、粉塵等，對(duì)于影響大氣環(huán)境的因素都需要進(jìn)行監(jiān)測[2]。此外，還需要對(duì)各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和相關(guān)分析，僅僅進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)記錄，人們很難從中分析出當(dāng)前該區(qū)域內(nèi)大氣環(huán)境變化的規(guī)律，大數(shù)據(jù)解析技術(shù)可以將這些數(shù)據(jù)以圖像的形式展示出來，便于研究人員發(fā)現(xiàn)大氣環(huán)境變化規(guī)律。

運(yùn)用大數(shù)據(jù)解析技術(shù)，人們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)區(qū)域內(nèi)具體大氣環(huán)境情況的分析，快速地將分析結(jié)果通過互聯(lián)網(wǎng)反饋到相關(guān)氣象平臺(tái)上，直觀地將當(dāng)前的大氣環(huán)境狀況展示出來，讓人們實(shí)時(shí)了解，并根據(jù)大氣環(huán)境狀況開展相應(yīng)的活動(dòng)。

3.2 收集和記錄大氣環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)

在大氣環(huán)境監(jiān)測過程中，需要將每天的各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和記錄，建立大氣環(huán)境監(jiān)測檔案。這些檔案信息要便于調(diào)閱，以便氣象專家調(diào)閱相關(guān)數(shù)據(jù)資料，對(duì)同期大氣環(huán)境監(jiān)測的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比研究，進(jìn)而了解本地區(qū)大氣環(huán)境各個(gè)階段的變化規(guī)律。大氣環(huán)境監(jiān)測需要收集的數(shù)據(jù)量極其龐大，而利用大數(shù)據(jù)解析技術(shù)收集和整理各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并形成檔案進(jìn)行保存，可以極大地提升工作效率，同時(shí)還能確保數(shù)據(jù)收集和記錄的準(zhǔn)確性。這樣不僅極大地降低了工作人員的工作量，同時(shí)調(diào)閱相關(guān)數(shù)據(jù)資料也極為便捷。在大氣環(huán)境監(jiān)測過程中，數(shù)據(jù)收集和記錄是最為煩瑣的工作，卻也是最為重要的工作，只有采用準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，才能分析出具有價(jià)值的信息。

3.3 整理和挖掘大氣環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)

大氣環(huán)境監(jiān)測的主要目的是通過對(duì)大氣環(huán)境各個(gè)階段各項(xiàng)參數(shù)變化的分析，找出大氣環(huán)境變化規(guī)律，以指導(dǎo)政府部門采取針對(duì)性的大氣環(huán)境治理措施，服務(wù)人們的生產(chǎn)和生活。因此，需要對(duì)大氣環(huán)境監(jiān)測過程中收集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和整理，分析各項(xiàng)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系和規(guī)律，判斷和預(yù)測下一階段大氣環(huán)境的變化規(guī)律[3]。由于所處區(qū)域的不同，大氣環(huán)境的變化規(guī)律也往往不同，為了確保大氣環(huán)境預(yù)測的準(zhǔn)確性，人們需要考慮地區(qū)因素，這就導(dǎo)致監(jiān)測人員的工作量大大增加。運(yùn)用大數(shù)據(jù)解析技術(shù)，可以按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和整理，同時(shí)將大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)與大數(shù)據(jù)解析系統(tǒng)進(jìn)行連接，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同時(shí)間段和不同區(qū)域內(nèi)的大氣環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理和挖掘。在大數(shù)據(jù)解析系統(tǒng)中加入各種氣象方程，人們就可以有效分析和發(fā)掘監(jiān)測數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣環(huán)境的預(yù)測。

3.4 對(duì)大氣環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測

大數(shù)據(jù)解析系統(tǒng)收集、整理和發(fā)掘大氣環(huán)境數(shù)據(jù)后，會(huì)對(duì)這些數(shù)據(jù)的聯(lián)系和規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，然后對(duì)未來一段時(shí)期的大氣環(huán)境各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行預(yù)測。在進(jìn)行大數(shù)據(jù)解析技術(shù)開發(fā)時(shí)，需要合理進(jìn)行編程，為保證科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，需要將各類氣象公式編寫到程序中，提升大氣環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在構(gòu)建大數(shù)據(jù)解析系統(tǒng)時(shí)，人們需要考慮各種參數(shù)，從而達(dá)到精確預(yù)測的目的。其間需要參考的數(shù)據(jù)包括本區(qū)域內(nèi)大氣環(huán)境監(jiān)測的歷史同期數(shù)據(jù)、氣象因素、生態(tài)環(huán)境因素。

3.5 建立空氣質(zhì)量預(yù)警平臺(tái)

在大氣環(huán)境監(jiān)測中，人們可以運(yùn)用大數(shù)據(jù)解析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)本區(qū)域大氣環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析?；诖耍梢詫⒋髷?shù)據(jù)解析技術(shù)和大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建空氣質(zhì)量預(yù)警平臺(tái)，實(shí)時(shí)發(fā)布大氣環(huán)境狀態(tài)，對(duì)異常情況及時(shí)預(yù)警[4]。要想構(gòu)建空氣質(zhì)量預(yù)警平臺(tái)，人們需要將大數(shù)據(jù)解析技術(shù)與信息發(fā)布系統(tǒng)連接起來，通過大數(shù)據(jù)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理，將各種結(jié)果進(jìn)行發(fā)布、記錄。為了保證該系統(tǒng)的智能性和準(zhǔn)確性，在結(jié)果分析和預(yù)測完成后，需要對(duì)預(yù)測結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，并根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各類網(wǎng)站和手機(jī)AAP 都開始提供天氣預(yù)報(bào)信息和大氣環(huán)境信息，因此應(yīng)加強(qiáng)空氣質(zhì)量預(yù)警平臺(tái)與相關(guān)網(wǎng)站和手機(jī)APP 的融合，從而便于人們了解大氣環(huán)境信息。

4 在大氣環(huán)境監(jiān)測中運(yùn)用大數(shù)據(jù)解析技術(shù)的要點(diǎn)

大氣環(huán)境監(jiān)測可以運(yùn)用大數(shù)據(jù)解析技術(shù)，其要點(diǎn)是篩選具有關(guān)聯(lián)性的收集數(shù)據(jù)，據(jù)此選擇數(shù)據(jù)特征量，同時(shí)利用數(shù)學(xué)分析方法解析數(shù)據(jù)特征量，分析相關(guān)聯(lián)系。大數(shù)據(jù)解析技術(shù)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，如大氣環(huán)境監(jiān)測，原因是其可以給非線性因素和多元關(guān)系的問題提供有效的解決方法。在運(yùn)用大數(shù)據(jù)解析技術(shù)時(shí)，人們需要注意以下幾個(gè)方面。

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集與整理

大氣環(huán)境監(jiān)測涉及的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)較多，人們無法從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中直接獲取信息，因此就需要借助大數(shù)據(jù)解析技術(shù)來進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集和處理。

4.2 特征量的選取

在研究大氣環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)，除了獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和具體的數(shù)據(jù)類之外，還要完成特征量的選取工作。人們需要合理科學(xué)地篩選特征量，確保最終研究結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.3 數(shù)據(jù)工具的應(yīng)用

在分析各特征量的關(guān)系時(shí)，通常需要借助數(shù)據(jù)工具，部分問題需要利用多種數(shù)據(jù)工具才能完成。因此，人們需要應(yīng)用合適的數(shù)據(jù)工具來分析特征量。

5 結(jié)語

大氣環(huán)境監(jiān)測可以運(yùn)用大數(shù)據(jù)解析技術(shù)，從而有效提升監(jiān)測質(zhì)量和效率，降低監(jiān)測人員的工作量。此外，大數(shù)據(jù)解析技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同時(shí)間段和不同區(qū)域大氣環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集、整理以及分析，為氣象專家分析大氣環(huán)境變化的規(guī)律和特征提供了有力的依據(jù)?？梢灶A(yù)見的是，在未來的大氣環(huán)境監(jiān)測中，大數(shù)據(jù)解析技術(shù)必然會(huì)發(fā)揮出更大的作用。