探索大數(shù)據(jù)解析技術(shù)在大氣環(huán)境監(jiān)測中的應用

郭炬

（西安曲江臨潼旅游投資（集團）有限公司，陜西西安 710000）

“大數(shù)據(jù)”是指借助多元形式，諸多來源，經(jīng)過充分收集后形成的龐大數(shù)據(jù)組，具備實時性。大數(shù)據(jù)解析技術(shù)最早應用于企業(yè)的戰(zhàn)略決策層面，目的在于獲得社交網(wǎng)絡、電子商務網(wǎng)站、顧客來訪記錄中記載的所有反饋信息，從“非常規(guī)渠道”了解客戶的真實想法，從而使企業(yè)的戰(zhàn)略規(guī)劃方案更加完善。目前，此種技術(shù)的應用范圍正在逐漸擴大，而“大氣環(huán)境監(jiān)測”正是其中一個“絕佳去處”。

1 大數(shù)據(jù)解析技術(shù)與大氣環(huán)境監(jiān)測工程的契合度分析

1.1 全面提升環(huán)境監(jiān)督預警能力

大氣環(huán)境監(jiān)測是指對大氣環(huán)境中污染物的濃度進行觀察，分析其變化趨勢以及對環(huán)境的具體影響。一般來說，監(jiān)測的分子狀污染物主要為硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、臭氧、鹵代烴、碳氫化合物等；顆粒狀污染物主要包含降塵、總懸浮顆粒、飄塵、酸沉降等。

大氣環(huán)境監(jiān)測的常規(guī)開展方式為，在目標區(qū)域設置監(jiān)測點，對主要污染物進行采樣、分析，結(jié)合當?shù)氐臍庀髼l件、地形地貌，完成規(guī)定項目的定期監(jiān)測。

在大數(shù)據(jù)解析技術(shù)得到深度運用前后，大氣環(huán)境監(jiān)測工程的體內(nèi)容并未出現(xiàn)顯著差異。一方面，在人們的印象中，我國環(huán)保工程總體水平“相對落后”，但實際上，隨著投入的提升、技術(shù)的更新，我國大氣環(huán)境監(jiān)測水平已經(jīng)位居世界前列，故大數(shù)據(jù)解析技術(shù)是否得到運用，對監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集過程、數(shù)據(jù)結(jié)果的質(zhì)量并無實質(zhì)影響。另一方面，大數(shù)據(jù)解析技術(shù)的重點在于“解析”，是指在足夠數(shù)據(jù)支撐的基礎上，對其發(fā)展變化的真實情況進行深層次的探索，進而找到隱藏于其后的客觀規(guī)律。由此可見，該技術(shù)應用于大氣環(huán)境監(jiān)測后，帶來的直觀改變在于，以環(huán)境監(jiān)測站理念收集的大氣污染物數(shù)據(jù)作為基礎，分析污染物的變化趨勢，與當?shù)丨h(huán)境治理大方針相結(jié)合，最終制定出針對性更強的環(huán)境保護策略。

1.2 為環(huán)境治理決策工作提供強有力的科學依據(jù)

以我國北方某城市綜合治理的全過程為例。該城市是典型的資源型重工業(yè)城市。在該市北部地區(qū)，存在3座大型煤礦、一座火力發(fā)電廠、一家熱力供應公司。其中，火力發(fā)電廠負責全市及下屬村鎮(zhèn)的電能供應；熱力公司負責冬季全市的集中供暖?；跉v年的數(shù)據(jù)，該市北部地區(qū)的大氣環(huán)境水平常年處于較低級別；在一段時期內(nèi)，空氣中甚至彌漫肉眼可見、疑似為煤炭殘渣的黑色顆粒狀物質(zhì)。該市常年以煤炭資源的開發(fā)、銷售為主要經(jīng)濟來源，故在此經(jīng)濟發(fā)展模式無法改變的情況下，地區(qū)整體性的大氣污染治理方案如同一張“白紙”，幾乎沒有任何實際效力。為了達到“保證發(fā)展”與“環(huán)境治理”雙軌并進的目的，該市政府有關部門牽頭，引入大數(shù)據(jù)解析技術(shù)，希望對污染物排放的具體成分進行解析，做到“對首要污染物重點控制，對次要污染物分層級控制”。經(jīng)過近3年監(jiān)測后，該市大氣環(huán)境監(jiān)測站的數(shù)據(jù)顯示，火力發(fā)電廠與熱力公司直接消耗的煤炭資源，產(chǎn)生的一氧化碳、硫氧化物含量連年大幅下降。特別是氣態(tài)二氧化硫排放量，幾乎不會對當?shù)乜諝猸h(huán)境造成任何影響。細查之下發(fā)現(xiàn)，該市火力發(fā)電廠改善鍋爐燃燒工藝，并在“煙氣脫硫”這一環(huán)節(jié)運用新技術(shù)——將收集的含硫氧化物作為材料，與石灰、工業(yè)用水等相結(jié)合，制作成硅酸鹽含硫石膏，實現(xiàn)“創(chuàng)收”。在大數(shù)據(jù)解析技術(shù)未曾得到運用時，當?shù)厝藢τ诖朔N污染物處理方式心存懷疑；但大數(shù)據(jù)追蹤調(diào)查結(jié)果顯示，制作成含硫石膏后，“硫元素”的穩(wěn)定性極高，不僅發(fā)電廠的硫氧化物排放量持續(xù)走低，應用于實際生產(chǎn)后，環(huán)境質(zhì)量幾乎沒有變化。由此可見，大數(shù)據(jù)解析技術(shù)應用于大氣環(huán)境監(jiān)測工程時，能夠從直接、間接兩個層面，為環(huán)境治理決策工作提供強有力的科學依據(jù)[1]。

2 大數(shù)據(jù)解析技術(shù)在大氣環(huán)境監(jiān)測工程中的具體應用

2.1 建立完善的環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控、采集、分析體系

大數(shù)據(jù)解析技術(shù)應用于大氣環(huán)境監(jiān)測功成之后，將會形成較為完善的環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控、采集、分析體系，具體內(nèi)容為：

（1）該體系依托于計算機及互聯(lián)網(wǎng)，具備云端自動在線校準功能。如果監(jiān)測傳感器的位置發(fā)生變化，或是因自然原因?qū)е略O備精準度出現(xiàn)問題，在無需人工介入的情況下，能夠自主完成修復。

（2）該體系能夠?qū)^(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量進行全天候、連續(xù)、自動地監(jiān)測；通過“參數(shù)設置”之后，系統(tǒng)對于二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、PM2.5等常見污染物的“敏感程度”可以提高至較高水平，實現(xiàn)迅速、精準地收集、處理、分析。

（3）在多種氣象環(huán)境下，均能夠?qū)崿F(xiàn)空氣的“無死角流通”，將監(jiān)控區(qū)內(nèi)外環(huán)境的溫度控制在同一水平。

（4）實現(xiàn)對氣態(tài)監(jiān)測物及可吸入顆粒物的同時監(jiān)測，并將有關數(shù)據(jù)實時顯示在計算機屏幕中；如果監(jiān)測人員需要進行額外操作，則歷史同期監(jiān)測數(shù)據(jù)也會實時顯現(xiàn)。

（5）此項大數(shù)據(jù)解析技術(shù)結(jié)合大氣環(huán)境監(jiān)測的模式，本質(zhì)上是單片機技術(shù)與網(wǎng)絡通訊技術(shù)的結(jié)合，具備強大的數(shù)據(jù)存儲、分析、調(diào)用功能（可借助PLC可編程邏輯控制器）。與計算機總控端相連時，如果其中任意一個邏輯處理器自動完成日均值、月均值、污染指數(shù)對比，甚至生成多種圖形數(shù)據(jù)標，則通過實時傳輸，即可使系統(tǒng)內(nèi)的所有邏輯處理器實現(xiàn)解析數(shù)據(jù)的“共享”，極大地提升環(huán)境監(jiān)測效率[2]。

（6）一般情況下，大氣環(huán)境監(jiān)測必須遵循局限性、完整性、代表性三項原則。否則，在低質(zhì)量數(shù)據(jù)的影響下，地區(qū)環(huán)境真實情況無法得到有效展現(xiàn)，將會嚴重影響大氣環(huán)境治理方案的生成。

2.2 構(gòu)建智能化的環(huán)境信息數(shù)據(jù)綜合預警平臺

基于大數(shù)據(jù)解析技術(shù)，構(gòu)建智能化的環(huán)境信息數(shù)據(jù)綜合預警平臺，采用數(shù)據(jù)智能動態(tài)分析機制，實現(xiàn)對環(huán)境質(zhì)量的評估、對污染物的監(jiān)控，并通過污染源追溯功能，為環(huán)境的宏觀調(diào)控提供建設性意見。如圖1所示，為環(huán)境信息數(shù)據(jù)綜合預警網(wǎng)格化分析平臺的運行示意圖。其運行過程為：

圖1 環(huán)境信息數(shù)據(jù)綜合預警網(wǎng)格化分析平臺的運行

（1）實時展示各類監(jiān)測數(shù)據(jù)，并基于大數(shù)據(jù)解析功能，實時顯示歷史同期對比情況，如圖2所示。

（2）在此平臺中，歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)可以按照觀測者的需求，自動開展多元化的分析，比如每日變化追蹤、時間序列最終等。

（3）如果某個目標監(jiān)測區(qū)的污染超標情況較為嚴重，平臺在自動完成“累積”計算之后，如果判定該區(qū)域有成為“潛在污染源”的情況，則會即時發(fā)出預警，提醒觀測人員及在該地區(qū)工作、生活的人民群眾，密切注意。

（4）當平臺中收集的數(shù)據(jù)超過一定量級之后，大數(shù)據(jù)解析技術(shù)會自主運行，生成動態(tài)的污染分布圖，圍繞“歷史累計污染物排放量”“單一污染物歷史生成量”發(fā)布排名，有助于人們查找歷史重點污染區(qū)域以及“頑固”性的污染物[3]。

圖2 基于大數(shù)據(jù)解析的大氣環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)歷史同期對比

3 結(jié)語

時至今日，大數(shù)據(jù)解析技術(shù)已經(jīng)成為勞動力和資本之外的“第三生產(chǎn)力”。盡管在一些特殊的行業(yè)中，大數(shù)據(jù)可能會對知識產(chǎn)權(quán)的安全性造成侵害，但大數(shù)據(jù)的廣泛應用，已經(jīng)成為不可阻擋的歷史潮流。在大氣環(huán)境監(jiān)測工程中，大數(shù)據(jù)的應用價值體現(xiàn)在對基礎數(shù)據(jù)及特征量的收集與選取、數(shù)據(jù)工具的運用方面更加精確，基于多元化的運算方式，為環(huán)境治理提供行之有效的新思路。