基于環(huán)保大數(shù)據(jù)的環(huán)境監(jiān)測平臺建設(shè)研究

郭倩倩 陳新春

摘 要：環(huán)保大數(shù)據(jù)能夠有效地整合數(shù)據(jù)資源并從中挖掘出有價值的信息，為國內(nèi)的環(huán)境監(jiān)測提供了新思路和新方法。將大數(shù)據(jù)應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測，可以實現(xiàn)對環(huán)境的全方位監(jiān)測和科學治理，能夠有效提高環(huán)境治理效率。對此，文章先對環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)狀進行了概述，分析了大數(shù)據(jù)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測上的優(yōu)勢，并提出一個環(huán)保大數(shù)據(jù)環(huán)境監(jiān)測平臺建設(shè)方案，最后探討了該平臺在環(huán)境監(jiān)測中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù);環(huán)境監(jiān)測;平臺建設(shè)

1 環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)狀概述

近年來，隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境污染與經(jīng)濟增長之間的矛盾日益突出。環(huán)境污染不僅對人們的身體健康構(gòu)成了威脅，還阻礙了社會的可持續(xù)發(fā)展。因此，國家制定了各種排污標準和環(huán)境治理政策，目的在經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護之間尋找到平衡點[1]。但是，環(huán)境監(jiān)測方面還存在很多問題。

1.1 環(huán)境監(jiān)測制完善

環(huán)境監(jiān)測制度不全面，工作人員無法有效推進和開展環(huán)境監(jiān)測事宜。政府部門無法通過公司報告知悉企業(yè)環(huán)境情況。對于部分企業(yè)而言，沒有政策的引導則會一味地追求經(jīng)濟利益，利用漏洞鉆法律空子，從而忽視生態(tài)環(huán)境保護，使環(huán)境監(jiān)測面臨更嚴峻的挑戰(zhàn)。

1.2 數(shù)據(jù)資源難以有效整合

不同的企業(yè)和環(huán)保部門之間運營機制、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和存儲方式不同，造成可用的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)無法共享。數(shù)據(jù)私密性、安全性等因素導致企業(yè)不愿意數(shù)據(jù)共享進一步加劇了數(shù)據(jù)孤島的形成。數(shù)據(jù)孤島和行業(yè)壁壘使得數(shù)據(jù)信息無法得到有效利用，進一步制約了環(huán)境監(jiān)測智能化的發(fā)展。

1.3 民眾缺乏主動參與

部分環(huán)境監(jiān)管部門缺乏公開透明的舉報和公眾監(jiān)督機制，導致民眾主動進行環(huán)境監(jiān)測的積極性不高。民眾在日常生活中只是受眾，單方面地接收相關(guān)部門發(fā)布的信息和指示，沒有發(fā)揮民眾全面監(jiān)督的作用。

1.4 地區(qū)環(huán)境信息化程度差異大

經(jīng)濟發(fā)展水平高的地區(qū)，基本上建成了全方位的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。經(jīng)濟發(fā)展水平低的地區(qū)，基礎(chǔ)設(shè)施不完善，監(jiān)測設(shè)備的鋪設(shè)不全面，后續(xù)的維護難以跟進，造成采集的數(shù)據(jù)不夠準確，不能真實地刻畫環(huán)境的現(xiàn)狀和未來的變化趨勢。

目前環(huán)境監(jiān)測主要是被動地檢測是否污染以及污染的程度，至于污染物的溯源和安全管控，智能污染排放預警的能力仍很有限。因此，提高環(huán)境監(jiān)測水平和科學治理環(huán)境刻不容緩。

2 大數(shù)據(jù)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的優(yōu)勢

近年來，隨著移動終端，傳感器和智能終端等物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測設(shè)備投入使用，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長[2]。隨著環(huán)境監(jiān)測的粒度變細和狀態(tài)變量增多，環(huán)保數(shù)據(jù)呈現(xiàn)異構(gòu)性、高維度、關(guān)聯(lián)程度緊密等特點[3]。大數(shù)據(jù)技術(shù)利用物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)挖掘和人工智能等技術(shù)，對類型多樣的數(shù)據(jù)進行快速處理和存儲，并能從不同的角度、維度挖掘有價值的信息[4]。大數(shù)據(jù)技術(shù)促進了商業(yè)變革。例如，新聞個性化推薦、網(wǎng)上購物等方面，產(chǎn)生了巨大的應(yīng)用價值和經(jīng)濟價值。與現(xiàn)有的其他技術(shù)相比，大數(shù)據(jù)技術(shù)成為了從海量數(shù)據(jù)中挖掘知識和揭示數(shù)據(jù)背后客觀規(guī)律的有力武器[5]。

大數(shù)據(jù)技術(shù)用于環(huán)境監(jiān)測方面，打造全國生態(tài)監(jiān)測網(wǎng)，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的整合，提高部門協(xié)同工作能力。通過對數(shù)據(jù)進行綜合分析，可為企業(yè)的污染治理提供技術(shù)支撐，為環(huán)境治理提供科學的解決方案。因此，搭建大數(shù)據(jù)環(huán)境監(jiān)測具有重要的社會意義。

3 大數(shù)據(jù)環(huán)境監(jiān)測平臺建設(shè)框架

環(huán)保大數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺不僅考慮當前業(yè)務(wù)需求還要考慮未來業(yè)務(wù)需求變化。因此，平臺采用穩(wěn)定且易擴展的方式進行設(shè)計[6]。環(huán)境監(jiān)測平臺由數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)存儲層、數(shù)據(jù)計算層、數(shù)學建模層和應(yīng)用層組成。具體的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在保證數(shù)據(jù)真實的前提下，采集數(shù)據(jù)時，要從多個維度、時空屬性、不同的粒度進行數(shù)據(jù)采集，例如：時間、位置、部門、過程等，實現(xiàn)過程和結(jié)果的全方位監(jiān)測。數(shù)據(jù)采集要支持不同的采集方式，如數(shù)據(jù)庫、傳感器、文件等采集，采集的數(shù)據(jù)越多，建立的模型越穩(wěn)定，揭示出數(shù)據(jù)背后的規(guī)律越客觀。

采集的數(shù)據(jù)含有噪聲數(shù)據(jù)，無法直接建模，需要對數(shù)據(jù)進行規(guī)范化處理。通過噪聲數(shù)據(jù)處理，缺失數(shù)據(jù)補充，冗余數(shù)據(jù)刪除、不同類型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)融合等操作將據(jù)整理成標準數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)涉及各個企業(yè)的內(nèi)部私密信息，存儲系統(tǒng)要加強安全性和保密性措施，確保數(shù)據(jù)安全存儲。

目前，機器學習、深度學習等人工智能技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。例如，循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)LSTM廣泛用于文本翻譯，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN成功用于視頻分析和人臉識別。監(jiān)測平臺選擇合適的分類或者回歸模型進行建模，挖掘出數(shù)據(jù)背后的客觀規(guī)律，用于環(huán)境精準化監(jiān)測和科學治理。

業(yè)務(wù)層根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求把數(shù)據(jù)分析出的結(jié)果進行展示并與用戶進行互動。業(yè)務(wù)層要具有擴展功能，可以隨時增加、刪除業(yè)務(wù)，并能夠?qū)Y(jié)果進行可視化分析，挖掘出數(shù)據(jù)背后客觀規(guī)律以及給出科學決策。

4 環(huán)保大數(shù)據(jù)平臺應(yīng)用

數(shù)據(jù)環(huán)境監(jiān)測平臺可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)高效化管理，有效提高環(huán)境監(jiān)測水平[7]。下面分別從污染物排放預警、污染物溯源、科學決策3個方面對監(jiān)測平臺的應(yīng)用進行闡述。

4.1 污染物排放預警

環(huán)境監(jiān)測制度不夠完善。部分企業(yè)擅自調(diào)整排污監(jiān)控設(shè)備或進行排污數(shù)據(jù)造假，使得排放的污染物仍高于國家制定標準。污染物排放預警利用大數(shù)據(jù)信息技術(shù)對某一地區(qū)的環(huán)境污染以及未來的發(fā)展趨勢進行建模與分析并給出科學預測。通過分析污染物的變化規(guī)律，對可能出現(xiàn)的污染事件進行預警，對于打造區(qū)域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)具有重要的推進作用。

4.2 污染物溯源

污染物溯源機制不夠完善，部分企業(yè)污染物偷排、偷放現(xiàn)象嚴重。污染物溯源根據(jù)提前安裝的點監(jiān)測設(shè)備或線監(jiān)測設(shè)備，實時監(jiān)測污染物從源頭到監(jiān)測點所經(jīng)過的軌跡以及濃度變化信息。通過對污染物濃度進行定量分析并與軌跡信息進行匹配，實現(xiàn)對污染物的定位和溯源。該技術(shù)不僅可用于監(jiān)管企業(yè)的偷排行為，還可對生產(chǎn)過程中的污染物處理進行全過程監(jiān)測，為企業(yè)的生產(chǎn)工藝改進提供科學依據(jù)。

4.3 科學決策

大數(shù)據(jù)技術(shù)對數(shù)據(jù)進行綜合挖掘和分析，找到數(shù)據(jù)背后的客觀規(guī)律，使其在環(huán)境監(jiān)測和治理的過程中用數(shù)據(jù)思維的方式進行科學決策。與經(jīng)驗為主的傳統(tǒng)方式相比，使得資源配置更優(yōu)化，對環(huán)境治理更加精準化。例如，種植農(nóng)作物過程中，濫用化肥、農(nóng)藥，造成了土壤和地下水的嚴重污染，通過對農(nóng)作物種植數(shù)據(jù)、化肥和農(nóng)藥數(shù)據(jù)進行綜合分析，設(shè)計出一個高效、低污染、高產(chǎn)出的綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，減少環(huán)境中重金屬和有機物污染。在汽車尾氣排放方面上，分析不同地區(qū)交通路線和車輛運行的軌跡等信息，對車輛的運行路線和紅綠燈等待時間進行動態(tài)調(diào)度和調(diào)整，有效地減少汽車尾氣排放，對未來道路的規(guī)劃有科學的指導作用。

5 結(jié)語

大數(shù)據(jù)技術(shù)為環(huán)境監(jiān)測提供了新的發(fā)展方向。將大數(shù)據(jù)應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測方面不僅可以提高環(huán)保工作的效率，還使得環(huán)境監(jiān)測更科學、更智能化，對于建成完整的生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)具有重要的推動作用。

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（編輯 傅金睿）