面向企業(yè)污染監(jiān)測的企業(yè)環(huán)境畫像技術及其應用研究

郝艷艷

(河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學院 河南鄭州 450000)

過去幾十年，我國經(jīng)濟快速發(fā)展，同時也付出了較高的生態(tài)環(huán)境代價，環(huán)境問題成為發(fā)展之困。黨的十九大把堅持人與自然和諧共生作為新時代堅持和發(fā)展中國特色社會主義基本方略的重要內(nèi)容，這一決策把我國生態(tài)文明建設和環(huán)境保護提升到前所未有的戰(zhàn)略高度[1-2]。我國科技部在2019年11月組織的大氣污染監(jiān)測預警技術活動中指出大氣環(huán)境監(jiān)測與預報預警技術是全面掌握大氣污染狀況保障環(huán)境管理的基礎，是打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)的重要技術支撐。

針對國家戰(zhàn)略需求，近年來科技部通過“863 計劃”“十三五”重點研發(fā)計劃將“大氣污染成因與控制技術研究”列入重點項目。目前，我國大氣環(huán)境監(jiān)測區(qū)域包括大氣成分的時空分布探測、多維度探測和激光雷達探測等技術領域。未來應重點突破傳感器等關鍵元器件和基礎材料的自主研發(fā)及應用，推動環(huán)境監(jiān)測裝備的自動化、智能化發(fā)展，積極構(gòu)建立體遙感監(jiān)測網(wǎng)絡格局，圍繞民生和風險防范加強應急監(jiān)測，為建設美麗中國提供環(huán)境高技術產(chǎn)出[3]。目前，大氣污染監(jiān)測技術手段不斷多樣，國產(chǎn)技術儀器設備研發(fā)逐漸成熟，光學探測技術迅速發(fā)展，衛(wèi)星遙感觀測能力也不斷提升。

1 企業(yè)環(huán)境畫像的設計思路

根據(jù)企業(yè)在政府、網(wǎng)絡、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中留下的大量碎片數(shù)據(jù)進行深度挖掘和融合，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的潛在價值，構(gòu)建“企業(yè)”和“環(huán)境”的直接、間接數(shù)據(jù)關系，挖掘未知關系，提取企業(yè)環(huán)境的關鍵特征，利用虛擬化的“企業(yè)”來表征一系列真實數(shù)據(jù)之上的目標企業(yè)環(huán)境模型，刻畫企業(yè)環(huán)境行為，形成企業(yè)環(huán)境畫像。

構(gòu)建企業(yè)畫像可以及時、準確還原企業(yè)的環(huán)境行為，從而解決政府各部門只能掌握企業(yè)片面的環(huán)境數(shù)據(jù)及對企業(yè)的環(huán)境處罰滯后的困境[4-5]。通過深入研究有關用戶畫像等相關領域的研究成果，綜合分析環(huán)境治理全過程的關鍵要素，論文將從企業(yè)環(huán)境行為知識庫構(gòu)建和企業(yè)環(huán)境畫像還原企業(yè)環(huán)境行為兩個方面進行設計和研究。

2 企業(yè)環(huán)境畫像的技術實現(xiàn)

2.1 基礎數(shù)據(jù)獲取

為了更全面地了解企業(yè)環(huán)境污染問題，首先針對企業(yè)在運營過程中的各類基礎數(shù)據(jù)進行獲取。通過河南省生態(tài)環(huán)境廳網(wǎng)站公布的公開數(shù)據(jù)獲取河南省企事業(yè)單位環(huán)境信息、河南省污染源執(zhí)法檢測信息、河南省排污單位自行監(jiān)測信息以及河南省統(tǒng)計局發(fā)布的企業(yè)環(huán)境信息、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)、環(huán)境檢測平臺等多渠道獲得河南省企業(yè)環(huán)境的基礎數(shù)據(jù)。除此之外，還可引入多種用于完成企業(yè)污染監(jiān)測的設備，例如傳感器、流量儀、探頭等。利用數(shù)據(jù)采集裝置完成對企業(yè)污染源中污染物濃度數(shù)據(jù)的獲?。焕昧髁坑嬔b置完成對污染物流量不間斷的測量和記錄；利用設施運行記錄裝置，完成對企業(yè)污染治理設施運行情況的實時監(jiān)控。針對企業(yè)環(huán)境污染現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進行獲取，還可引入化學需氧量分析裝置、總有機碳分析裝置以及氫離子濃度指數(shù)測量裝置等。在按照上述論述內(nèi)容完成對基礎數(shù)據(jù)的獲取后，還應當通過現(xiàn)場端與污染監(jiān)測中心端之間的無線傳輸網(wǎng)絡實現(xiàn)對基礎數(shù)據(jù)的傳輸，同時還可通過引入GSM/GPRS/CDMA 網(wǎng)絡等，為各類基礎數(shù)據(jù)的傳輸提供鏈路通道。通過這種傳輸方式能夠?qū)崿F(xiàn)對污染現(xiàn)場基礎數(shù)據(jù)的多點轉(zhuǎn)發(fā)，并實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的預處理，確保后續(xù)對基礎數(shù)據(jù)的融合與分析具備更高準確性，實現(xiàn)對企業(yè)污染的高精度監(jiān)測。

2.2 數(shù)據(jù)融合

首先需要收集企業(yè)對環(huán)境產(chǎn)生影響的基礎數(shù)據(jù)，包括傳感器傳輸?shù)沫h(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、社交網(wǎng)絡提取的數(shù)據(jù)、稅務部門的環(huán)境處罰數(shù)據(jù)等。但不同部門不同設備采集所得的數(shù)據(jù)互不兼容，為數(shù)據(jù)帶來的信息價值和決策價值打了相當一部分折扣，因此項目擬在保證原始數(shù)據(jù)完整性的基礎上，利用算法對數(shù)據(jù)進行初步的數(shù)據(jù)清洗和標準化處理，從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)化處理[6]。用多源信息融合技術處理來自各方的環(huán)境數(shù)據(jù)是平臺開發(fā)的技術難點。來自政府各個部門、企業(yè)、三方機構(gòu)、網(wǎng)絡社交平臺、新聞媒體等的基礎數(shù)據(jù)各不相同，需提取其中對環(huán)境有意義的數(shù)據(jù)，進行不同層次的信息融合。

2.2.1 數(shù)據(jù)層融合

實現(xiàn)環(huán)境基礎數(shù)據(jù)采集與匯聚之后，標記各企業(yè)、政府數(shù)據(jù)平臺、網(wǎng)絡平臺等不同來源的數(shù)據(jù)的基礎屬性和環(huán)境行為，實現(xiàn)數(shù)據(jù)層面上的信息融合。

2.2.2 特征層融合

在實現(xiàn)較低層次的數(shù)據(jù)融合的基礎上，對原始數(shù)據(jù)進行特征提取，形成信息的特征矢量說明，再利用模式識別中的聚類方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法等，進一步對數(shù)據(jù)進行特征層融合[7]。

2.2.3 決策層融合

對數(shù)據(jù)進行特征標記之后，可以用不確定推理方法和人工智能算法對獲取信息之間的聯(lián)系，間接對基礎數(shù)據(jù)進行二次求證，分析各場景的應用目標，標記各目標主體的決策要素，從而為智能決策提供數(shù)據(jù)支撐。

2.3 標簽設計

企業(yè)環(huán)境畫像是根據(jù)企業(yè)的社會屬性、生產(chǎn)行為、資源消費行為、資源利用行為等環(huán)境屬性進行歸類、抽象而來的一組標簽化模型，進而形成一個多元化的企業(yè)環(huán)境標簽對象[8]。

在標簽設計過程中有3個主要特征需要約束：（1）語義化，即標簽能很容易被理解；（2）短文本，即標簽設計要盡可能短；（3）唯一性，即一個標簽僅表達一種語義。

在前面數(shù)據(jù)融合形成標準化、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的基礎上進行標簽的特征提取，相對于直接利用原始數(shù)據(jù)進行特征提取來說要更為簡便和準確。研究表明詞語的重要程度與出現(xiàn)的頻次成正比，因此在具體設計時，根據(jù)單詞出現(xiàn)的頻次來設置權重，評估一個詞語在語料庫或者知識庫中的重要程度。一般情況下，文本預處理以后特征提取階段的提取方法具體如表1 所示，在實際處理過程中可以根據(jù)數(shù)據(jù)處理特點進行取舍和選擇。

表1 常用特征提取方法

2.4 構(gòu)建知識圖譜

通過前面數(shù)據(jù)融合和特征提取，可以將企業(yè)的環(huán)境行為進行全維度還原，比如：發(fā)改委收集的企業(yè)能耗數(shù)據(jù)、林業(yè)部門收集到的企業(yè)參與造林綠化數(shù)據(jù)、住建部門收集的企業(yè)施工噪音數(shù)據(jù)和水耗數(shù)據(jù)等，利用大數(shù)據(jù)處理技術獲取數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)關系，形成信息的特征標記，形成“本體”“實體—關系—屬性”兩個層次的存儲結(jié)構(gòu)，構(gòu)建企業(yè)環(huán)境行為知識庫。在這一過程中，通過引入知識圖譜技術，利用其完成對企業(yè)環(huán)境畫像的刻畫，以此能夠在充分明確企業(yè)未來發(fā)展中環(huán)境需求的前提條件下，通過獲取企業(yè)在運營過程中與環(huán)境相關的各項特征，實現(xiàn)對企業(yè)環(huán)境污染的監(jiān)測提供更優(yōu)質(zhì)的條件。傳統(tǒng)企業(yè)污染監(jiān)測通常采用在其運行過程中的污染參數(shù)曲線直接對其各個環(huán)境的污染特征進行表達。這種監(jiān)測方法在應用過程中，由于影響環(huán)境污染因素眾多，因此無法實現(xiàn)對單一影響因素的細致分析。但引入企業(yè)環(huán)境畫像，通過知識圖譜結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，能夠?qū)崿F(xiàn)對企業(yè)污染問題的細致刻畫，并實現(xiàn)對眾多影響環(huán)境污染因素的特征描述，并實現(xiàn)對特征的可視化展現(xiàn)。同時，通過知識圖譜的構(gòu)建能夠為后續(xù)對企業(yè)污染變化趨勢進行更準確的預測，從而通過采取相應的解決措施，避免企業(yè)環(huán)境被進一步破壞，以此達到提升企業(yè)的社會效益和經(jīng)濟效益的目的。

2.5 形成企業(yè)環(huán)境畫像

通過機器學習等技術建立合理的知識推理，從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的二次求證，形成企業(yè)環(huán)境相關的知識圖譜，在此基礎上進一步構(gòu)建企業(yè)環(huán)境畫像，高度還原企業(yè)環(huán)境行為，為政府約束企業(yè)進行下一步的環(huán)境行為提供一定的參考和建議?？刹捎萌S坐標系的方式，構(gòu)建企業(yè)環(huán)境畫像，其中橫坐標表示為企業(yè)未來發(fā)展時的環(huán)境需求；縱坐標表示為具體的企業(yè)環(huán)境污染情況；空間坐標表示為對企業(yè)環(huán)境造成污染的行為。按照上述方式，生成企業(yè)環(huán)境畫像，以此實現(xiàn)對企業(yè)污染監(jiān)測情況的直觀觀察，從而也能夠方便相關監(jiān)管人員根據(jù)當前企業(yè)污染情況對相應的污染問題給出決策方案，以此通過企業(yè)環(huán)境畫像，充分了解企業(yè)在運營和發(fā)展過程中的各項行為，并針對可能造成環(huán)境污染的行為進行篩選，以此在豐富企業(yè)污染監(jiān)測內(nèi)容的同時，為企業(yè)環(huán)境的治理和優(yōu)化提供更可靠的依據(jù)。

3 企業(yè)環(huán)境畫像在企業(yè)污染監(jiān)測中的應用

以多源企業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)的有效融合技術及特征提取技術為切入點，將環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、社交網(wǎng)絡提取的數(shù)據(jù)、各部門運行的數(shù)據(jù)作用于服務平臺的數(shù)據(jù)處理過程中，分析其時空演變規(guī)律，獲取環(huán)境與經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展的系統(tǒng)閾值，并提供多場景的智慧決策方案。初步將從以下3個方面進行較為深入的應用和開發(fā)。

3.1 企業(yè)環(huán)境畫像助力生態(tài)環(huán)境精準監(jiān)管執(zhí)法

主要展示管理區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益，環(huán)境治理，污染嚴重區(qū)域，經(jīng)濟、環(huán)境等相關的指數(shù)，以未來藍天指數(shù)為環(huán)保決策策略的調(diào)節(jié)閾值。企業(yè)環(huán)境畫像的數(shù)據(jù)信息可為環(huán)境執(zhí)法機構(gòu)提供數(shù)據(jù)集，執(zhí)法部門利用監(jiān)測數(shù)據(jù)查找污染源，對造成大氣污染的企業(yè)單位進行有效監(jiān)督和整改，有效保證大氣污染物的排放合理達標，確保企業(yè)生產(chǎn)與企業(yè)環(huán)保齊頭并進，真正做到“綠水青山就是金山銀山”。

3.2 企業(yè)環(huán)境誠信檔案提升企業(yè)績效管理成效

通過整合數(shù)據(jù)建立企業(yè)污染檔案信息，可依據(jù)檔案信息對相關違法行為進行執(zhí)法督查或依法問責，點擊某企業(yè)可進入企業(yè)檔案界面，具體如圖1所示，包括廢氣排放量、廢水排放量、所在區(qū)域AQI、水質(zhì)狀況、企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模等基本情況，同時可點擊進入查看某項指標的詳細信息。通過數(shù)據(jù)實施監(jiān)控，可進一步壓實企業(yè)生態(tài)環(huán)境保護主體責任，助力打好污染防治攻堅戰(zhàn)。

圖1 企業(yè)檔案界面

3.3 企業(yè)環(huán)境畫像預防潛在污染排放風險

通過從企業(yè)環(huán)境畫像的能源消耗和經(jīng)營狀態(tài)維度的實時數(shù)據(jù)監(jiān)測企業(yè)的生產(chǎn)狀態(tài)，比如監(jiān)測在停產(chǎn)整頓期間企業(yè)用電量水平、交稅水平是否在正常生產(chǎn)時期的平均水平以下等，達到以較低的人力成本實現(xiàn)高效監(jiān)管的效果。

4 結(jié)語

研究過程中結(jié)合動態(tài)環(huán)境監(jiān)測設備的研發(fā)、環(huán)境檢測數(shù)據(jù)的清洗、數(shù)據(jù)的二次求證、多維度再現(xiàn)、綜合數(shù)據(jù)的有效利用等內(nèi)容，對河南省大氣污染治理與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展中的一些技術難點有一定的突破和貢獻。企業(yè)環(huán)境畫像在大氣污染綜合治理的有效應用有助于快速發(fā)現(xiàn)潛藏環(huán)境問題，督促相關企業(yè)及時完善環(huán)保工作，助力環(huán)境良性發(fā)展。