分析大數(shù)據(jù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

鄭梅彬

（廈門(mén)物之聯(lián)智能科技有限公司，福建 廈門(mén) 361000）

自20世紀(jì)以來(lái)，土地退化、森林銳減、環(huán)境污染、大量珍稀生物滅絕、氣候變暖以及水資源枯竭等各種問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，并且這些問(wèn)題有著時(shí)間跨度較長(zhǎng)、涉及部門(mén)較多、驅(qū)動(dòng)因素復(fù)雜等各種特征，解決與處理難度十分高。例如2015中國(guó)氣候公報(bào)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在2015年一整年時(shí)間中，我國(guó)總計(jì)出現(xiàn)11次高強(qiáng)度的霧霾，有著時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)霧與重霾結(jié)合的特征[1]。雖然環(huán)境管理部門(mén)積極落實(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)以及治理等各項(xiàng)工作，結(jié)合環(huán)境監(jiān)測(cè)，從源頭管理污染問(wèn)題，但是由于監(jiān)測(cè)范圍廣泛、過(guò)程復(fù)雜，這也使得過(guò)往監(jiān)測(cè)工作取得的效果并不明顯。而現(xiàn)今，隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代全面到來(lái)，生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)給環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)帶來(lái)了全新的機(jī)遇，依托大數(shù)據(jù)來(lái)全面收集與生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域有關(guān)的信息數(shù)據(jù)，持續(xù)化地掌握環(huán)境污染情況以及環(huán)境實(shí)際污染情況，能夠讓監(jiān)測(cè)質(zhì)量持續(xù)增加。以下就針對(duì)大數(shù)據(jù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的使用進(jìn)行分析。

1 簡(jiǎn)述大數(shù)據(jù)的概念與生態(tài)大數(shù)據(jù)特點(diǎn)

1.1 概念

大數(shù)據(jù)屬于一種規(guī)模過(guò)于龐大，在展開(kāi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、獲取、管理以及分析等各個(gè)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)數(shù)據(jù)工具能力范圍的數(shù)據(jù)集合。大數(shù)據(jù)之父維克托邁爾舍恩伯格教授將大數(shù)據(jù)表述為不用進(jìn)行隨機(jī)分析（如抽樣檢查）的捷徑，采取所有數(shù)據(jù)展開(kāi)處理與分析即為大數(shù)據(jù)[2]。從經(jīng)濟(jì)角度而言，大數(shù)據(jù)的信息大小以及復(fù)雜程度已經(jīng)難以利用各種普通數(shù)據(jù)進(jìn)行描述，無(wú)論是在管理中還是在預(yù)算中都可以成為大數(shù)據(jù)。與大數(shù)據(jù)相關(guān)的處理技術(shù)主要包含大數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)采集、挖掘、分析以及存儲(chǔ)、大數(shù)據(jù)安全、可視化等，涉及的領(lǐng)域較多，例如分析工具，就涉及非結(jié)構(gòu)化的處理數(shù)據(jù)、分析平臺(tái)等。

1.2 特點(diǎn)

生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)一個(gè)重要類(lèi)別，具備五個(gè)重要特點(diǎn)，即數(shù)量大、價(jià)值大、種類(lèi)多、準(zhǔn)確性高、時(shí)效快[2]。具體表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）從數(shù)據(jù)類(lèi)型以及規(guī)模等情況來(lái)看，生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)類(lèi)型十分多、數(shù)據(jù)體量較大、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，從內(nèi)容上涉及土、水、氣層等數(shù)據(jù)；結(jié)合地域情況而言，包括土壤、海洋、大氣、森林、植被以及濕地等各種生態(tài)數(shù)據(jù)，這些因素組合而成使得生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)有著多樣性特征。

（2）從數(shù)據(jù)價(jià)值進(jìn)行分析，生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)有著巨大的潛在使用價(jià)值，如何從大量的數(shù)據(jù)當(dāng)中掌握和挖掘最有價(jià)值的信息是生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)所面臨的較大挑戰(zhàn)。

（3）從數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)化改變層面來(lái)講，因?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)功能與自己結(jié)構(gòu)有著動(dòng)態(tài)改變的現(xiàn)象，這也使得生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)具備實(shí)時(shí)特征，連續(xù)、長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)十分關(guān)鍵。

（4）從數(shù)據(jù)真實(shí)性層面進(jìn)行分析，受到野外條件的約束與限制，環(huán)境大數(shù)據(jù)會(huì)有一定的誤差，甚至可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，為此從海量數(shù)據(jù)當(dāng)中獲取真實(shí)數(shù)據(jù)信息是大數(shù)據(jù)應(yīng)用的重要挑戰(zhàn)。此外，除了上述的各種特征之外，生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)與其他領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)相對(duì)比，還有部門(mén)較為分散、數(shù)據(jù)源十分復(fù)雜、監(jiān)測(cè)體系不夠集中、跨越時(shí)間較久等特征。

2 大數(shù)據(jù)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

大數(shù)據(jù)作為一種新型，有著較高使用價(jià)值的技術(shù)，其在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的使用主要從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)模塊轉(zhuǎn)換、環(huán)境監(jiān)測(cè)體系以及預(yù)警系統(tǒng)等幾個(gè)方面開(kāi)展。以下就結(jié)合具體監(jiān)測(cè)案例對(duì)其展開(kāi)分析與研究。

2.1 環(huán)境大數(shù)據(jù)的采集類(lèi)別與分析

環(huán)境大數(shù)據(jù)的具體采集類(lèi)別分為兩種，一種數(shù)據(jù)是環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)所采集到的各種數(shù)據(jù)，這一種數(shù)據(jù)時(shí)間跨度相對(duì)較大，大多數(shù)都為環(huán)境污染有關(guān)的各種數(shù)據(jù)，或者針對(duì)生態(tài)環(huán)境展開(kāi)集中監(jiān)測(cè)之后獲取到的數(shù)據(jù)[3]。第二種為外部各種因素對(duì)于環(huán)境產(chǎn)生影響的數(shù)據(jù)，這一類(lèi)數(shù)據(jù)可能會(huì)受到外界環(huán)境的限制，需要展開(kāi)動(dòng)態(tài)化的挖掘，并且這一類(lèi)數(shù)據(jù)會(huì)隨之時(shí)間推移發(fā)生改變，因此需要不斷強(qiáng)化實(shí)時(shí)監(jiān)控力度。

2.2 環(huán)境大數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換模塊

大數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換模塊是一種相對(duì)較為常見(jiàn)的數(shù)據(jù)集成手段。由于互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)歷了較長(zhǎng)的發(fā)展時(shí)間，在這一時(shí)間跨度當(dāng)中，互聯(lián)網(wǎng)的編碼形式也出現(xiàn)極大地改變，但是在采取大數(shù)據(jù)技術(shù)來(lái)全面采集數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)類(lèi)型、格式等并沒(méi)有被作出嚴(yán)格的限制或者指定明確標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)椴幌拗聘袷交蛘哳?lèi)型，可以讓數(shù)據(jù)收集有著全面性的優(yōu)勢(shì)，不過(guò)有可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)多樣、復(fù)雜的情況。所以必須針對(duì)此類(lèi)數(shù)據(jù)展開(kāi)統(tǒng)一的轉(zhuǎn)換處理，即數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，將其全面統(tǒng)一成為現(xiàn)代被普遍利用的格式或者數(shù)據(jù)類(lèi)型。雖然轉(zhuǎn)換過(guò)程較為復(fù)雜，但是可以為日后使用提供巨大的便利。

2.3 建立新型生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)體系

因?yàn)榄h(huán)境污染情況越來(lái)越嚴(yán)重，在開(kāi)展環(huán)境監(jiān)測(cè)以及保護(hù)中，需要持續(xù)地完善監(jiān)測(cè)技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)功能健全的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)掌握污染物的具體情況，幫助有關(guān)部門(mén)從根源上將污染問(wèn)題解決。檢測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)需要從三個(gè)方面開(kāi)展，如圖1所示[4]。

圖1 生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)具體功能

2.3.1 需要豐富檢測(cè)方式，進(jìn)行立體感知

需要從過(guò)往的“地面檢測(cè)”逐漸朝向“天、地”等方面轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)一體化的監(jiān)測(cè)。并從點(diǎn)、面、線多角度針對(duì)環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行判斷，強(qiáng)化監(jiān)測(cè)布局的靈活多變性，將固定點(diǎn)位監(jiān)測(cè)當(dāng)作重點(diǎn)，向動(dòng)態(tài)點(diǎn)位進(jìn)行轉(zhuǎn)變。同時(shí)需要將需求當(dāng)作遷移，合理增設(shè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)，豐富檢測(cè)方法，結(jié)合不同監(jiān)測(cè)場(chǎng)景應(yīng)對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)的要求。引入更多的監(jiān)測(cè)設(shè)施與手段，以此來(lái)改變過(guò)往單純依靠定量檢測(cè)的形式，將其轉(zhuǎn)變成為定性、定量、半定量有機(jī)結(jié)合的方式，提升對(duì)環(huán)境變化的敏感度。

2.3.2 深度挖掘監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，強(qiáng)化數(shù)據(jù)使用力度

需要充分利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)來(lái)不斷豐富環(huán)境數(shù)據(jù)源，推動(dòng)不同數(shù)據(jù)之間進(jìn)行互相補(bǔ)充、互相印證，避免數(shù)據(jù)出現(xiàn)不全、不真、不準(zhǔn)、價(jià)值較低等問(wèn)題。同時(shí)，監(jiān)測(cè)人員要強(qiáng)化融合分析力度，全面釋放數(shù)據(jù)具備的價(jià)值，將各種數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合，把生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀與治療措施、污染源排放、社會(huì)各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、社會(huì)各界輿論感受等結(jié)合，實(shí)施究根溯源、評(píng)估治療成效、精細(xì)化管理以及針對(duì)性、科學(xué)治污等各項(xiàng)工作。

2.3.3 創(chuàng)建環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)，展開(kāi)智慧使用，精準(zhǔn)推送

合理利用智能化的檢索技術(shù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、高效的查詢；科學(xué)使用智能語(yǔ)音以及虛擬技術(shù)等，優(yōu)化環(huán)境監(jiān)測(cè)信息展示方式以及交互模式，讓管理人員與社會(huì)各界的信息需求得到滿足。同時(shí)，充分結(jié)合研究要求，合理使用智能編寫(xiě)技術(shù)，生成相應(yīng)報(bào)告提升工作人員工作效率；依托語(yǔ)音識(shí)別以及智能匹配等各種技術(shù)，為各種用戶定期、定時(shí)推動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)報(bào)告與信息，將過(guò)往的“人找數(shù)”，轉(zhuǎn)變成為“數(shù)找人”，為有關(guān)人員可以掌握最新環(huán)境數(shù)據(jù)信息提供極大便利[5]。

2.3.4 大數(shù)據(jù)預(yù)警框架分析

將環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)充分與現(xiàn)代化的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)相結(jié)合，通過(guò)挖掘監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并結(jié)合未來(lái)的環(huán)境預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，針對(duì)性地分析環(huán)境污染情況以及分布，并將分布特征使用可視化的方式展開(kāi)預(yù)測(cè)，可以為環(huán)境治理提供一個(gè)重要保障，避免出現(xiàn)環(huán)境污染情況。一般情況下大數(shù)據(jù)預(yù)警框架主要包括四個(gè)部分，即風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)、警情發(fā)布和通訊、監(jiān)測(cè)和警報(bào)服務(wù)、響應(yīng)能力等，如圖2所示。風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)可以不斷地評(píng)估環(huán)境系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，明確風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)別并積極展開(kāi)自主的學(xué)習(xí)；監(jiān)測(cè)與預(yù)警兩者有著相互協(xié)調(diào)的特征，通過(guò)監(jiān)測(cè)可以將區(qū)域環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行反映，對(duì)區(qū)域重點(diǎn)污染物以及污染源展開(kāi)自動(dòng)監(jiān)測(cè)以及人工捕捉，之后預(yù)警功能結(jié)合各種數(shù)據(jù)展開(kāi)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)展預(yù)測(cè)，以及風(fēng)險(xiǎn)事件的處理方案評(píng)估，發(fā)布通訊以及響應(yīng)能力，主要就是確保警報(bào)可以全面、及時(shí)精準(zhǔn)地向有關(guān)單位進(jìn)行傳達(dá)。例如：在2014年11月份為確保在APEC會(huì)議時(shí)期北京空氣質(zhì)量，京津冀以及周?chē)鷧^(qū)域結(jié)合預(yù)警系統(tǒng)實(shí)施“空氣保衛(wèi)戰(zhàn)”，在“綠色地平線”大數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)的全面支撐下，在統(tǒng)一調(diào)度以及全面預(yù)測(cè)下，實(shí)現(xiàn)區(qū)域環(huán)境污染問(wèn)題的聯(lián)防管控，最終大幅度地減少了區(qū)域大氣污染物實(shí)際排放量。

圖2 環(huán)境檢測(cè)預(yù)警框架

3 大數(shù)據(jù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的優(yōu)勢(shì)

3.1 提高生態(tài)環(huán)境預(yù)警水平

通過(guò)生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)，在整個(gè)區(qū)域當(dāng)中可以清晰地掌握到污染的來(lái)源，明確污染物的實(shí)際情況，以此來(lái)不斷提升預(yù)警質(zhì)量與水平，為后期工作開(kāi)展提供重要的助力[6]。一是可以采用大數(shù)據(jù)技術(shù)來(lái)全面分析生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，挖掘降水?dāng)?shù)據(jù)以及電磁輻射數(shù)據(jù)等，進(jìn)一步掌握影響區(qū)域環(huán)境的因素。二是積極地分析污染源區(qū)域當(dāng)中污染物排放數(shù)據(jù)，強(qiáng)化對(duì)各種廢物、污染物的監(jiān)測(cè)，可以有效地改進(jìn)污染物費(fèi)用征收方式以及標(biāo)準(zhǔn)，提升在線監(jiān)督與管理目標(biāo)。三是合理分析區(qū)域居民日常生活所產(chǎn)生的垃圾，及水資源實(shí)際使用量和地理信息等，利用圖像或者數(shù)據(jù)庫(kù)的方式進(jìn)行展示，可以精準(zhǔn)掌握區(qū)域內(nèi)存在污染超標(biāo)的情況。此外，在環(huán)境預(yù)警系統(tǒng)當(dāng)中全面引入監(jiān)管業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、環(huán)境移動(dòng)檢查執(zhí)法數(shù)據(jù)、在線污染物監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、水質(zhì)以及大氣數(shù)據(jù)等，可以最大化地發(fā)揮不同環(huán)節(jié)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的價(jià)值，解決“信息孤島”問(wèn)題，讓預(yù)警水平能夠持續(xù)增強(qiáng)。

3.2 達(dá)到科學(xué)合理的決策

大數(shù)據(jù)在針對(duì)具體問(wèn)題展開(kāi)分析以及評(píng)估上，有著較高的便捷和時(shí)效性、針對(duì)性以及精準(zhǔn)性特征，如圖3所示。對(duì)于相關(guān)環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)而言，雖然現(xiàn)階段對(duì)于較為龐大的數(shù)據(jù)信息使用與管理難度較高，人工展開(kāi)數(shù)據(jù)挖掘和分析仍舊是當(dāng)前最主要的表現(xiàn)。但是在大數(shù)據(jù)技術(shù)持續(xù)進(jìn)步以及發(fā)展下，對(duì)于數(shù)據(jù)處理將會(huì)更加程序化與系統(tǒng)化，這不僅會(huì)對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作開(kāi)展以及治理工作開(kāi)展提供重要的幫助，對(duì)于各種與環(huán)境保護(hù)有關(guān)的重大決策也有著十分重要的幫助[7]。在合理使用大數(shù)據(jù)技術(shù)過(guò)程中，通過(guò)推動(dòng)數(shù)據(jù)資源的不斷整合，綜合使用環(huán)保、氣象、交通等各個(gè)部門(mén)所獲取的與環(huán)境相關(guān)的數(shù)據(jù)，可以做到環(huán)境污染控制的精細(xì)化、日?；嬲龑?shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”這一目的，增強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測(cè)以及管理決策的合理性。此外，在環(huán)境監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上強(qiáng)化對(duì)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)上公眾輿情的管理力度，通過(guò)收集社會(huì)各界各種環(huán)境建設(shè)項(xiàng)目認(rèn)同感以及對(duì)于污染物處理效果的滿意度，自動(dòng)抓取互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中的信息，展開(kāi)專題聚集，不僅可以為政府部門(mén)輿情管理提供分析報(bào)告，還可為環(huán)境管理決策提供更多意見(jiàn)指導(dǎo)以及數(shù)據(jù)支撐。

圖3 生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)

3.3 提高總體監(jiān)測(cè)服務(wù)水平

全面獲取生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，具備的作用主要表現(xiàn)在3個(gè)層面。一是通過(guò)積極地開(kāi)放監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以讓群眾獲取更多精準(zhǔn)的環(huán)境監(jiān)測(cè)信息，助推環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的全面推廣，為環(huán)境監(jiān)測(cè)工作高質(zhì)量落實(shí)提供重要的群眾基礎(chǔ)，讓檢測(cè)水平有效、持續(xù)增強(qiáng)。二是將大數(shù)據(jù)技術(shù)與環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的技術(shù)規(guī)范、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，可以為環(huán)境監(jiān)測(cè)提供幫助，提升總體監(jiān)測(cè)服務(wù)水平[8]。例如：結(jié)合監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)范制度，構(gòu)建大數(shù)據(jù)模型，可以讓監(jiān)測(cè)智能化程度更高。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠處理各種類(lèi)型、各種來(lái)源、不同尺度的數(shù)據(jù)，在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域有著較高的應(yīng)用價(jià)值，依托生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)來(lái)助推環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)工作開(kāi)展是監(jiān)測(cè)部門(mén)面對(duì)新形勢(shì)的必然選擇，也是保證環(huán)境管理高質(zhì)量開(kāi)展的重要支撐。為此，必須積極探索大數(shù)據(jù)技術(shù)全方位應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的方式，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)來(lái)全面分析各種復(fù)雜的環(huán)境要素以及污染數(shù)據(jù)，建設(shè)細(xì)致、優(yōu)異的環(huán)境監(jiān)測(cè)體系，明確預(yù)警架構(gòu)，集中整合不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)來(lái)助推環(huán)境監(jiān)測(cè)工作高質(zhì)量、持續(xù)化地開(kāi)展，這也是今后需要相關(guān)研究人員重點(diǎn)探索的方向。