大氣環(huán)境監(jiān)測中大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用實踐探究

楊祿川

（德陽市什邡生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，四川 德陽 618000）

目前我國特別提出為確?？諝赓|(zhì)量持續(xù)改善目標(biāo)，各個城市應(yīng)深入實施“減排、壓煤、抑塵、治車、控秸”五大工程，推進(jìn)科學(xué)治污、精準(zhǔn)治污、依法治污。各級各部門要按照我國大氣污染治理方案要求，扎實推進(jìn)各項工作措施落地落實，全力以赴打贏我國大氣污染防治攻堅戰(zhàn)。

1 大氣環(huán)境治理概述

大氣環(huán)境對人類生存以及生物多樣性保護(hù)意義重大，在大氣環(huán)境治理中應(yīng)明確大氣污染成因，污染是根據(jù)人類生活活動向自然界排出大量污染物，使其含量超過環(huán)境承載能力，并使大氣環(huán)境發(fā)生惡化。大氣環(huán)境發(fā)生惡化后，其惡化分為天然污染與人為污染。天然污染包括灰塵、活火山、森林火災(zāi)等自然災(zāi)害；人為污染是污染源，包括工業(yè)污染、交通污染、燃燒物污染等。

目前，我國十九大報告中指出，為建設(shè)現(xiàn)代化人與自然和諧共處時代，不僅要創(chuàng)造出更多物質(zhì)財富滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求，還應(yīng)有更多生態(tài)產(chǎn)品滿足人們對美好生活的向往。十九大報告中特別提出了未來我國生態(tài)文明建設(shè)方向，并以大氣環(huán)境治理為基礎(chǔ)規(guī)劃了路線。為此，各地應(yīng)積極落實好大氣污染防治攻堅方案，強(qiáng)化監(jiān)測技術(shù)，突出重點、對標(biāo)對表、精準(zhǔn)發(fā)力，扎實推進(jìn)各項工作任務(wù)取得實質(zhì)性進(jìn)展。要進(jìn)一步落實各方責(zé)任，通過嚴(yán)格的督導(dǎo)和問責(zé)倒逼工作落實，確保大氣污染防治各項工作取得實效，促進(jìn)空氣質(zhì)量穩(wěn)步改善。要把大氣污染防治和各項工作結(jié)合起來，統(tǒng)籌推進(jìn)，不斷強(qiáng)化治理體系和治理能力，堅持經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)效能，不斷夯實高質(zhì)量發(fā)展基礎(chǔ)。

2 大氣環(huán)境監(jiān)測中大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用意義分析

隨著我國科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，各種新技術(shù)、各種信息層出不窮，我國也進(jìn)入了全信息發(fā)展時代。在有效提升人們?nèi)粘Ｉ畋憬菪缘耐瑫r，也改變了人們的生活習(xí)慣。例如，在各種軟件程序應(yīng)用中，產(chǎn)生數(shù)量巨大的信息數(shù)據(jù)，也改變了傳統(tǒng)信息數(shù)據(jù)儲存方式，使其能夠更好地服務(wù)軟件應(yīng)用人群。為此在大氣環(huán)境監(jiān)測工作中，技術(shù)人員應(yīng)重視對大數(shù)據(jù)技術(shù)的挖掘與利用，如無人機(jī)、數(shù)據(jù)中心、多源數(shù)據(jù)融合、空間監(jiān)測站等，以有效提高數(shù)據(jù)收集統(tǒng)計分析效率，并以此提升大氣環(huán)境監(jiān)測的可靠性。

3 大氣環(huán)境監(jiān)測中大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用對策分析

3.1 大數(shù)據(jù)解析技術(shù)

3.1.1 大數(shù)據(jù)解析技術(shù)的優(yōu)勢

在大氣環(huán)境監(jiān)測中，大數(shù)據(jù)解析技術(shù)相比傳統(tǒng)手段具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，不僅可以提升大氣環(huán)境監(jiān)測的準(zhǔn)確性也能夠滿足不同環(huán)境的監(jiān)測需求。一般來說，大數(shù)據(jù)解析技術(shù)包括三方面，環(huán)境監(jiān)控、輔助環(huán)境治理以及共享監(jiān)測成果等。具體來說，在大氣環(huán)境監(jiān)測中大數(shù)據(jù)解析技術(shù)可根據(jù)信息獲取高效功能以及多種監(jiān)測采集設(shè)備協(xié)同應(yīng)用，并通過監(jiān)測手段體現(xiàn)出其更為多樣化的特點，在通過應(yīng)用大數(shù)據(jù)解析技術(shù)迅速分析出重要的數(shù)據(jù)參數(shù)后，精準(zhǔn)監(jiān)測大氣環(huán)境，并將信息數(shù)據(jù)分享給有關(guān)部門，以此有效提升大氣環(huán)境監(jiān)測的預(yù)警能力，確保為下一步制定出行之有效的防治對策，真正達(dá)到防止環(huán)境污染蔓延、改善大氣環(huán)境的目的。

3.1.2 大數(shù)據(jù)解析技術(shù)的破解難題

隨著大氣污染問題研究的不斷深入，科學(xué)體系的日臻完善，科學(xué)家提出“一個大氣”的概念，即所有的問題都發(fā)生在一個大氣下，各種問題通過自由基化學(xué)或關(guān)鍵物種的化學(xué)過程彼此關(guān)聯(lián)，應(yīng)采取綜合性的方法對各種相關(guān)污染問題進(jìn)行整體考慮。在大數(shù)據(jù)解析技術(shù)實際應(yīng)用中，可有效解決以往存在的大氣污染防治精準(zhǔn)施策、破解污染溯源等關(guān)鍵性難題，可依據(jù)“大氣環(huán)境污染立體監(jiān)測精細(xì)化源解析系統(tǒng)研發(fā)項目”，通過建立環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測監(jiān)管和預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)，查明以下兩方面的問題：其一，查明污染傳輸來源，初步判別區(qū)域影響，評估其他城市的污染物傳輸貢獻(xiàn)。污染物由于受到氣流傳輸作用，流動性較大，污染物的跨區(qū)域傳輸源是查明空氣質(zhì)量變化首要考慮的問題；其二，查明污染組分比例，深度解析污染成因，可利用大數(shù)據(jù)解析技術(shù)，通過國控點數(shù)據(jù)分析不同的污染特征：空間分布差異明顯，且主要以冬春季節(jié)的顆粒物（PM10和PM2.5）污染和夏秋季節(jié)的O3污染兩大污染源為主。以兩大重點污染因子為研究對象，查明傳輸影響機(jī)制問題，即顆粒物污染傳輸問題和O3污染傳輸問題；查明本地組分解析問題，即顆粒物污染組分解析和O3污染組分解析，最終為大氣污染防治的應(yīng)急處理和優(yōu)化控制提供基礎(chǔ)保障。

3.1.3 大數(shù)據(jù)解析技術(shù)的可視化操作

首先，在大氣環(huán)境污染治理中，可依據(jù)大數(shù)據(jù)技術(shù)形成可視化操作，在可視化操作中可將大氣環(huán)境因素納入監(jiān)測范圍，并將涉及的監(jiān)測指標(biāo)分開來進(jìn)行處理，如二氧化硫、氮氧化物等。其次，在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息收集記錄工作的基礎(chǔ)上，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)可針對大氣環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)演變規(guī)律進(jìn)行解析，并以此方便相關(guān)人員進(jìn)行可視化操作，進(jìn)而針對各種監(jiān)測指標(biāo)進(jìn)行采集與分析，將監(jiān)測子站數(shù)據(jù)信息反饋到中心站，并通過中心站計算機(jī)將反饋結(jié)果上傳到當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)環(huán)境監(jiān)測平臺中，在此過程中可視化操作可更直觀地反映出當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境實際質(zhì)量，并依據(jù)氣象預(yù)警系統(tǒng)制定出適合當(dāng)?shù)氐姆乐问侄蝃1]。

3.2 建設(shè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)平臺

在大氣環(huán)境大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用下，當(dāng)?shù)貞?yīng)依托大數(shù)據(jù)技術(shù)建立生態(tài)環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)平臺。首先，相關(guān)生態(tài)環(huán)境部門應(yīng)積極作為、狠抓落實，從優(yōu)化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)布局、豐富拓展生態(tài)監(jiān)測范圍，提升污染源預(yù)警監(jiān)測水平、推進(jìn)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)等方面發(fā)力，加快構(gòu)建“天空地一體”生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系。其次，當(dāng)?shù)貞?yīng)積極依托大數(shù)據(jù)技術(shù)，建立生態(tài)監(jiān)測地面站點、生態(tài)監(jiān)測指標(biāo)、環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測站、地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測斷面、重點工業(yè)園區(qū)有毒有害氣體環(huán)境風(fēng)險預(yù)警監(jiān)測體系等監(jiān)控平臺。

例如，當(dāng)?shù)乜蓤猿帧耙粡埦W(wǎng)”，建設(shè)涵蓋大氣、水、土壤、噪聲、輻射等要素的全省環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)籌構(gòu)建污染源監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，加強(qiáng)遙感手段在水體和環(huán)境空氣監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用，持續(xù)優(yōu)化生態(tài)環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)平臺。布設(shè)地下水基礎(chǔ)環(huán)境狀況調(diào)查評估點，為“十四五”時期實現(xiàn)對全省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、重點污染源和生態(tài)環(huán)境狀況監(jiān)測全覆蓋打下基礎(chǔ)。統(tǒng)籌全省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測體系建設(shè)，組織實施生態(tài)環(huán)境監(jiān)測規(guī)劃，系統(tǒng)提升現(xiàn)代化監(jiān)測水平。圍繞全省重要生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)重大工程實施，做好生態(tài)監(jiān)測服務(wù)。進(jìn)一步在“服務(wù)民生”等方面下功夫，讓生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)在服務(wù)民生方面發(fā)揮好作用，不斷增強(qiáng)人民群眾的獲得感和幸福感[2]。

3.3 建立綜合大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

目前，為了達(dá)到控制大氣污染的目的，必須大力發(fā)展綜合監(jiān)測系統(tǒng)。首先，地方政府要強(qiáng)化自身的基礎(chǔ)設(shè)施，擴(kuò)大監(jiān)控范圍，實現(xiàn)全球監(jiān)控技術(shù)的融合，建立一個完善的環(huán)境監(jiān)控和預(yù)警系統(tǒng)；其次，在建立綜合環(huán)境大氣監(jiān)測站點時，要構(gòu)建先進(jìn)的儀器裝備和綜合能力評價體系。同時，本文還從污染顆粒物成分、來源、臭氧前體物揮發(fā)性有機(jī)物、顆粒物垂直分布、外源傳輸?shù)葞讉€角度進(jìn)行了研究，為大氣環(huán)境保護(hù)、區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控、污染預(yù)警、環(huán)境污染應(yīng)急等工作提供了科學(xué)依據(jù)。比如，在對本地固定污染源排放監(jiān)測中，要建立大氣綜合監(jiān)測站點，設(shè)立專門的監(jiān)測小組，共同努力，保證監(jiān)測任務(wù)的質(zhì)量和效率。例如，通過綜合監(jiān)測系統(tǒng)支持高質(zhì)量發(fā)展、提高區(qū)域大氣監(jiān)測技術(shù)水平、由單一區(qū)域監(jiān)測向綜合監(jiān)測發(fā)展、從僅僅監(jiān)測環(huán)境質(zhì)量濃度的動態(tài)變化到可追溯等方面，更好地為打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)助力。最后，當(dāng)?shù)剡€應(yīng)不斷加強(qiáng)自身監(jiān)測能力，加強(qiáng)污染來源分析、治理對策制定、效果分析、評價等方面的綜合運(yùn)用，運(yùn)用多模型的預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)，大力提升當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量預(yù)報預(yù)警能力及準(zhǔn)確度，提升大氣污染防治的技術(shù)支撐能力，為持續(xù)改善大氣環(huán)境質(zhì)量保駕護(hù)航[3]。

3.4 不斷改進(jìn)大氣監(jiān)測技術(shù)

在目前的情況下，為了更好地利用大數(shù)據(jù)監(jiān)測技術(shù)，必須通過改進(jìn)技術(shù)來指導(dǎo)大氣污染防治工作，降低污染，提高環(huán)境質(zhì)量，加強(qiáng)對“藍(lán)天”的保護(hù)。首先，地方要積極支持新技術(shù)新設(shè)備的開發(fā)與使用。比如，可以建立一套用于餐廳油煙污染的在線監(jiān)控體系，使其能夠完全覆蓋所有的油煙凈化設(shè)備。同時，要加速我國的生態(tài)環(huán)境管理體制建設(shè)和提升治理能力的現(xiàn)代化，提高大氣污染預(yù)警水平，推動科學(xué)治污、精準(zhǔn)治污、依法治污。地方要運(yùn)用大氣監(jiān)測技術(shù)，不斷改進(jìn)數(shù)字化的信息系統(tǒng)，通過大氣監(jiān)測技術(shù)建設(shè)自動監(jiān)測網(wǎng)，實現(xiàn)大氣質(zhì)量自動監(jiān)測、污染源企業(yè)監(jiān)測等。同時，在十四五規(guī)劃中，要不斷健全監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，建立環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測、污染源監(jiān)測和生態(tài)監(jiān)測一體化監(jiān)測系統(tǒng)。其次，為了改善空氣質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)，必須根據(jù)環(huán)境監(jiān)測儀的規(guī)定，根據(jù)各地區(qū)的情況收集資料，將其匯總上報到地方環(huán)保系統(tǒng)，進(jìn)行橫向、縱向的比對，并提出相應(yīng)的防治方案。在行政區(qū)域范圍內(nèi)建立一套空氣自動監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)將能夠?qū)崟r監(jiān)測到城區(qū)及周邊地區(qū)的空氣質(zhì)量情況，并能及時發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而為政府更精細(xì)化地進(jìn)行大氣環(huán)境治理，控制和改善空氣質(zhì)量，為產(chǎn)業(yè)布局轉(zhuǎn)型升級等提供更加科學(xué)的依據(jù)[4]。

3.5 合理利用無人機(jī)技術(shù)強(qiáng)化大氣環(huán)境監(jiān)測效果

其一，環(huán)保無人機(jī)應(yīng)用場景，有應(yīng)急環(huán)境污染處理、核心污染區(qū)監(jiān)測、突發(fā)環(huán)境事故處理、大氣污染監(jiān)測、廢氣排放監(jiān)測、污染源排查、水域巡查監(jiān)測、排污口、固體廢物防治等在環(huán)保領(lǐng)域。無人機(jī)主要應(yīng)用在監(jiān)測、取證和測繪三個方面。在監(jiān)測方面，無人機(jī)通過搭載各種傳感器和平臺系統(tǒng)，能夠?qū)Υ髿?、水體、固廢污染等進(jìn)行實時監(jiān)測。無人機(jī)因其具有靈活、便捷等優(yōu)點，使得無人機(jī)環(huán)保監(jiān)測能夠獲取到多方面的數(shù)據(jù)信息，同時數(shù)據(jù)采集和傳輸也更加穩(wěn)定和準(zhǔn)確，比傳統(tǒng)的監(jiān)測手段要有效得多。

其二，無人機(jī)在大氣治理中，一次監(jiān)測最多9種空氣污染物，并將數(shù)據(jù)實時傳輸，實時生成直觀的二維/三維污染分布圖，即時生成報告，在取證方面，無人機(jī)能夠加大環(huán)保督察和執(zhí)法的力度。當(dāng)出現(xiàn)各種違規(guī)生產(chǎn)和非法排放等問題時，以前只能依靠傳統(tǒng)的人工取證和處理，困難程度相對較高且效率低下，利用無人機(jī)環(huán)保監(jiān)測實現(xiàn)在空中拍照取證，能及時獲取所需的數(shù)據(jù)信息，提高了環(huán)保執(zhí)法的工作效率[5]。例如，以六旋翼無人機(jī)為飛行搭載平臺，以STM32單片機(jī)和傳感器技術(shù)為支撐，設(shè)計實現(xiàn)一套大氣污染物立體化監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可方便進(jìn)行監(jiān)測航線智能規(guī)劃，自主飛行?？捎糜诒O(jiān)測和分析PM2.5、PM10、SO2、O3、NO2等污染物的水平和垂向分布特征。實踐表明該系統(tǒng)進(jìn)行大氣污染物分布的立體監(jiān)測是可行的，并具有靈活性和高效性的特點，是對現(xiàn)有固定環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的有益補(bǔ)充。其三，在測繪方面，無人機(jī)還能對水、土地等資源進(jìn)行測繪，為有關(guān)部門掌握我國整體環(huán)境狀況提供了數(shù)據(jù)支持，從而制定相關(guān)的環(huán)保政策和采取相關(guān)行動。隨著無人機(jī)的強(qiáng)勢入局，我國大氣污染防治迎來嶄新局面，“無人機(jī)+環(huán)?！钡陌l(fā)展也將獲得更為廣闊的前景。未來，無人機(jī)與人工智能技術(shù)必定會實現(xiàn)深度融合，“無人機(jī)+環(huán)?！币矔@得更強(qiáng)專業(yè)技術(shù)能力，應(yīng)用到更多的領(lǐng)域[6]。

4 結(jié)語

綜上所述，環(huán)境保護(hù)是人類永恒的主題和責(zé)任，我國越來越注重推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)。大氣污染防治是環(huán)境治理工作中的重要部分，為了深入貫徹落實國家環(huán)保政策，順利開展執(zhí)法監(jiān)查工作，各地應(yīng)積極利用大數(shù)據(jù)技術(shù)、大數(shù)據(jù)解析技術(shù)、空氣監(jiān)測站等技術(shù)不斷提升大氣治理效果，以更好地保護(hù)大氣環(huán)境，為促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。