大數(shù)據(jù)背景下計算機技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量管理中的應用研究

趙偉瓊

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；計算機技術(shù)；環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量管理

改革開放至今，全球環(huán)境問題日益凸顯，解決環(huán)境問題也越來越困難。目前，環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量管理中傳統(tǒng)計算機分析方法都無法適應當前實際情況。而計算機技術(shù)可有效分析及解決各種環(huán)境問題，在很多方面都有其優(yōu)越性。利用計算機技術(shù)，對海量環(huán)境信息進行歸類、儲存，通過計算機技術(shù)，快速、方便地查找所需信息。同時，為科研工作者提供交流平臺，使其可共享有關(guān)環(huán)境問題研究成果，從而達到共同的目的。因此可以看出，計算機技術(shù)在環(huán)保方面有著舉足輕重的地位。

一、大數(shù)據(jù)背景下計算機技術(shù)對于提高環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量管理的重要性

作為信息時代發(fā)展必然產(chǎn)物，大數(shù)據(jù)成為當前國際上最為活躍的研究課題。我國十分重視大數(shù)據(jù)在各個領(lǐng)域發(fā)展與應用，國務院于2015 年出臺《促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》把大數(shù)據(jù)作為國家發(fā)展戰(zhàn)略。國內(nèi)外學者將大數(shù)據(jù)定義為海量數(shù)據(jù)交互，數(shù)據(jù)更新快、數(shù)據(jù)類型及覆蓋范圍大。廣義地說，就是通過運用現(xiàn)代信息科技，對某一具體對象大量有限數(shù)據(jù)進行持續(xù)采集及分析，從而探索、揭示及預測事物發(fā)展內(nèi)在規(guī)律及發(fā)展趨勢。大數(shù)據(jù)具有規(guī)模大、流動快、種類多、價值高等四大特征。

環(huán)境大數(shù)據(jù)在環(huán)境管理中，主要以“生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)”為核心，該項目作為具有創(chuàng)新意義的啟動項目，對推動我國環(huán)境治理體系及治理能力現(xiàn)代化具有重要意義。2016 年原環(huán)保部辦公廳《生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)建設(shè)總體方案》提出，要在今后5 年內(nèi)，通過生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)建設(shè)與應用，使生態(tài)環(huán)境決策科學化、環(huán)境監(jiān)管科學化、環(huán)境管理科學化、環(huán)境公共服務便民化。如有學者通過對內(nèi)蒙古環(huán)境大數(shù)據(jù)研究，認為建立及應用環(huán)境大數(shù)據(jù)，是順應新形勢、新要求、全面提高環(huán)境監(jiān)管水平有力手段。環(huán)境大數(shù)據(jù)發(fā)展與應用將有助于促進信息資源整合與開放共享，促進數(shù)字中國建設(shè)。生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)構(gòu)建能夠有效地改善當前環(huán)境治理狀況，是促進我國環(huán)境發(fā)展的主要目標。從這一點可看出，我國政府十分重視環(huán)境大數(shù)據(jù)在環(huán)境治理中的重要性，而眾多學者也都從不同角度提出環(huán)境大數(shù)據(jù)構(gòu)建的想法。

此外，大數(shù)據(jù)在環(huán)保方面有著巨大發(fā)展?jié)摿?。有學者認為提出要構(gòu)建能夠?qū)h(huán)境數(shù)據(jù)相互聯(lián)系、共享、相互支持的環(huán)境數(shù)據(jù)共享平臺，為環(huán)境管理發(fā)展提供技術(shù)支持。加快生態(tài)文明建設(shè)大數(shù)據(jù)開放平臺建設(shè)，一方面需要搭建大數(shù)據(jù)公共云平臺，整合及收集部門分散數(shù)據(jù)，促進信息互聯(lián)互通，另一方面需要建立信息在線數(shù)據(jù)庫，方便公眾查詢、獲取生態(tài)文明建設(shè)信息并監(jiān)督政府生態(tài)文明建設(shè)。有學者提出要建設(shè)生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)服務平臺，發(fā)揮政府主導作用，促進各市場主體、社會組織、教育機構(gòu)等各類團體及個人共同參與，推動建立便捷高效生態(tài)環(huán)境公共服務體系。建立統(tǒng)一環(huán)境信息公開平臺，增強公眾參與能力，加強與政府溝通機制，使其更好地發(fā)揮其社會作用。另有學者認為，通過構(gòu)建生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)平臺，可實現(xiàn)政府信息全面共享，有利于環(huán)境政策科學制定。在網(wǎng)絡環(huán)境大數(shù)據(jù)環(huán)境下，通過建立由政府、企業(yè)、社會等多方主體共同參與環(huán)境大數(shù)據(jù)平臺，可提高環(huán)境治理能力、促進環(huán)境治理能力現(xiàn)代化。

二、大數(shù)據(jù)背景下計算機技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量管理的關(guān)鍵技術(shù)

（一）辦公自動化的應用

該系統(tǒng)采用目前最先進系統(tǒng)LotusNotes（OA），結(jié)合先進電子郵件系統(tǒng)、多媒體數(shù)據(jù)庫、多層安全系統(tǒng)等技術(shù)針對客戶實際需求制定一套完整辦公自動化管理軟件，增強工作透明度，節(jié)省辦公成本，提高工作效率。通過建立以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)內(nèi)外信息平臺建立信息公開系統(tǒng)，實現(xiàn)電子辦公室，使得分散在不同地區(qū)環(huán)保監(jiān)測員不受地理空間制約，整體反應及速度都得到極大提高，環(huán)境監(jiān)測管理朝著實時、簡潔化方向不斷發(fā)展，不僅提高環(huán)境監(jiān)測管理效率，且還大大節(jié)約人力、物力。

（二）網(wǎng)絡技術(shù)

大數(shù)據(jù)時代來臨，大數(shù)據(jù)已經(jīng)在各行各業(yè)中得到廣泛應用。當前，國內(nèi)外學者對大數(shù)據(jù)研究多集中在金融、醫(yī)療等領(lǐng)域，而環(huán)境大數(shù)據(jù)正是基于大數(shù)據(jù)研究而產(chǎn)生。從宏觀角度來看，環(huán)境大數(shù)據(jù)是利用大數(shù)據(jù)概念、技術(shù)及方法，解決環(huán)境領(lǐng)域數(shù)據(jù)采集、存儲、計算及應用等一系列問題，是大數(shù)據(jù)理論及技術(shù)在環(huán)境領(lǐng)域上的應用及實踐。環(huán)境大數(shù)據(jù)具有大數(shù)據(jù)共性，可以有效解決傳統(tǒng)技術(shù)手段難以有效收集、處理及應用的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)。加之隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ罴肮ぷ髦斜夭豢缮俚氖侄??；?S 技術(shù)環(huán)境監(jiān)控信息建設(shè)需要綜合、細致地思考On-Line 網(wǎng)絡GIS 技術(shù)，Java 技術(shù)的出現(xiàn)為環(huán)境監(jiān)測構(gòu)建3S 系統(tǒng)提供了有力支撐。

（三）空間模型管理與模擬技術(shù)

空間模型管理與模擬技術(shù)的出現(xiàn)使得環(huán)境監(jiān)測工作由“點”向“面”延伸，同時空間模型管理與模擬技術(shù)在一定程度上提高了環(huán)境監(jiān)測對各種環(huán)境污染事件的預測能力，對于建立基于環(huán)境應急服務監(jiān)測與評價體系具有重要意義。

（四）遙感技術(shù)的應用

在現(xiàn)代GIS 中遙感影像及數(shù)據(jù)是其核心資源。遙感影像是包含多種地理因素綜合地理信息資源，同時也是具有空間意義信息，能夠為地理現(xiàn)象空間分布提供可靠定位及定量數(shù)據(jù)。

遙感資料可全面加強地理復合體圖像及概念，同時也可提供具有全球性特征可視地形真實圖像，由表及里，以間接形式從中得到更為豐富二次信息。因此，遙感技術(shù)綜合利用物理、數(shù)學、地質(zhì)法則方法來進行數(shù)據(jù)采集技術(shù)。

目前，遙感技術(shù)與GIS 網(wǎng)絡技術(shù)緊密結(jié)合，可為環(huán)境變化研究提供多維、動態(tài)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)。在環(huán)境變化監(jiān)測方面，要全面掌握及認識全球范圍內(nèi)大氣中含有放射性及化學成分微量氣體時空分布及變化規(guī)律，特別是CO，CO2，N2O，CH4，SO2 等。數(shù)值模型在環(huán)境變遷研究中起到至關(guān)重要作用，其水平分辨率要接近目前數(shù)值模型。利用這些先進技術(shù)，不但能另使用者在最短時間內(nèi)掌握與環(huán)境有關(guān)地理地圖資料，還能獲得與之相關(guān)報表、地圖、文字、多媒體資料（聲、視、動畫、圖像）等，使用者能夠全方位掌握我國環(huán)境情況，使GIS 空間性、綜合性優(yōu)勢作用充分發(fā)揮。

三、大數(shù)據(jù)背景下計算機技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量管理的建議

（一）以整體為核心的控制因素

由于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與國民生活密切相關(guān)，因此，對其進行快速、準確及合理的評價較為關(guān)鍵。此外，盡管GIS、遙感等技術(shù)在我國生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評估中得到廣泛應用，但是目前還沒有成熟、業(yè)務化評價體系。大多數(shù)都是以GIS 為主，只有少量地理信息資源，只有一些簡單地理信息資源，比如圖像裁剪、鑲嵌、變換、幾何校正、分類等。同時，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與植被、大氣、水、噪聲等諸多因素之間存在著密切聯(lián)系，對此，應建立一套高效、快捷方法來反映環(huán)境質(zhì)量，按照《生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價規(guī)范》要求建立基于GIS 技術(shù)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評估業(yè)務系統(tǒng)。

（二）加強數(shù)據(jù)收集適用性，提高數(shù)據(jù)傳播力度

隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計能力得到極大提高。近幾年，隨著全球環(huán)境問題突出，環(huán)境指標及相關(guān)數(shù)據(jù)數(shù)量也在不斷增加。環(huán)境科學研究包括大量數(shù)據(jù)、圖像及模型數(shù)據(jù)處理這些工作，單純靠人工進行分析是很困難的。同時，在進行數(shù)據(jù)處理時，其計算結(jié)果精確度及精確度將會受到影響，從而對最終評價指標產(chǎn)生影響?？茖W有效運用計算機技術(shù)可有效地解決上述問題。利用計算機技術(shù)可使測量結(jié)果準確度得到顯著提高，使環(huán)境質(zhì)量得到更好控制，并能更好地完成環(huán)境治理。同時，它還可對海量復雜數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分類、存儲，使環(huán)保方面海量信息得以系統(tǒng)化，無論是在大量數(shù)據(jù)處理上，還是在計算及處理數(shù)據(jù)上，計算機都有著巨大優(yōu)勢。此外，計算機網(wǎng)絡為人們提供基于互聯(lián)網(wǎng)信息資源檢索平臺。

通過計算機網(wǎng)絡，可有效地進行各種環(huán)境保護方面信息交換，從而使新環(huán)保觀念得到不斷優(yōu)化。利用計算機及網(wǎng)絡技術(shù)，可方便地收集各種需要資料，并能及時掌握環(huán)境科學發(fā)展趨勢，加速研究。以往，從書籍中查找信息，不但耗時耗力，還可參考 文獻數(shù)量很少，能接觸到外國文獻更是寥寥無幾。由于國內(nèi)網(wǎng)絡信息資源快速更新，使得很多最新文獻能夠在很短時間內(nèi)被收錄。另外，隨著計算機技術(shù)飛速發(fā)展，各類學科專業(yè)網(wǎng)站及網(wǎng)上學術(shù)論壇涌現(xiàn)，對環(huán)境科學發(fā)展及信息傳播起到積極推動作用。計算機正逐步成為環(huán)保領(lǐng)域中重要研究手段。在解決某些環(huán)境問題時，應該建立環(huán)境治理模型。傳統(tǒng)環(huán)境治理技術(shù)無法構(gòu)建模型，只能通過人工抽象來進行分析，限制它應用。而運用計算機技術(shù)，則可將MATLAB 與神經(jīng)網(wǎng)絡與遺傳算法相結(jié)合。在解決各種環(huán)保問題方面，取得很好成效。

此外，計算機軟件具有很強的文字、圖形編輯能力，操作簡單、快捷，而且易于修改。通過 Visio 軟件，可以實現(xiàn)簡單、清楚的流程。利用 PPT、 Flash 等軟件，將實驗結(jié)果生動、形象展現(xiàn)。

（三）計算機逐漸在環(huán)境監(jiān)測方面推廣

近年來，計算機已被廣泛地用于環(huán)境污染監(jiān)測、環(huán)境影響評價及環(huán)境污染統(tǒng)計。同時，計算機在這幾個方面運用，也顯示出很好的運用效果。

在環(huán)境監(jiān)測方面，計算機涉及的環(huán)境監(jiān)測包括大氣環(huán)境監(jiān)測、水環(huán)境監(jiān)測、土壤監(jiān)測、放射性監(jiān)測、環(huán)境噪聲監(jiān)測等。計算機運算速度極快，可應付各種復雜多變的監(jiān)控任務。利用自己強大數(shù)據(jù)儲存、分類功能，構(gòu)建大量數(shù)據(jù)信息庫，對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析、報告，并利用互聯(lián)網(wǎng)進行有效數(shù)據(jù)發(fā)布。另外，利用GIS 技術(shù)對河流、湖泊、海域進行環(huán)境監(jiān)測與質(zhì)量評估，還可利用GIS 技術(shù)，繪制出環(huán)境專題圖。通過繪制污染源分布圖、大氣質(zhì)量分布圖等專題圖的分析，可更好地掌握各地區(qū)環(huán)境狀況，以便有針對性地進行環(huán)保工作，因此你可以看出，面對大規(guī)模生態(tài)環(huán)境保護及治理，應運用計算機網(wǎng)絡技術(shù)、衛(wèi)星遙感技術(shù)、計算機管理軟件等手段，才能得到較好治理效果。

（四）數(shù)據(jù)一體化管理與共享

遙感影像分析是地理信息系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)重要組成部分，需要解決兩個平臺間互用性問題。其主要問題有兩個：一是GIS 及遙感資料統(tǒng)一格式。因為要使用標準文檔格式，使得處理流程更加煩瑣。二是，這兩個系統(tǒng)都支持彼此檔案。該方法無需將現(xiàn)有文件進行格式轉(zhuǎn)換，便于操作。

遙感資料多以網(wǎng)格形式儲存，GIS 資料一般采用向量格式，采用集成方式，既能支持兩種不同檔案，又能進行分布式管理。由于遙感圖像采集費用比較高，而且所占存儲空間很大，因此，為每個人都配有對應圖像，會造成很大費用。而遙感圖像應用特征則是多個用戶頻繁地對同一圖像進行對應操作，即以共享方式利用圖像?；赪eb 服務共享模式可將服務器軟件資源及硬件資源整合起來，以便于最終用戶應用。柵矢數(shù)據(jù)集與分布式管理ArcGIS 核心數(shù)據(jù)模型Geodatabase，其主要功能是根據(jù)特定數(shù)據(jù)規(guī)則對空間及屬性進行存儲，并對其進行放縮管理。這是很好綜合利用GIS 及遙感數(shù)據(jù)存儲模式。

其主要包括三個層次：FileBasedGeodatabase、PersonalGeodatabase、Enterprise（SDE）Geodatabase。其中Enterprise（SDE）Geodatabase 支持分布式管理與儲存，ENVI 完全支持ArcGISGeodatabase 各個級別的讀寫， 在ENVI、ENVIZoom、ENVIEX 中都可以通過菜單RemoteConnectionManager 打開相應的面板，也可通過SavetoArcGISGeodatabase 菜單將數(shù)據(jù)保存到Geodatabase。

（五）生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價

在對圖像進行裁剪、增強、幾何校正、圖像變換、分類及后分類等過程基礎(chǔ)上，得到圖像分類圖。通過對各地類匹配關(guān)系、侵蝕度等級、各指數(shù)標準化指數(shù)綜合分析，得到NDVI 指數(shù)、生物豐度指數(shù)、環(huán)境質(zhì)量指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、植被覆蓋度指數(shù)、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)、污染負荷指數(shù)等指標。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評估菜單主要由以下幾個部分組成：新評估區(qū)域土層、標準化因子配置、生物豐度、水網(wǎng)密度、植被覆蓋指數(shù)、環(huán)境質(zhì)量指數(shù)。

四、結(jié)束語

總而言之，計算機在環(huán)保領(lǐng)域有著舉足輕重的作用。利用計算機技術(shù)不僅可對各種環(huán)境問題進行科學有效監(jiān)測，而且可有效地向科研工作者傳遞及反映環(huán)境問題。近幾年，隨著計算機技術(shù)發(fā)展，我國環(huán)保事業(yè)也得到極大發(fā)展，但仍有一些缺陷。在今后應用中，有關(guān)科研工作者要不斷積累經(jīng)驗，不斷提升技術(shù)及操作能力，使計算機技術(shù)能夠更好地運用于環(huán)保領(lǐng)域，從而解決今后我國面臨的環(huán)境問題。