數(shù)據(jù)挖掘下突發(fā)性環(huán)境污染應急監(jiān)測方法研究

文章編號：1674-6139（2025）07-0141-05

中圖分類號：X830.7文獻標志碼：B

Emergency Monitoring Method for Sudden Environmental Pollution under Data Mining

Du Yanlei

（Shijiazhuang EcologicalEnvironment Bureau，Xingtang County County Branch，ShijiazhuangO506Oo，China）

Abstract：Monitoringenvironmentalpolutioniselpfultounderstandtheoncentrationdistributionofpolutantsandrealieheevaluationofpolltiserityndosibleuenceange.Idertfctielyotoviroentalpltionmegencyoong methodofsudenenvironmentalpolltionbasedondataminingisproposed.Thestudydefinedthedeepminingstandardofenviromental polutiondatandintegratedpoltiondatasamplessstoeducethepretreatmentprotocolondiiosofplutionpoblems，omplete thepretreatmentofsuddenenvironmentalpolutiondataunderdatamining.Bydeterminethemonitoringschemefromthreeaspectsofair polutionacdent，waterlltionaccdentandsoilplutionacident，testudyaedtemergenymontoingofsuddenio mentalpolltionTeexpemetalesultssowtatthoughteiningandprocesingofpoltiondata，theoncentratioofolutants canbe better grasped，which has outstanding value in accurately evaluating the severity of polution.

Key words：data mining；sudden environmental pollution；emergency monitoring；air pollution；water polltion

前言

為有效治理突發(fā)性環(huán)境污染事件，應建立健全環(huán)境風險預警機制，在加強日常監(jiān)管和隱患排查的同時，提高風險防范能力[1]。在應急響應方面應制定完善的應急預案，明確應急響應程序和措施，既要采用科學有效的污染治理技術，對受污染的環(huán)境進行修復與治理，也要及時向社會公開環(huán)境污染信息，保障公眾的知情權和參與權，加強社會監(jiān)督。

馬野等人[2]提出基于微生物庫侖量抑制率的監(jiān)測技術，但該方法只針對水污染問題進行監(jiān)測，忽略了其他可能發(fā)生的環(huán)境污染問題。馬鵬飛等人[3]提出基于改進遙感生態(tài)指數(shù)的監(jiān)測方法，但監(jiān)測結(jié)果的準確性及有效性極易受到影響。a atayE^[4] 提出基于非負矩陣分解的監(jiān)測方法，但該方法所得監(jiān)測結(jié)果只能代表部分環(huán)境污染問題。A.EB等人[5]提出利用無人機巡檢技術的監(jiān)測方法，但該方法的監(jiān)測準確性只能在一定區(qū)域范圍內(nèi)得到保障。

為更好解決上述問題，實現(xiàn)對環(huán)境污染問題的全方位監(jiān)測，文章提出數(shù)據(jù)挖掘下的突發(fā)性環(huán)境污染應急監(jiān)測方法。數(shù)據(jù)挖掘是一種從大量數(shù)據(jù)中提取有用信息的過程，這些信息是隱藏的、事先未知的，但具有潛在價值[6]。利用數(shù)據(jù)挖掘算法監(jiān)測環(huán)境污染問題，建立完整的決策模型，根據(jù)過去的行動數(shù)據(jù)來預測未來的行為或發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的隱藏模式。

1數(shù)據(jù)挖掘下突發(fā)性環(huán)境污染數(shù)據(jù)預處理

1. 1 環(huán)境污染數(shù)據(jù)的深度挖掘標準定義

環(huán)境污染數(shù)據(jù)的深度挖掘是指利用數(shù)據(jù)挖掘技術，對海量的環(huán)境污染數(shù)據(jù)進行深入分析和處理，以發(fā)現(xiàn)其中隱藏的、有價值的模式和知識的過程。這一過程不僅涉及數(shù)據(jù)的收集、清洗和預處理，還包括數(shù)據(jù)的特征提取、模式識別、關聯(lián)分析、預測建模等多個環(huán)節(jié)[7]

假設 表示 n 個不同的環(huán)境污染數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源定義項 ?，χ 表示清洗運算參數(shù)， 表示環(huán)境污染區(qū)域的單位面積， 表示數(shù)據(jù)樣本的缺失值特征，8表示挖掘執(zhí)行深度， _，β 表示環(huán)境污染區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)預測建模系數(shù)，聯(lián)立上述物理量，可將環(huán)境污染數(shù)據(jù)的深度挖掘標準定義式表示為式（1）：

基于數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果，可以對環(huán)境污染的風險進行評估和預測，從而為環(huán)境管理和決策提供有力支持。

1.2 基于數(shù)據(jù)挖掘的環(huán)境污染數(shù)據(jù)整合

假設 表示基于數(shù)據(jù)挖掘算法所定義的環(huán)境污染程度計值向量，計算式如式（2）：

式（2）中， α 表示標準化的數(shù)據(jù)格式定義參數(shù)，g₁?g₂ 表示兩個不同的環(huán)境污染數(shù)據(jù)取樣對象 ， 表示重復度判定系數(shù)， γ 表示格式定義項， 表示環(huán)境污染數(shù)據(jù)的突發(fā)性屬性特征。

在式（2）的基礎上，推導基于數(shù)據(jù)挖掘的環(huán)境污染數(shù)據(jù)整合運算式為式（3）：

式（3）中， ε 表示數(shù)據(jù)樣本的歸一運算項， h 表示數(shù)據(jù)倉庫中的突發(fā)性環(huán)境污染數(shù)據(jù)估計值， φ 表示環(huán)境污染數(shù)據(jù)的集中管理參數(shù)， $＼textit { ＼textbf { ＼iota } }$ 表示突發(fā)性環(huán)境污染問題的風險估值 表示污染數(shù)據(jù)樣本的整合處理特征。通過數(shù)據(jù)挖掘技術可以發(fā)現(xiàn)突發(fā)性污染源的位置和類型，進而為污染源控制提供科學的依據(jù)。

1.3突發(fā)性環(huán)境污染數(shù)據(jù)的預處理規(guī)約條件推導

在突發(fā)性環(huán)境污染數(shù)據(jù)的預處理過程中，規(guī)約條件旨在減少數(shù)據(jù)運算量、提高處理效率，同時盡量保持數(shù)據(jù)的原始特性和分析價值。推導規(guī)約條件時，需要確定降維后的維度數(shù)（即主成分的數(shù)量），這通?；诜讲钬暙I率的大小來確定[8]。對于突發(fā)性環(huán)境污染數(shù)據(jù)方差貢獻率的計算參考以下表達式：

式（4）中， i 表示突發(fā)性環(huán)境污染數(shù)據(jù)的降維運算系數(shù)， ? 表示污染數(shù)據(jù)的主成分定義參數(shù)， κ 表示數(shù)據(jù)樣本的運算殘差， 表示突發(fā)性環(huán)境污染數(shù)據(jù)樣本方差的平均值。

假設方差貢獻率為定值，對于突發(fā)性環(huán)境污染數(shù)據(jù)的分類就可以采用數(shù)據(jù)編碼的方式來減少存儲空間。因此，在推導規(guī)約條件時，還需要確定合適的數(shù)據(jù)編碼長度。假設 q_max 表示數(shù)據(jù)編碼長度的最大值， λ 表示污染數(shù)據(jù)分類參數(shù)， l_max 表示編碼后數(shù)據(jù)樣本所占的最大存儲空間， 表示存儲空間的平均值， 表示突發(fā)性環(huán)境污染數(shù)據(jù)的預處理粒度特征，聯(lián)立式（4），可將突發(fā)性環(huán)境污染數(shù)據(jù)的預處理規(guī)約條件表示為式（5）：

突發(fā)性環(huán)境污染數(shù)據(jù)預處理的主要目的是提高數(shù)據(jù)挖掘算法的效率和準確性，通過清理、轉(zhuǎn)換和規(guī)約數(shù)據(jù)，使其更適合于后續(xù)的污染應急監(jiān)測過程。

2突發(fā)性環(huán)境污染的應急監(jiān)測

在數(shù)據(jù)挖掘算法的基礎上，完善大氣污染事故監(jiān)測、水環(huán)境污染事故監(jiān)測、土壤污染事故監(jiān)測三方面內(nèi)容，并制定具體的突發(fā)性環(huán)境污染應急監(jiān)測預案。

2.1大氣污染事故監(jiān)測

大氣污染事故是指由于人類活動或自然因素導致大氣中污染物濃度急劇增加，超過環(huán)境質(zhì)量標準，對生態(tài)環(huán)境、人類健康及財產(chǎn)造成危害的事件。這些污染物包括二氧化硫、一氧化氮、二氧化碳以及碳氫化合物等具有揮發(fā)性的有機化合物。通過實時監(jiān)測大氣中污染物的濃度變化，可以發(fā)現(xiàn)污染事故。

利用安裝在監(jiān)測站點的在線自動監(jiān)測設備，實時、連續(xù)地監(jiān)測大氣中污染物的濃度。這些設備通常包括顆粒物監(jiān)測儀、氣體分析儀等，能夠自動采集數(shù)據(jù)并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心進行處理。在特定情況下，如果大氣污染事故監(jiān)測需要利用更精確的數(shù)據(jù)，可以采用手動監(jiān)測方法。

2.2水環(huán)境污染事故監(jiān)測

突發(fā)性水環(huán)境污染事故具有影響面廣、隱蔽性強的特點，對水域中生物群體的影響極為深遠，因此采用有效的監(jiān)測布控技術，對控制污染蔓延、準確查明污染來源、制定應急措施具有重要意義。污染物進入河流后發(fā)生擴散現(xiàn)象，且在各個方向上的擴散能力受到水體流速的直接影響[9-10]。假設 μ 表示水體環(huán)境中的水面比降參數(shù)， R 表示摩阻流速， y 表示水環(huán)境的曼寧糙率系數(shù)，I表示污染物彌散參量， p₁…p₂ 表示兩個不同方向上的水體流速， o 表示水體深度，聯(lián)立上述物理量，可將水環(huán)境污染程度定義式表示為式（6）：

在準確定義水環(huán)境污染程度的基礎上，為實現(xiàn)有效監(jiān)測，還應參考以下因素布置應急監(jiān)測點：

（1）監(jiān)測斷面應設置在突發(fā)性水環(huán)境污染的核心區(qū)域內(nèi)，根據(jù)污染物擴散形式及具體的水流方向，調(diào)整監(jiān)測布點；

（2）在監(jiān)測過程中，為避免出現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)運算環(huán)節(jié)，應盡可能以更少的斷面監(jiān)測點獲取大量具有代表性的測量數(shù)據(jù)。

2.3土壤污染事故監(jiān)測

土壤污染事故監(jiān)測的主要目的是及時、準確地掌握土壤污染狀況，評估污染對生態(tài)環(huán)境和人體健康的影響，為制定有效的污染控制和修復措施提供科學依據(jù)。突發(fā)性土壤污染事故可能由多種原因引起，包括違法排污、意外泄漏、自然災害等。在進行應急監(jiān)測時，應根據(jù)污染物的性質(zhì)、分布范圍、監(jiān)測目的等因素，合理確定采樣點的位置和數(shù)量。

突發(fā)性土壤污染事故監(jiān)測需及時響應，并盡快采集樣品進行分析測試，以便及時掌握污染狀況。因此，采樣和分析測試過程需嚴格按照規(guī)范進行，以確保監(jiān)測結(jié)果的準確性。

3 實驗研究

實驗意在對數(shù)據(jù)挖掘下突發(fā)性環(huán)境污染應急監(jiān)測方法的有效性進行驗證，分別從氣體監(jiān)測、水體監(jiān)測、土壤監(jiān)測三方面進行實驗。在大氣環(huán)境中、水體環(huán)境中、土壤環(huán)境中進行取樣，并記錄其中污染性物質(zhì)的含量，再利用數(shù)據(jù)挖掘下突發(fā)性環(huán)境污染應急監(jiān)測方法進行測定實驗，將所得測定值與污染物真實含量進行對比，若完全相同或差值較小，則表示該方法的監(jiān)測準確性較高。

表1為環(huán)境污染物含量及所應用監(jiān)測設備的具體型號。

3.1突發(fā)性氣體環(huán)境污染的應急監(jiān)測實驗

利用氣相色譜儀對包含二氧化硫、一氧化氮、二氧化碳、碳氫化合物污染物的氣體進行分離處理，將各類目標污染物從混合氣體中分離出來，作為研究對象。

應用氣體檢測儀對分離出的污染性氣體含量進行監(jiān)測，具體測定結(jié)果見圖1。

如圖1所示，應用數(shù)據(jù)挖掘下突發(fā)性環(huán)境污染應急監(jiān)測方法測定污染性氣體含量，雖然不能保證每一次的測量值都與污染物真實含量完全相等，但測量值與真實值之間的數(shù)值差異較小，符合有效監(jiān)測的突發(fā)性環(huán)境污染應急處理標準。

3.2突發(fā)性水環(huán)境污染的應急監(jiān)測實驗

利用分光光度計測量重金屬污染物、硫化污染物在目標水體中的含量，并將指示劑加人水質(zhì)檢測儀中，實現(xiàn)對目標水樣中污染性物質(zhì)的分離。

表2記錄了重金屬污染物、硫化污染物含量的具體測定結(jié)果。

對比表1、表2可知，應用數(shù)據(jù)挖掘下突發(fā)性環(huán)境污染應急監(jiān)測方法測定水體污染物含量，能夠獲得較為可靠的監(jiān)測結(jié)果，整個實驗過程中，重金屬含量最大誤差為 0.3g/cm³ 、硫化物含量最大誤差為0.2g/cm³ ，符合有效監(jiān)測的突發(fā)性環(huán)境污染應急處理標準。

3.3突發(fā)性土壤環(huán)境污染的應急監(jiān)測實驗

表3記錄了含氮化合物、含磷化合物、含鉀化合物含量的具體測定結(jié)果。

分析表3可知，應用數(shù)據(jù)挖掘下突發(fā)性環(huán)境污染應急監(jiān)測方法所測得的土壤污染物含量極為接近表1中的標準含量值，表示應用該方法能夠?qū)ν话l(fā)性土壤環(huán)境污染進行有效的應急處理。

4結(jié)束語

文章提出數(shù)據(jù)挖掘下突發(fā)性環(huán)境污染應急監(jiān)測方法，在數(shù)據(jù)挖掘技術的支撐下，突發(fā)性環(huán)境污染應急監(jiān)測方法得以不斷優(yōu)化和完善，為環(huán)境保護和應急響應提供了強有力的支持。數(shù)據(jù)挖掘技術以強大的數(shù)據(jù)處理和分析能力，在突發(fā)性環(huán)境污染應急監(jiān)測中發(fā)揮了不可替代的作用。通過對海量監(jiān)測數(shù)據(jù)的深度挖掘，能夠更準確地識別大氣污染、水污染、土壤污染等突發(fā)性環(huán)境問題的特征，并預測污染擴散的趨勢。實驗結(jié)果表明，應用文章方法測定污染性氣體含量，測量值與真實值之間的數(shù)值差異較??；應用文章方法測定水體污染物含量，符合有效監(jiān)測的突發(fā)性環(huán)境污染應急處理標準；應用文章方法所測得的土壤污染物含量接近標準含量值。

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