環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估體系框架研究

任紅萍 唐哲兵 唐瀟

(陜西省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站， 陜西 西安 710054)

環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估體系框架研究

任紅萍 唐哲兵 唐瀟

(陜西省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站， 陜西 西安 710054)

開(kāi)展環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估是提高環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的有效手段，本文通過(guò)搭建環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)估體系框架，為環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量管理工作探索一項(xiàng)新的質(zhì)量控制技術(shù)。

數(shù)據(jù)；質(zhì)量；評(píng)估；研究

環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量是環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的“生命線”，環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的科學(xué)性、規(guī)范性、相關(guān)性、代表性和準(zhǔn)確性是政府環(huán)境決策和經(jīng)濟(jì)發(fā)展決策科學(xué)性、針對(duì)性、可行性的保障，也是維護(hù)公民合法環(huán)境權(quán)益的基礎(chǔ)。因此，開(kāi)展環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估成為提高環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的有效手段。目前，我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量尚無(wú)完整的評(píng)估體系，本文在構(gòu)建監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)估體系框架的同時(shí)，為環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量管理工作探索一項(xiàng)全新的質(zhì)量控制技術(shù)。

1 評(píng)估體系框架設(shè)計(jì)路線

依托計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)架構(gòu)五個(gè)系統(tǒng)：登錄系統(tǒng)、數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)、數(shù)據(jù)檢索系統(tǒng)、數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)、數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)。通過(guò)這五個(gè)系統(tǒng)，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的輸入、輸出、檢索、評(píng)估等。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如下：

系統(tǒng)采用三層架構(gòu)：數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、功能層。

(1)數(shù)據(jù)層：利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)與管理，主要包括源數(shù)據(jù)庫(kù)、評(píng)估后數(shù)據(jù)庫(kù)、異常值數(shù)據(jù)庫(kù)。源數(shù)據(jù)庫(kù)主要存放原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；評(píng)估后數(shù)據(jù)庫(kù)主要存放剔除異常數(shù)據(jù)后的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)；異常值數(shù)據(jù)庫(kù)主要存放剔除的異常值。

(2)功能層：建立與數(shù)據(jù)庫(kù)的鏈接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)剔除、數(shù)據(jù)可視化顯示等工作，并處理應(yīng)用層與數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)的交互任務(wù)。

(3)應(yīng)用層：基于圖形界面的用戶(hù)應(yīng)用接口，采用圖形用戶(hù)接口，進(jìn)行人機(jī)交互操作，進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入與數(shù)據(jù)輸出，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)與功能層的對(duì)話功能。

2 評(píng)估體系框架技術(shù)模型

(1)閾值檢驗(yàn)法 閾值檢驗(yàn)法是基于區(qū)域環(huán)境要素時(shí)空分布和變化規(guī)律，在分析研究已有的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上，確定的符合區(qū)域環(huán)境特征的各監(jiān)測(cè)要素正常取值范圍(即閾值)，并通過(guò)數(shù)據(jù)比對(duì)判別異常值。如：陜西省渭河及漢丹江流域的斷面監(jiān)測(cè)、全省空氣自動(dòng)站點(diǎn)的監(jiān)測(cè)等，都是長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)任務(wù)，目前已積累了近30年的數(shù)據(jù)，對(duì)于這些監(jiān)測(cè)區(qū)域的環(huán)境要素的環(huán)境特征已經(jīng)有了一定基礎(chǔ)，這些區(qū)域的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估就可以充分運(yùn)用閾值檢驗(yàn)法。閾值檢驗(yàn)法操作簡(jiǎn)單、直接，能夠有效地檢驗(yàn)出極端異常的數(shù)據(jù)。

(2)相關(guān)性檢驗(yàn)法 由于自然界物質(zhì)具有自身的化學(xué)性質(zhì)，遵循一定的自然規(guī)律，環(huán)境監(jiān)測(cè)中的一些項(xiàng)目間必然存在一定的相關(guān)性。

如水質(zhì)監(jiān)測(cè)中，一般情況下化學(xué)需氧量(COD cr)與五日生化需氧量(BOD5)和高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)之間的關(guān)系表現(xiàn)為： CODcr＞ CODMn，CODcr＞ BOD5；三氮中總氮(TN)是有機(jī)氮(TON)和無(wú)機(jī)氮(TIN)的總和，無(wú)機(jī)氮的量不應(yīng)大于總氮的量；總磷(TP)是指水中正磷酸鹽、聚合磷酸鹽、可水解磷酸鹽以及有機(jī)磷的總濃度值，則正磷酸鹽、聚合磷酸鹽、可水解磷酸鹽的總和不應(yīng)大于總磷；六價(jià)鉻的濃度不能大于總鉻的濃度；河口、小區(qū)域的環(huán)境要素具有一定的相關(guān)性等。在大氣監(jiān)測(cè)中，一般情況下顆粒物PM10不能大于總懸浮顆粒物TSP，顆粒物PM2.5不能大于顆粒物 PM10等。

(3)數(shù)理統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法 數(shù)理統(tǒng)計(jì)是以概率論為基礎(chǔ)的一門(mén)學(xué)科分支，在此系統(tǒng)中的應(yīng)用目的主要是將搜集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理歸納，在形成數(shù)、表、圖的同時(shí)計(jì)算出需要的統(tǒng)計(jì)量。

① 測(cè)量值的相對(duì)位置。表示測(cè)量值相對(duì)位置的百分位數(shù)或四分位數(shù)對(duì)于數(shù)據(jù)匯總是十分有益的，是一個(gè)大于或等于給定數(shù)據(jù)值百分比的數(shù)據(jù)值，有多種方法計(jì)算樣品的百分位數(shù)，但最常見(jiàn)的重要的百分位數(shù)是四分位數(shù)。50th被稱(chēng)為中位數(shù)，而25th和75th則經(jīng)常用來(lái)估計(jì)數(shù)據(jù)集的分散程度。對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，90th、95th、99th百分位數(shù)也同樣重要，因?yàn)槲覀兛偸窍Ｍ?0%、95%或99%的把握確保污染物的水平低于一個(gè)固定的風(fēng)險(xiǎn)水平。公式如下：

②測(cè)量值的中心趨勢(shì)。測(cè)量值的中心趨勢(shì)表征數(shù)據(jù)集的中心，最常見(jiàn)的是平均值、中位數(shù)和眾數(shù)。平均值是數(shù)據(jù)集的“重心”，受極端值以及未檢出數(shù)據(jù)的影響；中位數(shù)不受極端值的影響，而且適用于處理那些存在大量未檢出的數(shù)據(jù)集；眾數(shù)是發(fā)生頻率最大的數(shù)值，可能不存在或者并不是唯一的。公式如下：

中位數(shù)：當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)，

③測(cè)量偏差

一個(gè)數(shù)據(jù)集中測(cè)量值的偏差包括：極差、方差、標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，極差可充分代表數(shù)據(jù)集的離散程度；方差說(shuō)明數(shù)據(jù)離平均值的遠(yuǎn)近程度；變異系數(shù)可用來(lái)比較交叉的多個(gè)數(shù)據(jù)集的離散程度。公式如下：

④測(cè)量值的相關(guān)性。在環(huán)境監(jiān)測(cè)中每個(gè)采樣點(diǎn)都有數(shù)個(gè)特征變量，當(dāng)我們要了解兩個(gè)或兩個(gè)以上變量之間的關(guān)系或相關(guān)程度時(shí)，相關(guān)系數(shù)就成了衡量的標(biāo)準(zhǔn)。公式如下：

皮爾遜相關(guān)系數(shù)：用于衡量?jī)蓚€(gè)變量之間的線性相關(guān)程度，相關(guān)系數(shù)接近+1是為正相關(guān)，說(shuō)明一個(gè)變量增加，另一個(gè)變量也增加；相關(guān)系數(shù)接近-1是為負(fù)相關(guān)，說(shuō)明一個(gè)變量增加，另一個(gè)變量減少。他的一個(gè)重要性質(zhì)是不受數(shù)據(jù)位置變化和范圍變化的影響，對(duì)一個(gè)或兩個(gè)極端值的存在，是相當(dāng)敏感的。

斯皮爾曼秩相關(guān)：是皮爾遜相關(guān)系數(shù)的替代或補(bǔ)充，它是用X和Y的秩代替數(shù)值X和Y來(lái)計(jì)算相關(guān)系數(shù)，具有可取的性質(zhì)，因此它受極端值的影響較小。

3 結(jié)語(yǔ)

開(kāi)展環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估體系框架研究是滿(mǎn)足環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量管理工作需求，是實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)科學(xué)性、可靠性、代表性、準(zhǔn)確性評(píng)估的快捷而有效的手段。本研究根據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的特征和應(yīng)用服務(wù)的實(shí)際需求，對(duì)適用于環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估體系框架模型進(jìn)行了探討研究，構(gòu)建了環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估體系，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析與質(zhì)量評(píng)估功能。

[1]沈陽(yáng)市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站編.環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量管理與控制技術(shù)指南.中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2010,(12).

[2]薛念濤主編.環(huán)境監(jiān)測(cè)的全面質(zhì)量管理.中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008,(12).

Research on the evaluation framework of environmental monitoring data quality assessment system

Environmental monitoring data quality assessment is an effective method to improve the quality of environmental monitoring data.In this article,by demonstrating the setup of the environmental monitoring data evaluation system framework,therefrom we will explore a new quality control technique for environmental monitoring quality management.

Data; Quality; Assessment; Research

任紅萍(1965-)，女，高級(jí)工程師，現(xiàn)任陜西省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站質(zhì)量管理中心主任，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量管理工作。