探索大數據解析技術在大氣環境監測中的應用

郭炬

（西安曲江臨潼旅游投資（集團）有限公司，陜西西安 710000）

“大數據”是指借助多元形式，諸多來源，經過充分收集后形成的龐大數據組，具備實時性。大數據解析技術最早應用于企業的戰略決策層面，目的在于獲得社交網絡、電子商務網站、顧客來訪記錄中記載的所有反饋信息，從“非常規渠道”了解客戶的真實想法，從而使企業的戰略規劃方案更加完善。目前，此種技術的應用范圍正在逐漸擴大，而“大氣環境監測”正是其中一個“絕佳去處”。

1 大數據解析技術與大氣環境監測工程的契合度分析

1.1 全面提升環境監督預警能力

大氣環境監測是指對大氣環境中污染物的濃度進行觀察，分析其變化趨勢以及對環境的具體影響。一般來說，監測的分子狀污染物主要為硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、臭氧、鹵代烴、碳氫化合物等；顆粒狀污染物主要包含降塵、總懸浮顆粒、飄塵、酸沉降等。

大氣環境監測的常規開展方式為，在目標區域設置監測點，對主要污染物進行采樣、分析，結合當地的氣象條件、地形地貌，完成規定項目的定期監測。

在大數據解析技術得到深度運用前后，大氣環境監測工程的體內容并未出現顯著差異。一方面，在人們的印象中，我國環保工程總體水平“相對落后”，但實際上，隨著投入的提升、技術的更新，我國大氣環境監測水平已經位居世界前列，故大數據解析技術是否得到運用，對監測數據的收集過程、數據結果的質量并無實質影響。另一方面，大數據解析技術的重點在于“解析”，是指在足夠數據支撐的基礎上，對其發展變化的真實情況進行深層次的探索，進而找到隱藏于其后的客觀規律。由此可見，該技術應用于大氣環境監測后，帶來的直觀改變在于，以環境監測站理念收集的大氣污染物數據作為基礎，分析污染物的變化趨勢，與當地環境治理大方針相結合，最終制定出針對性更強的環境保護策略。

1.2 為環境治理決策工作提供強有力的科學依據

以我國北方某城市綜合治理的全過程為例。該城市是典型的資源型重工業城市。在該市北部地區，存在3座大型煤礦、一座火力發電廠、一家熱力供應公司。其中，火力發電廠負責全市及下屬村鎮的電能供應；熱力公司負責冬季全市的集中供暖。基于歷年的數據，該市北部地區的大氣環境水平常年處于較低級別；在一段時期內，空氣中甚至彌漫肉眼可見、疑似為煤炭殘渣的黑色顆粒狀物質。該市常年以煤炭資源的開發、銷售為主要經濟來源，故在此經濟發展模式無法改變的情況下，地區整體性的大氣污染治理方案如同一張“白紙”，幾乎沒有任何實際效力。為了達到“保證發展”與“環境治理”雙軌并進的目的，該市政府有關部門牽頭，引入大數據解析技術，希望對污染物排放的具體成分進行解析，做到“對首要污染物重點控制，對次要污染物分層級控制”。經過近3年監測后，該市大氣環境監測站的數據顯示，火力發電廠與熱力公司直接消耗的煤炭資源，產生的一氧化碳、硫氧化物含量連年大幅下降。特別是氣態二氧化硫排放量，幾乎不會對當地空氣環境造成任何影響。細查之下發現，該市火力發電廠改善鍋爐燃燒工藝，并在“煙氣脫硫”這一環節運用新技術——將收集的含硫氧化物作為材料，與石灰、工業用水等相結合，制作成硅酸鹽含硫石膏，實現“創收”。在大數據解析技術未曾得到運用時，當地人對于此種污染物處理方式心存懷疑；但大數據追蹤調查結果顯示，制作成含硫石膏后，“硫元素”的穩定性極高，不僅發電廠的硫氧化物排放量持續走低，應用于實際生產后，環境質量幾乎沒有變化。由此可見，大數據解析技術應用于大氣環境監測工程時，能夠從直接、間接兩個層面，為環境治理決策工作提供強有力的科學依據[1]。

2 大數據解析技術在大氣環境監測工程中的具體應用

2.1 建立完善的環境數據監控、采集、分析體系

大數據解析技術應用于大氣環境監測功成之后，將會形成較為完善的環境數據監控、采集、分析體系，具體內容為：

（1）該體系依托于計算機及互聯網，具備云端自動在線校準功能。如果監測傳感器的位置發生變化，或是因自然原因導致設備精準度出現問題，在無需人工介入的情況下，能夠自主完成修復。

（2）該體系能夠對區域大氣環境質量進行全天候、連續、自動地監測；通過“參數設置”之后，系統對于二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、PM2.5等常見污染物的“敏感程度”可以提高至較高水平，實現迅速、精準地收集、處理、分析。

（3）在多種氣象環境下，均能夠實現空氣的“無死角流通”，將監控區內外環境的溫度控制在同一水平。

（4）實現對氣態監測物及可吸入顆粒物的同時監測，并將有關數據實時顯示在計算機屏幕中；如果監測人員需要進行額外操作，則歷史同期監測數據也會實時顯現。

（5）此項大數據解析技術結合大氣環境監測的模式，本質上是單片機技術與網絡通訊技術的結合，具備強大的數據存儲、分析、調用功能（可借助PLC可編程邏輯控制器）。與計算機總控端相連時，如果其中任意一個邏輯處理器自動完成日均值、月均值、污染指數對比，甚至生成多種圖形數據標，則通過實時傳輸，即可使系統內的所有邏輯處理器實現解析數據的“共享”，極大地提升環境監測效率[2]。

（6）一般情況下，大氣環境監測必須遵循局限性、完整性、代表性三項原則。否則，在低質量數據的影響下，地區環境真實情況無法得到有效展現，將會嚴重影響大氣環境治理方案的生成。

2.2 構建智能化的環境信息數據綜合預警平臺

基于大數據解析技術，構建智能化的環境信息數據綜合預警平臺，采用數據智能動態分析機制，實現對環境質量的評估、對污染物的監控，并通過污染源追溯功能，為環境的宏觀調控提供建設性意見。如圖1所示，為環境信息數據綜合預警網格化分析平臺的運行示意圖。其運行過程為：

圖1 環境信息數據綜合預警網格化分析平臺的運行

（1）實時展示各類監測數據，并基于大數據解析功能，實時顯示歷史同期對比情況，如圖2所示。

（2）在此平臺中，歷史監測數據可以按照觀測者的需求，自動開展多元化的分析，比如每日變化追蹤、時間序列最終等。

（3）如果某個目標監測區的污染超標情況較為嚴重，平臺在自動完成“累積”計算之后，如果判定該區域有成為“潛在污染源”的情況，則會即時發出預警，提醒觀測人員及在該地區工作、生活的人民群眾，密切注意。

（4）當平臺中收集的數據超過一定量級之后，大數據解析技術會自主運行，生成動態的污染分布圖，圍繞“歷史累計污染物排放量”“單一污染物歷史生成量”發布排名，有助于人們查找歷史重點污染區域以及“頑固”性的污染物[3]。

圖2 基于大數據解析的大氣環境監測數據歷史同期對比

3 結語

時至今日，大數據解析技術已經成為勞動力和資本之外的“第三生產力”。盡管在一些特殊的行業中，大數據可能會對知識產權的安全性造成侵害，但大數據的廣泛應用，已經成為不可阻擋的歷史潮流。在大氣環境監測工程中，大數據的應用價值體現在對基礎數據及特征量的收集與選取、數據工具的運用方面更加精確，基于多元化的運算方式，為環境治理提供行之有效的新思路。