環(huán)境監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)大數(shù)據(jù)化的研究

徐偉忠(江蘇華夏檢驗(yàn)股份有限公司，江蘇 蘇州 215634)

0 引言

目前的環(huán)境監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)通常是電子版或紙質(zhì)版的文件，無法被軟件系統(tǒng)直接使用。隨著環(huán)境監(jiān)測(cè)行業(yè)信息化需求的快速推進(jìn)，對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)的大數(shù)據(jù)化研究十分迫切。通過對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)按統(tǒng)一的格式進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，這樣才有可能被軟件系統(tǒng)使用[1-3]。

1 標(biāo)準(zhǔn)的分類

環(huán)境監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)主要分成三大類：一是評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，它通常規(guī)范了一個(gè)行業(yè)的排放控制要求，監(jiān)測(cè)和監(jiān)督管理要求，例：GB 31571—2015《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》；二是檢測(cè)方法，它規(guī)定了某個(gè)因子分析過程中采用的儀器、試劑、前處理、分析過程以及數(shù)據(jù)處理等，例：HJ 536—2009《水質(zhì)氨氮的測(cè)定水楊酸分光光度法》；三是技術(shù)導(dǎo)則，它只是對(duì)檢測(cè)方法和儀器設(shè)備提出了一些技術(shù)要求，例：HJ 733—2014《泄漏和敞開液面排放的揮發(fā)性有機(jī)物檢測(cè)技術(shù)導(dǎo)則》。其中有些評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)也包含了檢測(cè)方法，因此也具有檢測(cè)方法的屬性，技術(shù)導(dǎo)則不在本報(bào)告的研究范圍之內(nèi)。制定合適的數(shù)據(jù)架構(gòu)，將上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)按照一定的格式全部數(shù)字化，然后通過輸入界面進(jìn)行錄入處理，最終形成可以給整個(gè)軟件系統(tǒng)調(diào)用的數(shù)據(jù)庫(kù)。這是整個(gè)工作的關(guān)鍵，也是后期LIMS系統(tǒng)開發(fā)能否成功的關(guān)鍵。

2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是各類環(huán)境應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是本報(bào)告研究的重點(diǎn)。在評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中通常有一張或多張表格規(guī)范了污染物的項(xiàng)目、排放限值、排放監(jiān)控位置。這樣的表格還需要去區(qū)分是廢水，還是有組織大氣污染物或企業(yè)邊界無組織大氣污染物。在這樣的表格中，要明確污染物項(xiàng)目、測(cè)定方法、各級(jí)別的排放限值和單位。

圖1是設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)信息錄入界面。各個(gè)關(guān)鍵字段說明如下：評(píng)價(jià)小類：區(qū)分這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍，包括水和廢水、空氣和廢氣、固廢土壤、噪聲等；類別：區(qū)分是評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)還是檢測(cè)方法；評(píng)價(jià)/方法：標(biāo)準(zhǔn)名稱的摘要；基本方法：區(qū)分氣相色譜法、離子色譜法、分光光度法、容量法等，這是建立各因子在系統(tǒng)中特定計(jì)算公式的基礎(chǔ)，可以讓系統(tǒng)完成結(jié)果的全自動(dòng)計(jì)算，并輸出相應(yīng)的計(jì)算報(bào)表；采用容器：碳管、吸收液、玻璃瓶、氣袋等。對(duì)于碳管以及濾筒+吸收液等串聯(lián)采樣，可以定義一個(gè)因子產(chǎn)生兩個(gè)樣品，需要分別進(jìn)行檢測(cè)，最終進(jìn)行有效性判斷，以及是否求和計(jì)算；串聯(lián)適用：這是確認(rèn)串聯(lián)采用是適用有組織或無組織；CMA：資質(zhì)認(rèn)定有效期，可以及時(shí)提醒分析方法是否在認(rèn)定有效期之內(nèi)；評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中的各個(gè)表格。定義了適用范圍，因子及細(xì)分行業(yè)，分析方法，排放限值及單位等。檢測(cè)許可：適合分析方法，規(guī)定了經(jīng)過考核授權(quán)的檢測(cè)分析人員；檢測(cè)儀器：規(guī)定了此分析方法采用的檢測(cè)設(shè)備；項(xiàng)目負(fù)責(zé)：適合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了經(jīng)過考核授權(quán)的采樣負(fù)責(zé)人；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備：適合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，明確了此標(biāo)準(zhǔn)方法下所采用的所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；這樣可以判定設(shè)備由誰在哪個(gè)時(shí)間段使用，可以合理分配設(shè)備的有效使用，同時(shí)防止設(shè)備誤選現(xiàn)象的發(fā)生；分包方：規(guī)定了此分析方法的合格分包方，供系統(tǒng)進(jìn)行有效選擇。

圖1 評(píng)價(jià)/檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)信息錄入界面

3 檢測(cè)方法

每個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目都要有相應(yīng)的檢測(cè)方法。這個(gè)檢測(cè)方法的屬性需要包含方法年號(hào)、cma或cnas有效期、采用的儀器設(shè)備、分析人員及合格的分包方是否現(xiàn)行有效等。

有一些因子具有相同的名稱，但分屬于不同的類別，因此分析方法也是完全不同的。例如：甲苯，在水和廢水、有組織大氣污染物、無組織大氣污染物以及土壤中都有這個(gè)指標(biāo)，但它們各自的檢測(cè)方法都不相同。需要仔細(xì)考慮，認(rèn)真去區(qū)分這些相同名稱污染物的不同檢測(cè)方法。

還有一些因子，它們是一類因子的匯總，例如：揮發(fā)性有機(jī)物、半揮發(fā)性有機(jī)物、苯系物、非甲烷總烴等。這些因子也是需要加以特殊考慮的。在報(bào)價(jià)、下達(dá)任務(wù)、采樣、交接時(shí)是按一個(gè)因子來處理的，但實(shí)驗(yàn)室在檢測(cè)過程中，需要按細(xì)分因子來進(jìn)行，然后再匯總處理。

圖2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表格中因子錄入界面

直接排放和間接排放是圖2中的“表1 水污染物排放限值”的限值類別。選擇特定的類別，就選擇特定的排放限值。對(duì)某個(gè)特定因子，還需要設(shè)定相關(guān)的分析方法供選擇。當(dāng)有多個(gè)分析方法時(shí)，還需要設(shè)定默認(rèn)的選項(xiàng)。

4 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)框圖

以評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，按照標(biāo)準(zhǔn)中的表格來分類，進(jìn)而確認(rèn)各表格中污染物的檢測(cè)方法，排放限值等屬性。通過這數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)框圖(圖3)，就可以形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，從而建立環(huán)境監(jiān)測(cè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的大數(shù)據(jù)，供各類軟件應(yīng)用系統(tǒng)使用。

示圖僅是展現(xiàn)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本框架，在實(shí)際使用中還需要對(duì)一些特定的問題進(jìn)行細(xì)化處理。例如在評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中的表格，有的是屬于有組織，有的是屬于無組織，還有的是兩者都適用，這些都要進(jìn)行細(xì)化區(qū)分。在GB 16297—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中多數(shù)因子還具有細(xì)分行業(yè)來規(guī)定排放限值；還有非甲烷總烴在監(jiān)測(cè)方案、現(xiàn)場(chǎng)采樣以及監(jiān)測(cè)報(bào)告中是作為一個(gè)因子來處理的，但在分析計(jì)算時(shí)，是以總烴和甲烷兩個(gè)指標(biāo)來出現(xiàn)的，最終兩者相減并校正后得結(jié)果；(半)揮發(fā)性有機(jī)物，也是和非甲烷總烴類似，流程是按一個(gè)因子來處理，分析是按多因子分別計(jì)算，結(jié)果是累計(jì)之和。

圖3 軟件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)框圖

在樣品采集過程中，有一些因子是合并同時(shí)采取的。這些合并采樣因子也是需要在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)中進(jìn)行定義。這樣在樣品標(biāo)簽中會(huì)自動(dòng)輸出。

5 結(jié)語

環(huán)境監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)很多，也很復(fù)雜。通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的仔細(xì)研究，建立合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后對(duì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理，建立大數(shù)據(jù)庫(kù)，從而為各類環(huán)境應(yīng)用系統(tǒng)建立標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐，進(jìn)一步推動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)信息化進(jìn)程的快速發(fā)展。基于上述研究方法，已經(jīng)成功將在環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中所涉及到的所有評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和分析方法統(tǒng)一收納入庫(kù)，為系統(tǒng)能夠自動(dòng)查詢標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)計(jì)算并自動(dòng)輸出各類帶有特定標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信息的記錄和報(bào)告奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。