大氣環境監測中大數據解析技術應用

陳 琰

（南通市生態環境監控中心，江蘇 南通 226000）

0 引言

大氣環境對人類生存及生物多樣性保護的重要性不言而喻，但是經濟發展仍是各個國家的首要目標，如何使經濟發展與環境保護協調發展成為當今社會各界關注的熱門話題，十九大報告明確指出，我們要建設的現代化是人與自然和諧共生的現代化，既要創造更多的物質財富和精神財富以滿足人民日益增長的生活需要，又要提供更多優質的生態產品以滿足人民日益增長的優美生態環境需要。十九大報告為未來中國的生態文明建設和綠色發展指明了方向、規劃了路線。從十九大報告可以看出，我國越來越重視環境治理工作。由于大氣環境異常復雜，又不斷地受到人類經濟發展、氣象因素的影響，對大氣環境的監測難度也越來越大，隨著先進技術的發展，目前已結合大數據解析技術應用到大氣環境的監測之中，通過綜合分析收集到的多種數據信息，完成對大氣環境的有效監測。

1 大氣環境監測中大數據技術應用的意義

隨著我國科學技術的發展，各種信息層出不窮，說全面進入信息時代也并不為過，極大地方便了社會人群的日常生活，改變了人們的工作習慣。與此同時，各種軟件程序在應用的過程中產生數量巨大的信息數據，也進一步改變了信息存儲方式，使其能夠更好地服務軟件應用人群。因此，環境有關部門通過在大氣監測中應用大數據技術，能夠有效提高數據收集統計分析效率，提高大氣環境監測的可靠性。

2 大氣環境監測中大數據技術應用的工作原理

大數據技術能夠實現大氣監測過程中多種信息數據收集、模擬、分析，通過對收集的數據信息進行系統模擬分析來獲取目標函數的變化規律，進而促使有關人員順利完成對大氣環境的監測工作，其是1項綜合性的技術。圖1為大氣環境監測中大數據技術應用的工作原理示意圖[1]，從圖中可以看出，研究對象與目標為某地的空氣污染狀況，通過綜合應用多源衛星、無人機等先進設備來對該城市的相關信息進行實時監控與信息采集，再經過數據中心后分析該地的大氣污染程度，為了進一步制定針對性的環境污染治理策略奠定基礎，進而實現經濟、環境協調發展的城市規劃。

圖1 大氣環境監測中大數據技術應用的工作原理

3 大氣環境監測中大數據解析技術優勢及具體應用

3.1 大數據解析技術優勢

大數據解析技術與傳統的大氣監測手段相比具有十分明顯的技術優勢，主要包括強化環境監控、輔助環境治理以及共享監測成果3個方面。具體來說，大數據的獲取需要多種監測采集設備協同應用，監測手段更加多樣化，通過大數據解析技術的應用迅速分析出重要的數據參數以精準監測大氣環境，有關部門結合這些信息加強環境監控，提高大氣預警能力，評估近段時間以來的某地區大氣環境狀況，為政府有關部門下一步制定行之有效的環境治理策略奠定基礎，達到防止污染繼續蔓延、改善大氣環境的目的。與此同時，科研人員也可以通過這些信息數據資料及評估出的結果來進行數學模型優化，以進一步提高大數據技術分析的科學性、合理性及可靠性。另外，通過建立云分析平臺，可以實現城市間的信息共享，任何移動端用戶都可以實時查看各區域的大氣環境監測結果，為不同人群提供更全面的氣象服務。

3.2 大氣環境監測中大數據解析技術的實際應用

3.2.1 實現可視化操作

在對大氣環境污染進行監測的過程中，凡是影響大氣環境的因素都要納入監測范圍，涉及的監測指標多而雜，包括二氧化硫、氮氧化物、顆粒物以及臭氧等，因此，大氣環境監測是一項極其龐大的工作，為了更順利地對其開展監測工作，僅僅通過數據信息收集記錄還不夠，還需要對其進行可視化操作，這也是當前大氣環境監測中大數據解析技術的一項重要應用，以便于相關人員分析某監測區域內的大氣環境質量狀況與演變規律。圖2為大氣環境監測情況的分析流程[2]，從圖中可以看出，通過采樣系統對各種監測指標進行采集分析，進而將監測子站的數據信息反饋到中心站，通過連接的中心站計算機將結果反饋到相關監測平臺上，也可以通過繪圖儀及打印機將其結果打印出來，以更直觀地檢查實時大氣環境質量，進而根據氣象預警制定相關防治手段。

圖2 大氣環境監測分析流程

3.2.2 實現大氣環境立體化監測

大數據解析技術能夠實現對大氣環境的立體化監測，通過多源衛星、無人機等多種手段能夠獲取特定區域內的立體化大氣污染信息數據，通過一體化信息平臺可對污染源類型及污染發生時間、地點、原因和程度等對大氣環境進行定量、定性數據分析，通過結合該區域歷史數據、實時現場監測及氣象預警可提高大氣監測的可靠性，從而實現特定區域空、天、地內大氣環境的立體化監測。圖3為一體化平臺應用模型示意圖。

3.2.3 收集和記錄大氣環境監測數據

在對大氣環境監測的過程中，實時產生的各種監測數據信息數量巨大，此時就需要做好日常監測數據信息的收集與記錄工作，建立形成監測檔案，以備后期調閱查詢，而運用大數據技術能夠將大氣環境監測數據建檔保存工作變得簡單，即便是在龐大數據量下，也能夠快速將前后一段時間的大氣環境監測數據信息進行對比，進而獲取某特定區域內各個階段大氣環境的變化規律，在減少工作人員工作量的同時，也提高了數據收集建檔的工作效率，確保了大氣環境監測數據記錄的可靠性。

3.2.4 整理和挖掘大氣環境監測數據

眾所周知，大氣環境的變化規律與所在的地理區域息息相關，除了對大氣環境監測數據進行收集與記錄外，還應該利用大數據技術對巨量數據信息進行整理和挖掘，以分析評估出某特定區域內不同階段的大氣環境變化規律。過去，考慮到地理分布對大氣環境的影響，為了保證大氣環境預測準確，在對大氣環境進行檢測時，通常要投入大量的監測人員，耗費了大量精力，將大數據解析技術與大氣環境監測系統相結合后，大大提高了數據整理和挖掘的效率，能夠迅速在海量數據中預測出不同地理區域、不同時間節點的大氣環境變化規律，并且保證了大氣環境評估的準確性。

3.2.5 對大氣環境數據進行預測

利用大數據解析技術還能夠對未來的大氣環境各項監測指標進行預測。在大氣環境監測中應用大數據解析技術，針對數據進行整理和挖掘后，系統還會對得到的結果信息進一步總結分析，得到外部環境因素與最終大氣環境質量的關聯規律，然后再根據現階段的外部環境因素來預判未來大氣環境的走勢。解析系統中集成了大量的氣象公式，這些公式越科學嚴謹，得到的解析分析結果越準確。在建立大數據解析系統時，如果考慮到的因素越復雜、越全面，所得結果自然就越精確。為了提高預測的準確性，應該不斷優化對已建立的數學模型，修改并完善應用程序編碼。在這個過程中，還需要結合以往各種生態、氣象數據來反復檢驗搭建的大數據解析系統，確保預測結果精確可靠。其主要運行模式如圖4所示。

圖3 一體化平臺應用模型

圖4 主要運行模式

3.2.6 建立空氣質量預警平臺

建立空氣質量預警系統時還需要用到信息發布平臺，大數據解析技術進行數據信息的收集、整理和挖掘并得出有指導性的結果信息，再通過信息發布平臺將結果發布出去。在對大氣環境進行監測的過程中，基于大數據解析技術能夠對某特定該區域的環境進行實時監測、分析，可以將大氣環境監測系統與其有效結合起來，建立大氣環境預警發布平臺，以加強對異常環境的控制。為了確保預警平臺所發布的信息具有一定的可靠性，在對各種監測數據進行采樣及處理的過程中，要對其進行檢驗分析，如果評價的結果不符合相關要求，需要重新進行現場調查、制定實施方案，重新進行采樣、樣品保存及預處理、定性檢測和定量分析、數據處理，直至評價結果符合相關要求才可以進行預警發布。在各種移動終端設備的網頁或軟件中都可以收到氣象預警平臺發布的大氣環境預警信息，極大地方便了人們的活動和出行安排。

4 在大氣環境監測中運用大數據解析技術的要點

由于大數據解析技術能夠有效解決復雜的非線性、多元問題，因此其在大氣環境監測中得到了廣泛應用。而在大氣環境監測中運用大數據解析技術時，需要注意以下3個方面要點：1） 由于大氣環境監測數據信息較多，需要運用大數據解析技術對基礎數據信息進行收集和整理。2） 在對大氣環境進行監測的工作中，科學合理地在基礎數據中選取特征量至關重要，其直接關系到最后研究結果的準確可靠性。3） 對特征量的分析需要借助多種數據工具，在對不同的特征量進行分析的過程中，恰當的數據工具能夠保證研究結果的可靠性。

5 結語

該文通過對大氣環境監測中大數據解析技術應用進行研究，分析了大數據技術對大氣環境監測的重要性。當前大氣環境污染治理越來越迫切，為了有效監測分析大氣環境，在具體工作中應積極主動結合應用大數據解析技術，進一步借助現代高新科技提升大氣監測的質量，針對實時監測過程中存在的大氣監測質量問題，應及時制定行之有效的防治策略，及時發布精確氣象預警信息，為人們提供優質氣象服務。與此同時，還應拓寬大氣環境監測治理的工作思路，以更好地保護大氣環境，促進經濟、環境的協調發展。