基于環(huán)保大數(shù)據(jù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)建設(shè)研究

郭倩倩 陳新春

摘 要：環(huán)保大數(shù)據(jù)能夠有效地整合數(shù)據(jù)資源并從中挖掘出有價(jià)值的信息，為國(guó)內(nèi)的環(huán)境監(jiān)測(cè)提供了新思路和新方法。將大數(shù)據(jù)應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的全方位監(jiān)測(cè)和科學(xué)治理，能夠有效提高環(huán)境治理效率。對(duì)此，文章先對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀進(jìn)行了概述，分析了大數(shù)據(jù)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)上的優(yōu)勢(shì)，并提出一個(gè)環(huán)保大數(shù)據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)建設(shè)方案，最后探討了該平臺(tái)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù);環(huán)境監(jiān)測(cè);平臺(tái)建設(shè)

1 環(huán)境監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀概述

近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境污染與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間的矛盾日益突出。環(huán)境污染不僅對(duì)人們的身體健康構(gòu)成了威脅，還阻礙了社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，國(guó)家制定了各種排污標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境治理政策，目的在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)之間尋找到平衡點(diǎn)[1]。但是，環(huán)境監(jiān)測(cè)方面還存在很多問(wèn)題。

1.1 環(huán)境監(jiān)測(cè)制完善

環(huán)境監(jiān)測(cè)制度不全面，工作人員無(wú)法有效推進(jìn)和開(kāi)展環(huán)境監(jiān)測(cè)事宜。政府部門(mén)無(wú)法通過(guò)公司報(bào)告知悉企業(yè)環(huán)境情況。對(duì)于部分企業(yè)而言，沒(méi)有政策的引導(dǎo)則會(huì)一味地追求經(jīng)濟(jì)利益，利用漏洞鉆法律空子，從而忽視生態(tài)環(huán)境保護(hù)，使環(huán)境監(jiān)測(cè)面臨更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

1.2 數(shù)據(jù)資源難以有效整合

不同的企業(yè)和環(huán)保部門(mén)之間運(yùn)營(yíng)機(jī)制、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式不同，造成可用的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)無(wú)法共享。數(shù)據(jù)私密性、安全性等因素導(dǎo)致企業(yè)不愿意數(shù)據(jù)共享進(jìn)一步加劇了數(shù)據(jù)孤島的形成。數(shù)據(jù)孤島和行業(yè)壁壘使得數(shù)據(jù)信息無(wú)法得到有效利用，進(jìn)一步制約了環(huán)境監(jiān)測(cè)智能化的發(fā)展。

1.3 民眾缺乏主動(dòng)參與

部分環(huán)境監(jiān)管部門(mén)缺乏公開(kāi)透明的舉報(bào)和公眾監(jiān)督機(jī)制，導(dǎo)致民眾主動(dòng)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)的積極性不高。民眾在日常生活中只是受眾，單方面地接收相關(guān)部門(mén)發(fā)布的信息和指示，沒(méi)有發(fā)揮民眾全面監(jiān)督的作用。

1.4 地區(qū)環(huán)境信息化程度差異大

經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高的地區(qū)，基本上建成了全方位的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平低的地區(qū)，基礎(chǔ)設(shè)施不完善，監(jiān)測(cè)設(shè)備的鋪設(shè)不全面，后續(xù)的維護(hù)難以跟進(jìn)，造成采集的數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，不能真實(shí)地刻畫(huà)環(huán)境的現(xiàn)狀和未來(lái)的變化趨勢(shì)。

目前環(huán)境監(jiān)測(cè)主要是被動(dòng)地檢測(cè)是否污染以及污染的程度，至于污染物的溯源和安全管控，智能污染排放預(yù)警的能力仍很有限。因此，提高環(huán)境監(jiān)測(cè)水平和科學(xué)治理環(huán)境刻不容緩。

2 大數(shù)據(jù)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的優(yōu)勢(shì)

近年來(lái)，隨著移動(dòng)終端，傳感器和智能終端等物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備投入使用，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)[2]。隨著環(huán)境監(jiān)測(cè)的粒度變細(xì)和狀態(tài)變量增多，環(huán)保數(shù)據(jù)呈現(xiàn)異構(gòu)性、高維度、關(guān)聯(lián)程度緊密等特點(diǎn)[3]。大數(shù)據(jù)技術(shù)利用物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)挖掘和人工智能等技術(shù)，對(duì)類(lèi)型多樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理和存儲(chǔ)，并能從不同的角度、維度挖掘有價(jià)值的信息[4]。大數(shù)據(jù)技術(shù)促進(jìn)了商業(yè)變革。例如，新聞個(gè)性化推薦、網(wǎng)上購(gòu)物等方面，產(chǎn)生了巨大的應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。與現(xiàn)有的其他技術(shù)相比，大數(shù)據(jù)技術(shù)成為了從海量數(shù)據(jù)中挖掘知識(shí)和揭示數(shù)據(jù)背后客觀規(guī)律的有力武器[5]。

大數(shù)據(jù)技術(shù)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，打造全國(guó)生態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的整合，提高部門(mén)協(xié)同工作能力。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，可為企業(yè)的污染治理提供技術(shù)支撐，為環(huán)境治理提供科學(xué)的解決方案。因此，搭建大數(shù)據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)具有重要的社會(huì)意義。

3 大數(shù)據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)建設(shè)框架

環(huán)保大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)不僅考慮當(dāng)前業(yè)務(wù)需求還要考慮未來(lái)業(yè)務(wù)需求變化。因此，平臺(tái)采用穩(wěn)定且易擴(kuò)展的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)[6]。環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)由數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、數(shù)據(jù)計(jì)算層、數(shù)學(xué)建模層和應(yīng)用層組成。具體的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在保證數(shù)據(jù)真實(shí)的前提下，采集數(shù)據(jù)時(shí)，要從多個(gè)維度、時(shí)空屬性、不同的粒度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，例如：時(shí)間、位置、部門(mén)、過(guò)程等，實(shí)現(xiàn)過(guò)程和結(jié)果的全方位監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)采集要支持不同的采集方式，如數(shù)據(jù)庫(kù)、傳感器、文件等采集，采集的數(shù)據(jù)越多，建立的模型越穩(wěn)定，揭示出數(shù)據(jù)背后的規(guī)律越客觀。

采集的數(shù)據(jù)含有噪聲數(shù)據(jù)，無(wú)法直接建模，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理。通過(guò)噪聲數(shù)據(jù)處理，缺失數(shù)據(jù)補(bǔ)充，冗余數(shù)據(jù)刪除、不同類(lèi)型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)分類(lèi)、數(shù)據(jù)融合等操作將據(jù)整理成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)涉及各個(gè)企業(yè)的內(nèi)部私密信息，存儲(chǔ)系統(tǒng)要加強(qiáng)安全性和保密性措施，確保數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)。

目前，機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。例如，循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)LSTM廣泛用于文本翻譯，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN成功用于視頻分析和人臉識(shí)別。監(jiān)測(cè)平臺(tái)選擇合適的分類(lèi)或者回歸模型進(jìn)行建模，挖掘出數(shù)據(jù)背后的客觀規(guī)律，用于環(huán)境精準(zhǔn)化監(jiān)測(cè)和科學(xué)治理。

業(yè)務(wù)層根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求把數(shù)據(jù)分析出的結(jié)果進(jìn)行展示并與用戶(hù)進(jìn)行互動(dòng)。業(yè)務(wù)層要具有擴(kuò)展功能，可以隨時(shí)增加、刪除業(yè)務(wù)，并能夠?qū)Y(jié)果進(jìn)行可視化分析，挖掘出數(shù)據(jù)背后客觀規(guī)律以及給出科學(xué)決策。

4 環(huán)保大數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)用

數(shù)據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)高效化管理，有效提高環(huán)境監(jiān)測(cè)水平[7]。下面分別從污染物排放預(yù)警、污染物溯源、科學(xué)決策3個(gè)方面對(duì)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的應(yīng)用進(jìn)行闡述。

4.1 污染物排放預(yù)警

環(huán)境監(jiān)測(cè)制度不夠完善。部分企業(yè)擅自調(diào)整排污監(jiān)控設(shè)備或進(jìn)行排污數(shù)據(jù)造假，使得排放的污染物仍高于國(guó)家制定標(biāo)準(zhǔn)。污染物排放預(yù)警利用大數(shù)據(jù)信息技術(shù)對(duì)某一地區(qū)的環(huán)境污染以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行建模與分析并給出科學(xué)預(yù)測(cè)。通過(guò)分析污染物的變化規(guī)律，對(duì)可能出現(xiàn)的污染事件進(jìn)行預(yù)警，對(duì)于打造區(qū)域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)具有重要的推進(jìn)作用。

4.2 污染物溯源

污染物溯源機(jī)制不夠完善，部分企業(yè)污染物偷排、偷放現(xiàn)象嚴(yán)重。污染物溯源根據(jù)提前安裝的點(diǎn)監(jiān)測(cè)設(shè)備或線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)污染物從源頭到監(jiān)測(cè)點(diǎn)所經(jīng)過(guò)的軌跡以及濃度變化信息。通過(guò)對(duì)污染物濃度進(jìn)行定量分析并與軌跡信息進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的定位和溯源。該技術(shù)不僅可用于監(jiān)管企業(yè)的偷排行為，還可對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的污染物處理進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)測(cè)，為企業(yè)的生產(chǎn)工藝改進(jìn)提供科學(xué)依據(jù)。

4.3 科學(xué)決策

大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合挖掘和分析，找到數(shù)據(jù)背后的客觀規(guī)律，使其在環(huán)境監(jiān)測(cè)和治理的過(guò)程中用數(shù)據(jù)思維的方式進(jìn)行科學(xué)決策。與經(jīng)驗(yàn)為主的傳統(tǒng)方式相比，使得資源配置更優(yōu)化，對(duì)環(huán)境治理更加精準(zhǔn)化。例如，種植農(nóng)作物過(guò)程中，濫用化肥、農(nóng)藥，造成了土壤和地下水的嚴(yán)重污染，通過(guò)對(duì)農(nóng)作物種植數(shù)據(jù)、化肥和農(nóng)藥數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，設(shè)計(jì)出一個(gè)高效、低污染、高產(chǎn)出的綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，減少環(huán)境中重金屬和有機(jī)物污染。在汽車(chē)尾氣排放方面上，分析不同地區(qū)交通路線(xiàn)和車(chē)輛運(yùn)行的軌跡等信息，對(duì)車(chē)輛的運(yùn)行路線(xiàn)和紅綠燈等待時(shí)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度和調(diào)整，有效地減少汽車(chē)尾氣排放，對(duì)未來(lái)道路的規(guī)劃有科學(xué)的指導(dǎo)作用。

5 結(jié)語(yǔ)

大數(shù)據(jù)技術(shù)為環(huán)境監(jiān)測(cè)提供了新的發(fā)展方向。將大數(shù)據(jù)應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面不僅可以提高環(huán)保工作的效率，還使得環(huán)境監(jiān)測(cè)更科學(xué)、更智能化，對(duì)于建成完整的生態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有重要的推動(dòng)作用。

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（編輯 傅金睿）