生態(tài)環(huán)境監(jiān)管領(lǐng)域中的人工智能技術(shù)應(yīng)用研究

王加軍

（揚(yáng)州市高郵生態(tài)環(huán)境局，江蘇 高郵 225600）

隨著當(dāng)今社會(huì)的快速發(fā)展，環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間產(chǎn)生了越來越明顯的沖突，以往所采用的環(huán)境保護(hù)監(jiān)管模式明顯已經(jīng)落后，而且也無法解決現(xiàn)代化環(huán)境治理與監(jiān)管的技術(shù)需求。近年來，國家環(huán)保部門愈發(fā)重視環(huán)境保護(hù)工作，并就環(huán)境監(jiān)管以及保護(hù)工作提出了明確的要求。基于這樣的背景，生態(tài)環(huán)境的智能化監(jiān)管成為守護(hù)綠水青山的必要途徑和手段，應(yīng)充分利用人工智能技術(shù)，配合大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算以及物聯(lián)網(wǎng)等各類現(xiàn)代化信息技術(shù)，將包括環(huán)境統(tǒng)計(jì)、排污檢測(cè)、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、廢水廢氣監(jiān)測(cè)、放射源監(jiān)測(cè)和超標(biāo)預(yù)警等在內(nèi)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)加以整合，達(dá)到“環(huán)保一張圖、監(jiān)管全覆蓋”的效果。與此同時(shí)，還應(yīng)深度融合互聯(lián)網(wǎng)與數(shù)字化科技，優(yōu)化生態(tài)環(huán)境保護(hù)決策，從整體上提升生態(tài)環(huán)境監(jiān)管治理水平以及公共服務(wù)水平，通過人工智能技術(shù)解決環(huán)境監(jiān)管執(zhí)法人力資源不足、環(huán)保工作壓力過重等一系列問題，從而更有效、更高效地推進(jìn)生態(tài)環(huán)境監(jiān)管與保護(hù)工作。

1 人工智能技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)管中的應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，包括人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)應(yīng)用、云計(jì)算以及5G技術(shù)在內(nèi)的高新技術(shù)應(yīng)用落地并實(shí)現(xiàn)了高速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域也因此迎來深度變革，這些新技術(shù)具有明顯的高效性與便利性特點(diǎn)，逐漸引起了環(huán)保部門的關(guān)注和重視，而以人工智能技術(shù)為首，融合了5G和物聯(lián)網(wǎng)的人工智能物聯(lián)網(wǎng)也開始在生態(tài)環(huán)境監(jiān)管領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)階段國內(nèi)各地都在生態(tài)環(huán)保監(jiān)管領(lǐng)域開展持續(xù)不懈的探索，積極推進(jìn)智慧環(huán)保業(yè)務(wù)，并以此為基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)了環(huán)保生態(tài)云平臺(tái)，融合匯聚包括環(huán)保信息展示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析、視頻結(jié)構(gòu)化處理等在內(nèi)的多項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用，上級(jí)管理部門對(duì)地市數(shù)據(jù)感知的真實(shí)性與實(shí)時(shí)性得到提升，生態(tài)環(huán)境監(jiān)管保護(hù)工作更為高效，防污防治監(jiān)管水平大大提升，人工智能技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值得到了充分的體現(xiàn)。

1.1 大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)

“十四五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃明確要求聚集協(xié)同控制，深化大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)，在鞏固城市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)的同時(shí)加強(qiáng)PM2.5和O3的協(xié)同控制監(jiān)測(cè)，并要求提升空氣質(zhì)量預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)水平，完善國家、區(qū)域、省、市四級(jí)環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系，省市開展7～10 d預(yù)報(bào)，國家和區(qū)域開展15 d以上預(yù)報(bào)，其中通過人工智能數(shù)據(jù)傳感技術(shù)，以北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、高分遙感和5G技術(shù)基礎(chǔ)的“天地”一體化大氣監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)調(diào)用GlS監(jiān)測(cè)信息，并就其中的數(shù)據(jù)展開動(dòng)態(tài)分析，進(jìn)而識(shí)別大氣污染的來源、特征與成因，快速評(píng)估引起污染問題的主導(dǎo)因素，監(jiān)管工作也更高效、更富有針對(duì)性。

1.2 水體環(huán)境監(jiān)測(cè)

人工智能技術(shù)在環(huán)保水體方面的應(yīng)用較多，并且在水質(zhì)監(jiān)測(cè)、污水排放檢測(cè)以及水面岸線管理等方面的應(yīng)用較為突出。現(xiàn)階段可利用5G技術(shù)和人工智能技術(shù)開展水資源監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)水量水質(zhì)并行監(jiān)控的目的，監(jiān)測(cè)水體質(zhì)量、水位變化、降雨量、流量等關(guān)鍵指標(biāo)，利用視頻算法監(jiān)測(cè)船只通行情況、排污口動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、漂浮物等情況，并通過數(shù)據(jù)回傳、邊緣計(jì)算以及云端協(xié)同等多種新技術(shù)來研判數(shù)據(jù)、評(píng)估態(tài)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)杜絕數(shù)據(jù)造假、溯源水體監(jiān)管以及污染指數(shù)預(yù)警等各項(xiàng)功能。

1.3 土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)

按照國家出臺(tái)的“土十條”規(guī)定和土壤污染防治目標(biāo)，通過感知層集成采集等pH值、重金屬含量以及陽離子交換量等土壤環(huán)境數(shù)據(jù)信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行深度挖掘、綜合分析，推進(jìn)數(shù)據(jù)成果持續(xù)轉(zhuǎn)化，最終提供有效的決策支持助力。著眼于土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)、危固廢管理以及污染地塊監(jiān)測(cè)管理等多項(xiàng)業(yè)務(wù)功能，為土壤污染治理工作、監(jiān)管執(zhí)法、業(yè)務(wù)管理以及環(huán)境修復(fù)與決策提供必要的指導(dǎo)。

2 人工智能技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)管中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)

2.1 數(shù)據(jù)應(yīng)用

從智慧環(huán)保的角度來看，環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)應(yīng)用技術(shù)是其中最關(guān)鍵的一環(huán)，利用人工智能技術(shù)管控污染源，有利于提高生態(tài)環(huán)境監(jiān)管工作的實(shí)效性。以往單純采集數(shù)據(jù)或者參考?xì)v史遺留數(shù)據(jù)已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)下行業(yè)智能化的發(fā)展趨勢(shì)。現(xiàn)階段，通過人工智能技術(shù)能夠快速研判并且分析目標(biāo)場(chǎng)景變化，以企業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境監(jiān)測(cè)為例，某污染源企業(yè)未遵循排放規(guī)定，選擇在非排放時(shí)段排放污染氣體，環(huán)保監(jiān)測(cè)人員利用視頻煙霧算法可及時(shí)發(fā)現(xiàn)這一違規(guī)排放行為并第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)，同時(shí)還可以實(shí)時(shí)在線展示煙霧排放數(shù)據(jù)指標(biāo)，并配合錯(cuò)峰生產(chǎn)電量信息以及移動(dòng)源監(jiān)管數(shù)據(jù)分析等多種間接手段打造監(jiān)管閉環(huán)，根據(jù)實(shí)際情況核實(shí)響應(yīng)，切實(shí)提高監(jiān)管力度和水平，杜絕違規(guī)排放污染的現(xiàn)象。

2.2 融合匯聚

在生態(tài)環(huán)境監(jiān)管應(yīng)用中，人工智能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域極為龐大，然而人工智能技術(shù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)規(guī)模也同樣龐大，僅僅依賴人力很難有效分析這些海量的數(shù)據(jù)信息，更無法將其轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的信息。當(dāng)前人工智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用有效解決了這一問題，以水環(huán)境監(jiān)管為例，監(jiān)測(cè)人員在開展污染監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)時(shí)可以通過觀察水體顏色、水體泡沫濃度來評(píng)估水質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn)，倘若僅僅著眼于顏色差異化來執(zhí)行算法學(xué)習(xí)，勢(shì)必會(huì)影響具體超標(biāo)數(shù)值的判定，也就難以從較高的精度上來判別污染程度。當(dāng)監(jiān)測(cè)者從素材學(xué)習(xí)中同時(shí)引入了顏色變化以及采集數(shù)據(jù)變化以后，這一問題就得到了完美的解決，算法精確度得到提升，監(jiān)管可靠性也進(jìn)一步加強(qiáng)。

2.3 預(yù)測(cè)預(yù)警

目前，雖然科學(xué)技術(shù)不斷更新迭代，新產(chǎn)品、新設(shè)備不斷涌現(xiàn)，但是無論這些設(shè)備品質(zhì)有了怎樣的進(jìn)步，或者開發(fā)出了怎樣的功能，其應(yīng)用效果不外乎是事中告警、事后溯源。而通過數(shù)據(jù)平臺(tái)的大氣模擬空氣質(zhì)量分析模塊和以氣象場(chǎng)數(shù)據(jù)支持為基礎(chǔ)的自動(dòng)模擬分析模塊，在引入風(fēng)速、風(fēng)向以及污染源等關(guān)鍵參數(shù)后，則能夠?qū)Ξ?dāng)前污染物擴(kuò)散區(qū)域和不同區(qū)域的濃度變化進(jìn)行模擬，通過空間分析功能對(duì)污染物的擴(kuò)散產(chǎn)生直觀的了解，同時(shí)也能夠向監(jiān)測(cè)者提供關(guān)于污染源對(duì)附近環(huán)境的污染演變過程，這樣的信息更為全面，也更加智能化，是開展環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)，針對(duì)污染源預(yù)報(bào)預(yù)警的決策支持。

3 人工智能技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)管領(lǐng)域中的深度應(yīng)用

3.1 多維并行，全面覆蓋

以大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)為例，環(huán)境監(jiān)測(cè)部門在監(jiān)測(cè)建筑工地、污染企業(yè)、大氣微站以及馬路街道等場(chǎng)景時(shí)，可利用自主環(huán)境監(jiān)測(cè)—體機(jī)的結(jié)合方案開展環(huán)境整治工作。譬如在出臺(tái)關(guān)于加強(qiáng)揚(yáng)塵污染控制的指導(dǎo)意見后，環(huán)保部門需要著重監(jiān)測(cè)工程建設(shè)項(xiàng)目，加強(qiáng)揚(yáng)塵污染的控制，并確保工程建設(shè)過程中揚(yáng)塵控制的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)得到嚴(yán)格落實(shí)。同時(shí)還應(yīng)著眼于建設(shè)方案，針對(duì)其中的重點(diǎn)監(jiān)管目標(biāo)實(shí)施監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括PM2.5、噪音以及溫濕度等等，并部署平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)管。平臺(tái)功能應(yīng)覆蓋視頻數(shù)據(jù)疊加、數(shù)據(jù)圖像化、一張圖操作、數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)以及分級(jí)分類報(bào)警等多項(xiàng)功能，密切監(jiān)測(cè)工地環(huán)境，一旦發(fā)現(xiàn)某項(xiàng)目治理不達(dá)標(biāo)，則應(yīng)嚴(yán)格要求其停工整治，并在限定時(shí)間內(nèi)整改。如果整改不力或者整改進(jìn)展緩慢，環(huán)保部門應(yīng)將其納入“黑名單”管理。

此外，在開展國土保護(hù)以及林業(yè)監(jiān)管業(yè)務(wù)工作時(shí)，一些場(chǎng)景需要著重考慮禁燒以及防火等需求，譬如農(nóng)田耕地、森林濕地等等。由于人工發(fā)現(xiàn)火情后的處置效率低，即便第一時(shí)間報(bào)警也會(huì)延誤最佳處置時(shí)間，導(dǎo)致火情快速蔓延得不到及時(shí)控制，植被損毀嚴(yán)重，同時(shí)也帶來了嚴(yán)重的大氣環(huán)境污染問題，造成極大的損失。監(jiān)測(cè)部門可以利用熱成像和煙霧算法組成“雙檢測(cè)技術(shù)”，這樣可以在火情發(fā)生后第一時(shí)間準(zhǔn)確評(píng)估并發(fā)出警報(bào)，同時(shí)防止誤報(bào)，并利用聚焦變倍數(shù)據(jù)確定起火點(diǎn)距離病自動(dòng)標(biāo)定在GIS地圖上，救援人員根據(jù)標(biāo)定地點(diǎn)及時(shí)前往處理火情，從而形成業(yè)務(wù)閉環(huán)。而在監(jiān)測(cè)流域、飲用水源地、湖庫以及城市黑臭水體場(chǎng)景時(shí)，常規(guī)儀器檢測(cè)效果不佳，監(jiān)測(cè)人員往往需要親力親為深入到監(jiān)測(cè)區(qū)域采樣檢測(cè)，人工操作效率低下。現(xiàn)階段可利用智能網(wǎng)絡(luò)傳感器來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的pH值、COD以及總磷、總氮等水體數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)波動(dòng)狀態(tài)和信息變化區(qū)間分析來監(jiān)管、評(píng)估、分析河流斷面、污水處理廠、飲用水源地和廢水進(jìn)出口情況，以此來形成數(shù)據(jù)感知聯(lián)網(wǎng)，大大提升了水體質(zhì)量檢測(cè)效率，而人工成本也得到有效控制，做到全面覆蓋、無縫隙監(jiān)管，杜絕企業(yè)的違法違規(guī)排放行為。

3.2 智能場(chǎng)景應(yīng)用

無組織排放場(chǎng)景主要是監(jiān)測(cè)環(huán)境重污染企業(yè)與工廠的排污有無偷排現(xiàn)象，利用全景監(jiān)測(cè)設(shè)備即可完成監(jiān)測(cè)目標(biāo)的全景式監(jiān)控。而在全景監(jiān)控的同時(shí)，監(jiān)測(cè)者還能利用設(shè)備上的球機(jī)跟蹤放大，查看監(jiān)測(cè)畫面上的各處細(xì)節(jié)，全面感知大場(chǎng)景和細(xì)微之處。同時(shí)還可以在設(shè)備上加載檢測(cè)算法，設(shè)定違規(guī)排放報(bào)警程序、煙霧顏色異常報(bào)警程序，一旦發(fā)生異常情況可第一時(shí)間傳輸至監(jiān)測(cè)端，由監(jiān)測(cè)人員負(fù)責(zé)驗(yàn)證，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)和工廠無組織排放行為的追查跟蹤。

水體自凈能力容易受到水面漂浮物的影響而下降，而且水面漂浮物聚集也會(huì)破壞水體生態(tài)系統(tǒng)，特別是浮萍快速繁殖或者水面浮油污染，都會(huì)對(duì)水生植物、好氧微生物、魚類以及底棲動(dòng)物的生存造成嚴(yán)重威脅。漂浮植物遮擋陽光射入，水面下光照減少，則會(huì)導(dǎo)致藻類以及沉水植物死亡；水面浮油會(huì)對(duì)水生動(dòng)物以及水鳥造成污染，甚至致其死亡。在人工智能技術(shù)的支持下，可以利用水體漂浮物檢測(cè)算法，針對(duì)水面指定區(qū)域檢測(cè)漂浮物分布情況，并將檢測(cè)結(jié)果反饋至監(jiān)測(cè)端，及時(shí)通知業(yè)務(wù)人員清理漂浮物。通過這樣的智能監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)控制水體環(huán)境污染，維持水體生態(tài)平衡。在水環(huán)境場(chǎng)景監(jiān)測(cè)中，對(duì)于突發(fā)環(huán)境事故，可以利用智能技術(shù)建造水動(dòng)力及水質(zhì)模型，對(duì)突發(fā)事故進(jìn)行快速模擬預(yù)測(cè)，為環(huán)境管理部門提供決策依據(jù)。

4 結(jié)語

人工智能是當(dāng)今時(shí)代新興的技術(shù)領(lǐng)域，人工智能技術(shù)也在持續(xù)完善和發(fā)展，雖然人工智能技術(shù)在現(xiàn)階段的應(yīng)用仍然有限，但其發(fā)展前景的廣闊是有目共睹的。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)中污染物的種類必將更多、污染物組分也會(huì)更為復(fù)雜，相應(yīng)的污染物控制、污染物排放與去除、環(huán)境污染的分析與評(píng)價(jià)工作都會(huì)面臨全新的挑戰(zhàn)。在生態(tài)環(huán)境保護(hù)備受全社會(huì)關(guān)注的背景下，人工智能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域增加了新活力，也為生態(tài)環(huán)境監(jiān)管工作提供了有力的技術(shù)支撐，也將會(huì)為生態(tài)環(huán)境治理工作提供新思路。