數字化監測系統在大氣監測中的應用

安徽省滁州生態環境監測中心 潘淙

隨著大數據、云計算以及無人機等一系列的高精尖技術的快速發展，我國的數字技術愈發的成熟，各行各業也陸續使用數字化技術，比如說水質監測工程系統中使用了智能化監測系統來實時監控水質問題；動物勘察系統使用了數據化監測來觀察動物遷移存活等方面的活動軌跡。這無一不說明著數據化監測系統的重要性，它不僅能夠實時掌握關鍵的信息，還能通過智能大數據分析出所蘊藏危險的可能性或是通過智能數據預測出接下來的監控物變化等一系列的功能，以方便相關監管部門進行有效的控制。

一、數字技術在大氣監測中的應用現狀

（一）目前數字化監測系統的使用情況

經過對我國大氣監測系統中智能數字化技術的使用效率進行分析可知，雖然數字化監測系統經過長期的實踐改良運用，基本上大部分功能均可應用在大氣監測中，并且已經實現了基本所需的服務，但其綜合性并沒有真正全面地體現在大氣監測中。當前階段大數據以及數字化是現代社會一個蓬勃發展的新興領域，其在大氣監測系統中的全面性并沒有很明顯地體現出來，現階段的大氣監測部門使用數據化監測系統主要是用來預測天氣變化以及對無人機所收集的大量數據進行簡單的整合、計算、分析，而且目前數字化監測系統是集收集數據、分析數據以及實時數據監測等功能為一體的數字化智能系統，它不僅能夠通過無人機進行探測，還可以利用其進行遠程監控，可謂是綜合性能極強的系統，但相關部門并沒有將其實時監測和管控的功能進行使用。

（二）數字化技術與大氣監測的融合情況

以往大氣的監測主要是通過大量的人工監測和人工運算，所以經常會有預測不準、結果反饋不及時以及大氣環境監管不到位的情況出現。而數字化技術的出現則將大量的人工數據計算精簡化，利用智能系統收集的大量數據信息進行統一核算，這就是大數據技術。大數據在對數據進行分析與整理的過程中，并非僅對數據實行簡單的處理和總結，而是使用高速的運算來對廣泛的數據實施整合計算，從而獲得更加真實的結果[1]。將大數據放入服務器端進行高速的運算，不僅緩解了人工計算的壓力，還使結果相比人工計算來說更加的準確可靠。在客戶端的數據采集、數據接收、記錄分析等方面，大氣監測系統將其匯總，發送至服務器端進行數據核算、數據查詢。大氣監測系統也應用的爐火純青，雖然大氣監測系統可以有效地應用到了監測的各個基本環節，但其綜合功能還有待拓展。

二、數字化監測對大氣環境監控的重要性

近年來，數字化監測系統得普及應用能夠實現對某一區域大氣環境的全天候、實時監測，工作人員按照監測獲取的數據信息來制定有針對性的防控方案，尤其是霧霾相對嚴重的地區，借助于對霧霾的監測能夠提前預報或采取其他相關措施，從而更好地為人們的身體健康提供保障[2]。雖說對大氣環境的數字化監控已經全面實現，并為人民生活帶來了健康保障，為市民的生活出行帶來了不少的便利，但大氣環境監測系統的數字化進程還有待改進，將整個數字化監測系統的應用進行拓展是長期性、不可松懈的工作。大氣監測系統的應用重要性在于，一方面，大氣的實時監測關乎著大氣環境的污染情況的治理工作的好壞，而大氣環境污染的治理與市民身體健康、生態系統等方面息息相關，大氣實時監測關乎著人們生活的方方面面。另一方面，大氣環境信息的預測為市民的出行提供了極大的便利，出門要不要帶傘，需不需要做好霧霾防護等疑問都得到了很好的預測解答，給居民帶來了無可比擬的便利性。總的來說，數字化監測系統在大氣監測中的應用有著非同尋常的意義。

三、數字化監測系統的應用

（一）天眼數據收集

大氣實時監測的實現是需要先經過大量的數據收集，而數據的收集一般而言采用的是兩種方式；一種是利用我國各個地方所建立的氣象站點獲取數據，另一種則是利用無人機進行數據采集。氣象站點是通過各種感應進行大氣環境數據收集的，每一個氣象站點都裝有特定的感應器，可以實時的監控到這一片低空區域的氣壓、氣溫、空氣濕度、降水量、蒸發量、風向、風速、日照時長以及地溫等相關方面的數據信息，方便氣象站工作人員針對這些收集到的信息進行分析、處理，從而能夠及時地對這片區域的大氣環境更好地掌控。雖然氣象站點所收集的數據較為多樣化，并為氣象人員的基礎數據分析帶來了可靠的數據信息來源，但由于氣象監測站造價成本高、維護困難、所覆蓋的監測范圍不夠廣，因此使得相關部門僅憑氣象站的數據作出的分析報告既不夠全面又不夠精準，而無人機進行數據采集則很好地彌補了這一方面的問題。由于大氣環境復雜，再加上高空取照時成像不夠清晰，一般氣象監測無人機的攝像技術中心會加一個高光譜視頻成像儀。高光譜視頻成像儀是光電領域尖端的探測和成像技術成果之一，解決了傳統掃描式光譜儀數據量大、成像時間長、云臺穩定性要求高以及無法拍攝動態場景等弊端[3]。而這種獨特的技術對高空中的光譜以及一些氣象站點未覆蓋采集的信息進行數據信息上的補足，再結合計算機技術，將氣象站數據與無人機數據進行整合，得出一份完整、全面的大氣環境報告，相比以前采用人工取樣、人工演算這種方式所帶來的信息延遲性來說，數字化監測系統使得大氣信息的獲取和大氣情況推演變得更加實時化，大大提高了相關部門的工作效率，并造福了人民群眾的生活出行。

（二）數據分析排查

數字化監測系統在大氣監測工作中不僅擔任著數據收集的功能，其服務器還可以對收集來的各種各樣的數據信息進行存儲、對比、分析和排查，這使得大氣監測系統更加綜合化，而不是單一的收集數據信息。數字化大氣監測采用Springboot框架進行系統網站的搭建，相較于以前使用的前后端一體化技術所帶來的維護困難、每次信息請求時服務器壓力大等缺點，Springboot則是采用系統前端與系統后端分離的模式這樣既可以滿足后端數據信息處理的高并發、高可用、高性能以及數據存儲安全、數據查詢業務等一系列功能，還可以滿足前端追求頁面表現、速度流暢、兼容性強、用戶體驗等一系列功能，使得整個系統的運行更加地流暢化，用戶使用體驗感更好。通過數字化監測系統在服務器端利用算法對大氣環境數據信息進行大量的測試對比，并對數據存儲以及客戶端實時收集的數據進行運算，得出一份合理、科學的分析報告，并且能夠提出相應的解決方案，這在很大的程度上降低了氣象監測局的工作繁雜程度并大大地提高了他們的工作效率。而且由于數字化監測具有科學化分析的功能，對于一些可能出現的大氣污染以及大氣環境的未來變化，它也有一個很好的排查作用，該系統可以利用數據庫中所存儲的數據進行查詢，從而監測某一地區的大氣環境變化趨勢，再通過該變化趨勢將可能的污染源進行排查，從而使得工作人員能夠提前發現問題，將污染防治在萌發階段，而目前氣象監測人員并未將數字化監測系統的排查功能全面的運用。因此，想要讓數字化監測系統更好地服務于大氣監測，我們必須將這個問題妥善處理。

（三）利用數據信息進行大氣預測

在過去，傳統的天氣預測其結果往往難以令人稱心如意，實際的天氣情況總是會與預報信息有所出入，并且，我們獲得天氣預報的方式通常是從天氣預報中獲取，但由于預報站點固定為幾個重點城市，所以周邊民眾無法對于當地的信息了解的更加詳細。隨著智能手機的大量普及以及數字化監測系統的全面應用推廣，人們獲得天氣信息則更加地及時、精準。而通過數字化大氣監測系統，不僅可以對天氣情況進行實時預報，還可以對空氣質量和空氣濕度以及風力進行監測，并為人們的出行提供相應的建議，增強公眾對天氣預報的認可度，幫助公眾及時做好防護工作，降低由于大氣污染問題而造成身體上的傷害，從而提高人們的身體素質，減少因空氣質量患病的概率[4]。而這些都離不開大氣監測系統中的智能數字化測量功能，它能夠實時地對大氣中的物質，比如濕度、溫度以及顆粒物等進行有效的測量并進行實時分析。一方面數字化監測系統所提供的監測數據可以為民眾的出行提供便利，并在很大程度上減輕相關工作人員的工作負擔；另一方面，科學研究人員可以很好地利用數字化監測系統所提供的數據進行高效地研究分析，并制定出完美的解決方案，且專家人員也可利用該數據基于我國的大氣環境信息為我國的未來發展提出更加具有建設性的意見。比如，當大氣科研人員需要對空氣中的有害顆粒物的濃度以及空氣質量進行測評的時候，他們可以調用該系統所存儲的數據信息，對該地區的空氣質量進行全面分析，對于存在的污染源以及可能出現的污染進行有效地防治，從而給該地區的發展提出科學合理的建設性意見。這樣不僅有利于該地區的可持續發展，也保障了人民的身心健康，在規范排污行為的同時，還降低了大氣污染。

（四）利用數據信息進行大氣污染監測

那么如何應用數字化監控進行大氣污染監測的防控板塊呢？我們從天眼數據收集中可以知道想要實現數字化監測的重點在于數據的收集，然后通過客戶端將收集來的數據傳輸到服務器中進行存儲運算，使得數字可視化的實現。由于采用的是前后端分離的開發技術，數據運轉的每一個過程都是獨立進行的，當一個板塊的功能出現問題時不會影響到其他板塊的正常運行，而且這樣在數據收集傳輸的過程中，數據信息流也不容易出現錯誤。由于我國地域遼闊，而且有比較復雜的地形環境以及存在相對比較偏遠且信號較弱的地區，使得我們在獲取數據時有很大的阻力，而無人飛機高光譜視頻成像儀的引入使用，使得邊遠地區、復雜地形等人工取樣較為困難的地方利用遠程監控的方式將智能自動化數據采集發揮得淋漓盡致，進而使得數據的獲取更加全面，讓數字化技術利用數據監測進行推演更加精準。而且對于一些樹木較多的地區以及工廠密集地區，都會通過安裝特殊的攝像頭，利用視頻識別系統，對于一些易造成大氣污染的地方進行重點監控，一方面，它可以利用數據可視化技術實時監測到異常的燃燒情況并報警，另一方面，對于超標的大氣污染排放地區也會進行預警，從而方便有關部門高效的開展治理工作。

（五）大氣環境質控的數字化應用

數字化監測系統在控制大氣環境質量的方面起到了不可代替的作用，大氣環境質量問題是現階段大眾十分關注的問題，通過科學合理地應用這個系統，提供數字化以并運用數字化的功能，在控制環境質量等多個環節中都能發揮出積極的作用[5]。大氣監測系統能夠利用智能數字化技術將空氣中的顆粒污染物和一些其他物質類型的污染物進行采集，然后對其全面的監測、分析，以達到一個全面的大氣質量管控。比如，該系統可以將空氣中的氮氧化物濃度進行全面的系統性分析，或是將一氧化碳、碳氫化合物以及二氧化硫等有害氣體等進行收集，將其成分物質進行二次深入分析，然后結合收集氣體的位置信息等相關的數據進行全面的排查監測，提出一份針對性的分析報告，系統可以根據提出的分析報告再次提出針對性的合理化建議。當數字化監測系統將大氣數據分析報告整合出來并提出了科學合理的建設性意見之后，該系統還可以利用過去所存儲的數據信息進行全方位的核算，將未來月度或季度的信息數據進行一個整合性的比較核查。利用現階段實時采集的信息將過去、現在、未來三個階段的分析報告進行全方位的總結，以便工作人員能夠作出正確合理的決策。這不僅減輕了氣象人員的工作負擔，還使得大氣監測變得更加地合理、科學化，讓數據說話，讓科學為人類服務，不僅在生活上給人們帶來了便利，還大大提高了大氣監測的工作效率。

總而言之，通過智能監控系統對大氣環境進行實時的監控，再結合大數據進行一系列科學、合理的云計算。在此基礎之上，能夠為監管部門帶去不少的便利，為監測部門預測天氣情況、實時管控大氣環境以及處理大氣環境污染問題提供了強有力的數據支撐，也保護了民眾的身體健康安全。數字化監控系統不僅提高了人民群眾的生活便利性，讓人們能夠實時在智能手機上獲得出行指南，還使得相關工作部門的工作質量大幅提升，讓相關的工作流程簡單高效化，監控變得更加方便快捷。將數字化監控系統全面應用到大氣監測中，讓大氣監測系統與智能技術相結合，進而使得我國大氣環境監測水平得到質的提升。

相關鏈接

大氣污染是由于人類活動或自然過程引起某些物質進入大氣中，呈現出足夠的濃度，達到足夠的時間，并因此危害了人體的舒適、健康和福利或環境的現象。

大氣污染物由人為源或者天然源進入大氣（輸入），參與大氣的循環過程，經過一定的滯留時間之后，又通過大氣中的化學反應、生物活動和物理沉降從大氣中去除（輸出）。如果輸出的速率小于輸入的速率，就會在大氣中相對集聚，造成大氣中某種物質的濃度升高。當濃度升高到一定程度時，就會直接或間接地對人、生物或材料等造成急性、慢性危害，大氣就被污染了。

大氣污染物是指由于人類活動或自然過程排入大氣的并對環境或人產生有害影響的那些物質。大氣污染物按其存在狀態可分為兩大類：一種是氣溶膠狀態污染物，另一種是氣體狀態污染物；若按形成過程分類則可分為一次污染物和二次污染物。一次污染物是指直接從污染源排放的污染物質，二次污染物則是由一次污染物經過化學反應或光化學反應形成的與一次污染物的物理化學性質完全不同的新的污染物，其毒性比一次污染物強。

凡是能使空氣質量變差的物質都是大氣污染物。大氣污染物已知的約有100多種。

有自然因素（如森林火災、火山爆發等）和人為因素（如工業廢氣、生活燃煤、汽車尾氣等）兩種，并且以后者為主要因素，尤其是工業生產和交通運輸所造成的。主要過程由污染源排放、大氣傳播、人與物受害這三個環節所構成。

火山噴發：排放出H2S、CO2、CO、HF、SO2及火山灰等顆粒物。

森林火災：排放出CO、CO2、SO2、NO2、HC等。

自然塵：風沙、土壤塵等。

森林植物釋放：主要為萜烯類碳氫化合物。

海浪飛沫顆粒物：主要為硫酸鹽與亞硫酸鹽。