基于大數據架構的環(huán)境污染精準監(jiān)測與決策平臺的建設

孟憲明

摘要：在大數據時代背景下，利用大數據技術構建環(huán)境污染監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)勢在于可以將大量的數據源整合在一起，通過分析這些數據，實現更加準確、及時地進行環(huán)境污染監(jiān)測和管理，從而為環(huán)境保護工作提供了有力的支持。基于此，文章重點研究基于大數據架構的環(huán)境污染精準監(jiān)測與決策平臺的建設，旨在促進企業(yè)綠色生產，保護生態(tài)環(huán)境。

關鍵詞：大數據架構；環(huán)境污染；精準監(jiān)測；決策平臺；建設

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.04.014

中圖分類號：TP 393.08，X 84? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ?文章編碼：1672-7274（2024）04-00-03

Construction of a Precise Monitoring and Decision-Making Platform for Environmental Pollution Based on Big Data Architecture

MENG Xianming

（Anhui Wantong Technology Co.， Ltd.， Hefei 230000， China）

Abstract： In the context of the big data era， the advantage of using big data technology to build an environmental pollution monitoring system is that a large number of data sources can be integrated together. By analyzing these data， more accurate and timely monitoring and management of environmental pollution can be achieved， providing strong support for environmental protection work. Based on this， this article focuses on the construction of a precise monitoring and decision-making platform for environmental pollution based on big data architecture， aiming to promote enterprises to carry out green production and protect the ecological environment.

Keywords： big data architecture; environmental pollution; accurate monitoring; decision making platform; build

1? ?環(huán)境污染精準監(jiān)測與決策平臺的建設意義

在當今社會，環(huán)境保護已經成為全球關注的重要議題之一。隨著工業(yè)化和城市化的不斷發(fā)展，各種污染物質排放量也在不斷地增加，這對人類健康和社會可持續(xù)發(fā)展造成了嚴重的影響。因此，如何有效地監(jiān)控和管理環(huán)境污染成為一個迫切需要解決的問題[1]。傳統(tǒng)的環(huán)境污染監(jiān)測方法主要通過現場檢測來獲取數據，但這種方式存在很多問題：一是難以覆蓋全局范圍，二是存在誤差較大的情況，三是無法及時響應突發(fā)事件。因此，為了更好地實現環(huán)境污染的實時監(jiān)測和預警，可以采用大數據分析技術，它是一種利用計算機處理海量的數據的技術手段，可以對大量的數據進行快速分析和挖掘，從而發(fā)現隱藏在其中的規(guī)律性和趨勢性信息，并為環(huán)保部門提供更加科學有效的決策支持。

2? ?基于大數據架構的環(huán)境污染精準監(jiān)測技術

2.1 大氣污染監(jiān)測技術

大氣污染物主要包括二氧化硫、氮氧化物、顆粒物等。這些污染物主要來源于工業(yè)生產、交通運輸、燃煤等多種人類活動，同時也受到自然因素的影響。大氣污染物對人體健康、生態(tài)環(huán)境等方面都具有嚴重的危害。例如，大氣中的二氧化硫會導致呼吸系統(tǒng)疾病加重或誘發(fā)哮喘發(fā)作；氮氧化物則會加劇氣候變化并導致酸雨等問題；而顆粒物則是一種長期暴露于空氣中的致癌物質之一。因此，準確地監(jiān)測大氣污染物濃度是非常重要的。目前常用的大氣污染物監(jiān)測方法包括氣相色譜法、離子液體共振光譜儀（ILRS）法、光度計法等。其中，氣相色譜法是一種高效、快速、高靈敏度的方法，可以同時檢測多種氣體成分。ILRS法是基于離子液體在紫外線下的熒光特性進行分析的一種方法，其優(yōu)點是可以實現連續(xù)在線監(jiān)測。光度計法則主要通過測量光線穿過樣品時的變化來確定樣品中所含物質的含量[2]。當前，大氣污染物監(jiān)測技術已經取得了長足進步。一些先進的監(jiān)測設備能夠實時監(jiān)測大氣污染物濃度，并且可以通過數據處理軟件將監(jiān)測結果轉化為可視化圖表形式。此外，一些監(jiān)測設備還具備遠程監(jiān)控功能，可以遠距離實時獲取監(jiān)測數據。這些監(jiān)測設備的應用范圍非常廣泛，可以用于城市空氣質量監(jiān)測、工廠排放監(jiān)測以及氣象預報等領域。

2.2 水污染監(jiān)測技術

在現代社會中，隨著工業(yè)化和城市化的不斷發(fā)展，水污染問題日益突出，因此，對水污染的準確測量和分析變得越來越重要。目前，水污染監(jiān)測技術已經取得了長足的發(fā)展，其中，水質檢測是一項重要的技術手段。水質檢測主要包括化學指標測定和微生物學檢查兩種方法。化學指標測定主要通過測試水中溶解氧、氨氮、硝酸鹽、總磷、總氮等多種物質的變化情況，來判斷水體的質量是否符合標準。而微生物學檢查則是通過檢測水中細菌數量和種類，以及其代謝產物含量等因素，來評估水體的健康狀況。此外，還有一種新興的技術——生物傳感器技術，它是利用生物材料制成的傳感器，能夠實時地感知環(huán)境中的各種污染物質濃度變化，并自動進行數據采集和處理。這種技術具有靈敏度高、響應快、操作簡便等優(yōu)點，被廣泛應用于水污染監(jiān)測領域。

2.3 固體廢物污染監(jiān)測技術

固體廢物是指在生產、生活或運輸過程中產生的各種固態(tài)廢棄物質，如建筑垃圾、工業(yè)廢料、醫(yī)療廢物等。這些廢物不僅占用了大量的土地資源，還對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的影響。其中，建筑垃圾是固體廢物中最為常見的一種，其數量龐大且難以處理，容易引發(fā)土壤污染、水源污染等問題。因此，對于固體廢物污染的監(jiān)測具有重要的意義。目前，針對固體廢物污染的監(jiān)測主要采用以下幾種方法。

（1）物理測量法。該方法主要利用儀器設備進行測量，例如，用激光雷達探測固體廢物堆積量，使用聲波傳感器檢測固體廢物厚度等。這種方法可以快速準確地獲取大量數據，但需要投入較大的人力和財力成本。

（2）化學分析法。主要包括氣相色譜-質譜聯用法、離子液體層析法、高效液相色譜法等多種方法。這些方法能夠精確測定固體廢物中有害成分含量，但是需要耗費較長時間，并且需要專業(yè)的實驗操作人員來完成。

（3）生物監(jiān)測法。生物監(jiān)測法是指通過培養(yǎng)微生物的方法來檢測環(huán)境中存在的有害物質。這種方法相對簡單易行，而且不需要昂貴的儀器設備，但是在實際應用時需要注意微生物的選擇和培養(yǎng)條件等因素的影響，固體廢物污染監(jiān)測技術的發(fā)展離不開多種技術手段的支持，只有綜合運用不同的技術手段才能夠實現更加全面可靠的數據采集和分析。

3? ?基于大數據架構的決策平臺設計方法

3.1 總體框架

基于大數據架構的環(huán)境污染監(jiān)測與決策平臺，旨在通過對大量數據進行分析和處理，為環(huán)境保護提供有力支持。具體而言，設計方案包括以下幾個方面。第一，需要建立一個完整的數據庫系統(tǒng)來存儲大量的環(huán)境數據。這些數據可以來自于各種監(jiān)測站，如大氣質量監(jiān)測站、水體監(jiān)測站等[3]。為了保證數據的質量和可靠性，應采用一系列的技術手段加以處理，如數據清洗、校準、標準化等。同時，建立一套高效的數據傳輸機制，以確保數據能夠及時地被上傳到數據庫中。第二，需要構建一個強大的計算引擎來實現大規(guī)模數據的分析和處理。在這個過程中，使用一些先進的技術，如機器學習算法、深度神經網絡模型等。這些技術不僅可以更好地揭示數據的本質規(guī)律，還能夠幫助發(fā)現環(huán)境中潛在的問題并提出解決方案。第三，需要開發(fā)一個體驗友好的用戶界面來呈現結果。這個界面應該具有易于操作性和直觀性，以便用戶可以在短時間內了解數據的量值和變化趨勢。第四，提供多種可視化方式，如圖表、地圖、時間軸圖等，讓用戶更加方便地理解數據背后的信息。

3.2 數據庫設計

在構建基于大數據架構的環(huán)境污染監(jiān)測與決策平臺時，數據庫是其中不可或缺的一部分。第一，需要確定數據存儲的形式。目前市場上主流的數據庫類型包括MySQL、Oracle、MongoDB等。在這些數據庫中，MySQL是最常用的一種，因為它具有高效性、穩(wěn)定性以及易于維護的特點。因此，在設計方案中可選擇MySQL作為存儲數據庫選擇。第二，需要對數據庫進行規(guī)劃和優(yōu)化。為了提高系統(tǒng)的性能，采用了分區(qū)表的方式來組織數據。具體來說，將整個數據庫分為多個子目錄，每個子目錄只包含特定類型的數據。這樣可以減少讀寫操作的時間和資源消耗，從而提高系統(tǒng)運行效率。此外，數據庫應支持備份和恢復功能。通過定期備份數據，可以保證數據的安全性和完整性。第三，在出現故障或者損壞的情況下，可以通過恢復備份數據方式使數據庫快速恢復到正常狀態(tài)。第四，需要考慮如何實現數據的查詢和分析[3]。針對不同的需求，提供了多種查詢方式，如SQL語句、API接口等。這些查詢方式能夠滿足不同用戶的需求，并提供更加靈活和方便的數據訪問方式。

3.3 數據采集模塊設計

基于大數據架構的環(huán)境污染監(jiān)測和決策平臺中，數據采集是不可或缺的一部分。一般來說，可以通過各種傳感器來獲取不同類型的數據，如空氣質量、水質、噪聲等。這些數據可以幫助用戶更好地了解環(huán)境狀況并做出相應的決策。目前市場上有很多種傳感器可供選擇，包括氣體分析儀、水樣檢測儀器、聲學測量設備等。不同的傳感器適用于不同的場景，因此在選擇時要充分考慮實際情況。此外，還需要考慮數據傳輸方式以及存儲方式等問題。為了保證數據的真實性和準確性，需要采取一系列措施進行數據處理和校驗。這可能涉及一些復雜的算法和技術，但是對于建立一個可靠的數據采集模塊來說是非常必要的。

3.4 數據處理模塊設計

為了實現對環(huán)境污染物質濃度的實時監(jiān)測和分析，需要對大量的數據進行處理和整合。因此，數據處理模塊的設計至關重要。首先，采用分布式存儲技術來解決大規(guī)模的數據存儲問題。通過將數據分散到多個服務器上，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時減少單點故障帶來的風險。此外，使用異構數據庫技術，實現了不同類型的數據之間的集成和共享，提高數據的可視性和靈活性。其次，針對不同的數據類型采用相應的處理方法。對于時間序列數據，采用傳統(tǒng)的時序統(tǒng)計算法對其進行處理；對于空間數據，則使用地理編碼技術將其轉化為二維坐標系下對應的數據集，以便于后續(xù)的空間分析操作。另外，需為數據的清洗和預處理提供一些工具和方法，以保證最終結果的準確度。最后，利用機器學習技術對處理后的數據進行建模和預測。具體來說，可以運用各種分類、回歸、聚類等模型，對環(huán)境污染物濃度的變化趨勢進行分析和預測。這些預測結果不僅可以用于預警和預防措施的制定，還可以幫助政府部門更好地管理和監(jiān)督環(huán)境保護工作，數據處理模塊能夠有效地滿足大規(guī)模的數據采集和處理需求，并為其他模塊提供可靠的支持。

4? ?環(huán)境污染精準監(jiān)測與決策平臺的建設措施

4.1 污染源在線監(jiān)測數據可視化

在基于大數據框架的環(huán)境污染監(jiān)測與決策平臺中，污染源在線監(jiān)測數據是其中的重要組成部分。通過對污染源實時監(jiān)測數據進行可視化的展示和分析，可以更好地反映污染物排放情況，協(xié)助用戶及時發(fā)現問題并采取相應的措施來減少或消除污染。將監(jiān)測數據存儲到數據庫中，然后使用Web GIS技術將其顯示為地圖形式，以便于用戶直觀地查看污染源分布情況[4]。同時，使用交互式圖表工具，如Tableau等，以方便用戶快速瀏覽和篩選數據。此外，設計了多種指標和參數的可視化工具，如趨勢線圖、柱狀圖等，用于更加深入的數據分析和解讀。為了提高可視化效果和用戶體驗，還加入了一些互動功能，比如鼠標滾動、點擊事件觸發(fā)等。這些功能使得用戶可以通過簡單的操作獲得更豐富的信息，同時也提高了系統(tǒng)的可用性和易用性。

4.2 污染源在線監(jiān)測數據預警

污染源在線監(jiān)測是指利用傳感器設備將環(huán)境中的污染物濃度實時云端的數據，并將其存儲于數據庫中。這種方法可以大大提高環(huán)境監(jiān)測的質量和效率，同時也能及時發(fā)現潛在的問題點，從而采取相應的措施來減少或消除污染源的影響。在應用中，采用了多種技術手段來實現污染源在線監(jiān)測數據預警的功能。首先，使用機器學習算法對大量歷史數據進行建模和訓練，以識別出不同類型的污染源及其對應的特征值。然后，在監(jiān)測過程中不斷更新模型參數，以便更好地適應新的環(huán)境變化情況。采用云計算技術搭建大規(guī)模的計算資源池，實現對海量數據的快速處理和分析。通過以上步驟，可以準確地檢測到各種不同的污染源，并在第一時間內發(fā)出警報或者通知相關部門進行應對。此外，系統(tǒng)還具有可視化功能，可以通過圖形化的方式呈現監(jiān)測結果，方便用戶理解和操作[5]。

5? ?結束語

基于大數據架構的環(huán)境污染精準監(jiān)測與決策平臺為人們提供了一種強大的工具，它可幫助人們深入了解環(huán)境污染問題并預測未來趨勢。通過數據收集與預處理，可以獲取可靠的數據，發(fā)現潛在模式與趨勢，而構建與驗證環(huán)境污染預測模型，則可為環(huán)境保護決策提供科學依據。總之，這些成果將推動環(huán)境保護工作進程，確保地球更加清潔和美麗，人類社會可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

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[2] 韓周洋，許純領，孫丹，等．宿遷市大氣污染防治監(jiān)控監(jiān)管系統(tǒng)建設淺析[J]．廣東化工，2020（13）：127-128，119.

[3] 吳寅．簡述大數據在環(huán)境保護中的作用[J]．廣州化工，2020（4）：94-95，118.

[4] 徐磊，鄭穎，鄧世明．基于數據挖掘技術的工業(yè)廢水污染特征分析與預測[J]．環(huán)境工程學報，2020（8）：4192-4199.

[5] 劉洪兵，宋曉東，趙彬．基于數據挖掘的環(huán)境污染源辨識方法研究進展[J]．環(huán)境科學與技術，2020（12）：158-166.