基于大數(shù)據(jù)應(yīng)用的環(huán)境信息監(jiān)測技術(shù)研究

郝世宏 山西省晉中市環(huán)境保護(hù)局

隨著環(huán)境問題的日益突出和人們對環(huán)境問題的日益重視，各類環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的日益增多，以往利用計算機(jī)技術(shù)對數(shù)據(jù)的簡單收集已經(jīng)不能滿足當(dāng)前環(huán)保工作的要求，環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境管理的基礎(chǔ)，也是環(huán)保部門的立足之本。環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)用于環(huán)境管理、環(huán)境執(zhí)法、環(huán)保決策，如何采集數(shù)據(jù)、如何保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量、如何利用計算機(jī)技術(shù)對監(jiān)測數(shù)據(jù)實現(xiàn)全方位監(jiān)管并應(yīng)用，是我們目前急需解決的難題。

1.環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集技術(shù)及特點

隨著科學(xué)的發(fā)展，用肉眼去感知環(huán)境污染現(xiàn)象和污染程度，已經(jīng)不能滿足環(huán)保工作的需要，需要借助計算機(jī)科學(xué)技術(shù)，利用傳感器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)，實時監(jiān)測污染物濃度和環(huán)境空氣環(huán)境質(zhì)量，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)江h(huán)境監(jiān)管平臺，作為環(huán)保部門對環(huán)境質(zhì)量的評價、管理和執(zhí)法依據(jù)。近年來已應(yīng)用到實際工作中的環(huán)保信息系統(tǒng)，不僅涵蓋對廢氣企業(yè)、廢水企業(yè)污水處理廠等污染的自動監(jiān)控，還涵蓋了對環(huán)境空氣、飲用水源地、河流斷面、噪聲、重金屬等環(huán)境質(zhì)量的在線監(jiān)測。

利用環(huán)保信息系統(tǒng)實現(xiàn)對污染源數(shù)據(jù)的監(jiān)測、收集和處理的過程中，需要優(yōu)先考慮監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。為實現(xiàn)這一目的，需要借助計算機(jī)科學(xué)技術(shù)利用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對現(xiàn)場端的自動監(jiān)測儀器進(jìn)行周期性校準(zhǔn)、標(biāo)定。例如污染源監(jiān)管系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)對各監(jiān)測點監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控，正常數(shù)據(jù)和超標(biāo)數(shù)據(jù)區(qū)分顯示?？梢圆樵儐蝹€站點的實時數(shù)據(jù)、企業(yè)的生產(chǎn)狀態(tài)和儀器運行狀態(tài)等信息，還具備調(diào)用視頻、歷史數(shù)據(jù)、站點信息功能，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)超標(biāo)報警、實時發(fā)布、查詢統(tǒng)計、監(jiān)控交流、有效性審核、聯(lián)網(wǎng)驗收等功能。借助計算機(jī)技術(shù)，這些環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，各系統(tǒng)之間既相互獨立又可組合配置。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了對自動監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲、分析、統(tǒng)計與發(fā)布的全過程管理，而且對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了濃度挖掘與應(yīng)用，為環(huán)境保護(hù)主管部門科學(xué)決策提供依據(jù)。同時，系統(tǒng)還可以具備手機(jī)版、微信版應(yīng)用，借助無線通訊技術(shù)，可以隨時隨地隨身查詢監(jiān)測數(shù)據(jù)和接收報警信息。

2.環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制

隨著近年來人們對生態(tài)環(huán)境需求，國家對環(huán)境保護(hù)工作的監(jiān)管更為嚴(yán)格，環(huán)境污染行為和人為干擾篡改監(jiān)測數(shù)據(jù)行為時有發(fā)生。保證環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量，有效預(yù)防人為干擾、篡改自動監(jiān)測數(shù)據(jù)等弄虛作假現(xiàn)象的發(fā)生，是我們當(dāng)下迫切需要解決的問題。

2.1 如何確保自動監(jiān)控儀器正常運行

例如在污染源自動監(jiān)控工作中，企業(yè)現(xiàn)場端自動監(jiān)測儀器都標(biāo)配有標(biāo)準(zhǔn)氣體和標(biāo)準(zhǔn)液體等，監(jiān)測儀器會利用自身設(shè)置程度，每周對儀器進(jìn)行自行校準(zhǔn)，及時將由于運行造成的監(jiān)測誤差復(fù)位，結(jié)合每周第三方運營人員的手工復(fù)位，保證自動在線監(jiān)測儀器的正常運行和監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.2 預(yù)防人為干擾設(shè)備

我們利用計算機(jī)信息技術(shù)建成自動監(jiān)測設(shè)備動態(tài)管控系統(tǒng)，將自動監(jiān)測設(shè)備與數(shù)采儀直連，利用數(shù)采儀進(jìn)行數(shù)據(jù)計算，實現(xiàn)對自動監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)、工作參數(shù)、運行狀態(tài)“三同時”監(jiān)控。建設(shè)污染源站房智能咨詢機(jī)構(gòu)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、超標(biāo)留校系統(tǒng)，有效切斷擅自修改設(shè)備工作參數(shù)等人為造假途徑，及時發(fā)現(xiàn)造假行為并固定證據(jù)，提高污染源自動監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量，為環(huán)境監(jiān)管、超標(biāo)處罰、總量減排等環(huán)保決策工作提供準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)支撐。

2.3 數(shù)據(jù)的有效性審核

在日常監(jiān)測中，由于受設(shè)備故障、網(wǎng)絡(luò)通訊質(zhì)量及其他一些突發(fā)、偶然事件的影響，導(dǎo)致少量監(jiān)測數(shù)據(jù)不符合國家對自動監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的相關(guān)規(guī)定，需要對傳輸?shù)较到y(tǒng)平臺的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性檢查和審核。因此需要按照國家生態(tài)環(huán)境部對自動監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的相關(guān)規(guī)范實施數(shù)據(jù)審核的監(jiān)管平臺，實現(xiàn)對污染源、環(huán)境空氣原始自動監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行修約、補錄、無效數(shù)據(jù)處理、異常數(shù)據(jù)處理等審核工作。通過系統(tǒng)能進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量，使監(jiān)測數(shù)據(jù)能真實反映出環(huán)境現(xiàn)狀與變化趨勢以及污染源排放的現(xiàn)狀和變化趨勢。

2.4 數(shù)據(jù)的安全傳輸

在污染源自動監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸過程中，在線監(jiān)控（監(jiān)測）儀器儀表與數(shù)采儀之間采用RS-485串行通訊標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，再由數(shù)采儀通過無線傳輸方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控平臺通訊服務(wù)器。隨著通訊技術(shù)的不斷改進(jìn)，近年來各大通訊公司均提供全光路接入數(shù)據(jù)專線方式、提供基于TD-LTE技術(shù)4G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)以及物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)等。在數(shù)據(jù)的傳輸過程中，在物理上采取與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行隔離的方式，在傳輸架構(gòu)上采用分布式點站點建設(shè)，采用加密技術(shù)、無線傳輸協(xié)議，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸專線“雙回路”。

以往利用傳感器監(jiān)測的模擬量數(shù)據(jù)在傳輸過程中會受到外界各種影響，導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差，影響歸終計算機(jī)結(jié)果。但隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，監(jiān)測數(shù)據(jù)利用計算機(jī)技術(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量數(shù)據(jù)，有效地保證數(shù)據(jù)的真實性。目前的數(shù)據(jù)采集設(shè)備均具備數(shù)據(jù)續(xù)傳功能、斷電保護(hù)功能，有效保證了由于意外斷電、傳輸線路故障造成數(shù)據(jù)的缺失，有效保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)的完整性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

3.環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的應(yīng)用

3.1 建設(shè)數(shù)據(jù)中心

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在環(huán)境領(lǐng)域里建成諸如污染源自動監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)動車尾氣監(jiān)測系統(tǒng)、實驗室監(jiān)測業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)、放射源在線監(jiān)管系統(tǒng)、排污許可證管理系統(tǒng)等等環(huán)境業(yè)務(wù)系統(tǒng)，建設(shè)數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)眾多系統(tǒng)數(shù)據(jù)的融合是有效利用好數(shù)據(jù)的最佳方法。建設(shè)環(huán)境數(shù)據(jù)中心，根據(jù)統(tǒng)一規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、事例和集成各種環(huán)境業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析、挖掘等處理，構(gòu)建環(huán)境信息資源數(shù)據(jù)的存儲中心、管理中心、共享服務(wù)中心和決策中心，創(chuàng)造一個環(huán)境信息智慧中心，為環(huán)境管理、環(huán)境評價和科學(xué)決策提供輔助支撐和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.2 綜合應(yīng)用數(shù)據(jù)

以基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)為支撐，依托GIS平臺，融合各類環(huán)保業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，建立環(huán)境專題圖、以直觀、形象的方式展示環(huán)境和污染源的空間分布規(guī)律，實現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)與環(huán)境數(shù)據(jù)的集成管理、查詢統(tǒng)計、空間分析、專題分析等綜合展示功能，方便用戶及時準(zhǔn)確的了解和掌握環(huán)境污染變化現(xiàn)狀的趨勢。還可以數(shù)據(jù)中心為依托，建設(shè)包括風(fēng)險源防控、環(huán)境應(yīng)急管理、指揮調(diào)度和后期評估在內(nèi)的綜合性環(huán)境安全預(yù)警與應(yīng)急指揮系統(tǒng)，全面提升環(huán)境應(yīng)急管理效能，為環(huán)境管理、環(huán)境規(guī)劃、宏觀決策提供技術(shù)支撐。

4.結(jié)論

利用計算機(jī)技術(shù)搭建智慧環(huán)保平臺，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)的現(xiàn)代化和環(huán)境管理的智慧化，達(dá)到“測得準(zhǔn)、傳得快、搞得清、管得好”的一種狀態(tài)，為評價區(qū)域環(huán)境質(zhì)量總體水平和發(fā)展趨勢、科學(xué)制定環(huán)境污染防治規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境建設(shè)等提供有力的數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)支持，從而推進(jìn)信息資源的共享，形成環(huán)境信息化總體發(fā)展框架，最終達(dá)到實現(xiàn)“環(huán)境信息化”的戰(zhàn)略高度。