丘仕梅 黃曉靜（廣州市番禺區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站 廣東 廣州 511483）

環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量要求與統(tǒng)計(jì)方法的應(yīng)用

丘仕梅 黃曉靜（廣州市番禺區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站 廣東 廣州 511483）

環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的核心目標(biāo)是提供真實(shí)可信的數(shù)據(jù)，這樣才能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量和污染狀況，并為環(huán)境管理提供有效的服務(wù)，因此本文對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量要求與統(tǒng)計(jì)方法的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；質(zhì)量；統(tǒng)計(jì)方法；應(yīng)用

新修訂的《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》已于2015年1月1日起施行。新法完善了環(huán)境監(jiān)測(cè)制度，在第17條明確了監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)使用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)設(shè)備，遵守監(jiān)測(cè)規(guī)范；監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)及其負(fù)責(zé)人對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性負(fù)責(zé)。因此，提高環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，是環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的重中之重，環(huán)境監(jiān)測(cè)的產(chǎn)品是數(shù)據(jù)，質(zhì)量又是數(shù)據(jù)生命力所在。若是離開了數(shù)據(jù)支持，環(huán)境監(jiān)測(cè)工作就失去了意義；而監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量沒有保障，環(huán)境監(jiān)測(cè)工作將喪失信服力。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)是觀察被監(jiān)測(cè)對(duì)象本質(zhì)和發(fā)展規(guī)律的必然途徑，統(tǒng)計(jì)方法在現(xiàn)代社會(huì)中已成為不可或缺的手段，因此本文對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量要求與統(tǒng)計(jì)方法的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

1 環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量要求與保障措施

1.1 環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量要求

環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量應(yīng)符合“五性”要求——代表性、準(zhǔn)確性、精密性、可比性和完整性[1]。

代表性體現(xiàn)了監(jiān)測(cè)過程中所選擇的采樣點(diǎn)、采樣時(shí)間能夠真實(shí)反映被監(jiān)測(cè)對(duì)象實(shí)際情況的程度。采樣點(diǎn)的選擇涉及點(diǎn)位布設(shè)、采樣斷面、斷面上垂線等細(xì)節(jié)，應(yīng)按照采樣規(guī)范合理選擇。采樣時(shí)間涉及什么時(shí)間采樣以及采樣的頻次。此外，還有合理的采樣方法、采樣容器、運(yùn)輸保存方式以及偶然因素的影響等環(huán)節(jié)。

準(zhǔn)確性反映了測(cè)定值與被監(jiān)測(cè)對(duì)象真值的符合程度或監(jiān)測(cè)結(jié)果的可靠程度?！板e(cuò)誤的數(shù)據(jù)比沒有數(shù)據(jù)更可怕”表明環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的極端重要性。而監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與監(jiān)測(cè)人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)、監(jiān)測(cè)儀器有關(guān)，還與實(shí)驗(yàn)室規(guī)范化程度相關(guān)，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。

精密性反映了測(cè)定值重復(fù)性與再現(xiàn)性的優(yōu)劣，以及測(cè)量系統(tǒng)中隨機(jī)誤差的大小，同時(shí)它也是準(zhǔn)確性判別的依據(jù)。隨機(jī)誤差小，表明測(cè)量結(jié)果的精密度高。精密度差不能判別準(zhǔn)確度。在環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)中，為了保證精密度，通常采集不少于30%的平行樣。

可比性反映了監(jiān)測(cè)結(jié)果的可驗(yàn)證性，可比性是指測(cè)量同一對(duì)象，采用不同方法所得結(jié)果的吻合程度。同一樣品的可比性，反映在滿足可比性的環(huán)境條件、分析方法等前提下，不同實(shí)驗(yàn)室間或同一實(shí)驗(yàn)室不同實(shí)驗(yàn)人員監(jiān)測(cè)結(jié)果的一致程度。為了保證數(shù)據(jù)的可比性，在環(huán)境條件、監(jiān)測(cè)方法等資料表達(dá)方面必須清晰、完整。

完整性反映了監(jiān)測(cè)過程中取得資料總量滿足預(yù)期要求的程度。除了保證樣品完整性以外，分析過程、數(shù)據(jù)處理與評(píng)價(jià)也必須完整。保證完整性可以對(duì)數(shù)據(jù)溯源，并了解整個(gè)監(jiān)測(cè)過程。而對(duì)監(jiān)測(cè)任務(wù)完成情況進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析，有利于發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。

1.2 環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量目標(biāo)

隨著人們環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)，環(huán)保部門對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)重視程度也在不斷提高，但如何配置監(jiān)測(cè)資源卻是值得探討的問題。有些地區(qū)環(huán)保部門提出了過高的監(jiān)測(cè)要求，以致造成監(jiān)測(cè)資源的浪費(fèi)。對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)而言，監(jiān)測(cè)要求提得越高，并不意味著監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量必然越好，這是因?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)本身存在局限性，即使不計(jì)成本的監(jiān)測(cè)方案也不可能完全準(zhǔn)確定量污染物的時(shí)空分布，無非提供更多環(huán)境質(zhì)量信息而已[2]。因而，需要確定合適的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量目標(biāo)，這也是對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行合理控制的基礎(chǔ)。由于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不確定性的存在，“達(dá)標(biāo)”與“不達(dá)標(biāo)”區(qū)域的判定往往會(huì)影響當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)與健康方面的后果，這取決于數(shù)據(jù)質(zhì)量控制以及利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行錯(cuò)誤決策的概率水平。為此，美國環(huán)境保護(hù)署（EPA）開發(fā)了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量目標(biāo)程序，用來策劃監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集，包括何時(shí)采樣、何處采樣、采集樣品數(shù)量、決策誤差的容忍限值等。

該程序的步驟如下：1）描述問題，建立環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)模型，確定數(shù)據(jù)類型；成立監(jiān)測(cè)計(jì)劃小組，對(duì)方案及備選方案進(jìn)行充分討論，提出數(shù)據(jù)采集、評(píng)價(jià)、資源利用、時(shí)間等。2）確定主要的研究問題、可選擇的行動(dòng)及針對(duì)該問題的方法、備選行動(dòng)等。3）確定需要收集的信息、信息來源、信息種類、信息類型、可用的采樣方法及分析方法等。4）定義監(jiān)測(cè)的范圍和對(duì)象總體，描述空間界限、采樣單元組成、時(shí)間范圍及干擾數(shù)據(jù)采集的實(shí)際限制因素等。5）確立分析方法，指定重要參數(shù)（如平均數(shù)、中位數(shù)等）。根據(jù)決策過程的輸出結(jié)果，驗(yàn)證采樣與分析方法檢出限是否合適，對(duì)評(píng)估的問題指定評(píng)估量。6）建立性能和接受標(biāo)準(zhǔn)，包括誤差來源、參數(shù)值范圍、決策誤差定義、基線條件選擇。確定決策失誤較小區(qū)域及處于活動(dòng)水平之上和以下點(diǎn)的概率。檢查決策誤差限值。7）按照成本-效益分析，制定最有效的數(shù)據(jù)采集和分析方案，識(shí)別影響采樣和分析的限制性因素，確定采樣和分析方案細(xì)節(jié)，并從多個(gè)設(shè)計(jì)選項(xiàng)中選擇最佳方案（最佳采集量）。

1.3 環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

判斷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的代表性可從以下環(huán)節(jié)入手[3]：檢查采樣點(diǎn)的布設(shè)是否合理；檢查原始記錄是否規(guī)范和全面；檢查采樣點(diǎn)是否受到其他因素的影響；檢查監(jiān)測(cè)分析方法與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的有效性；檢查方法檢出限與測(cè)試儀器精度是否滿足監(jiān)測(cè)要求等。

判斷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的完整性可從以下環(huán)節(jié)入手：檢查所選用的分析方法是否正確；檢查方法檢測(cè)限與測(cè)試精度是否達(dá)到監(jiān)測(cè)要求；分析采樣點(diǎn)是否涵蓋整個(gè)污染源的分布；檢查采樣頻次與采樣時(shí)間是否符合規(guī)范要求；檢查樣品保存、運(yùn)輸、處理環(huán)節(jié)是否可保障樣品成分穩(wěn)定。

判斷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精密性與準(zhǔn)確性可從以下環(huán)節(jié)入手：檢查測(cè)試儀器精度是否滿足監(jiān)測(cè)分析要求；檢查是否按規(guī)范要求測(cè)定空白值，并開展內(nèi)控樣、平行樣、平行密碼樣、加標(biāo)回收的分析；評(píng)價(jià)分析全過程的精密性與準(zhǔn)確性。

判斷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的合理性可從以下環(huán)節(jié)入手：利用監(jiān)測(cè)分析的常識(shí)，例如地表天然水體水的色度與pH值有關(guān)，通常pH值高色度更深[4]；利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系，例如水樣中正常邏輯是 CODCr＞CODMn，CODCr＞BOD5；利用行業(yè)污染物特征進(jìn)行判斷，例如有機(jī)化工行業(yè)有機(jī)物種類多、重金屬少，而重金屬行業(yè)有機(jī)物含量低。當(dāng)監(jiān)測(cè)結(jié)果“出人意料”時(shí)，就應(yīng)深入分析數(shù)據(jù)的合理性。

2 環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)方法與應(yīng)用

2.1 環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特點(diǎn)與現(xiàn)狀分析

環(huán)境中的各種污染物之間的關(guān)系不確定性很強(qiáng)，必須通過大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)才能找到內(nèi)在規(guī)律性。從數(shù)據(jù)分布類型來看，既有正態(tài)分布，也有大量偏態(tài)分布，這反映了統(tǒng)計(jì)方法的多樣性。污染物濃度一般較低，但環(huán)境背景值更低。環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主要分為數(shù)量屬性、順序?qū)傩?、名稱屬性三類，但以連續(xù)性量居多[5]。上述情況表明，環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具有隨機(jī)性、數(shù)據(jù)分布類型多樣化、數(shù)值一般較小、數(shù)據(jù)類型多等特點(diǎn)，顯然這給統(tǒng)計(jì)分析提出了更高要求。目前，環(huán)保部門和各級(jí)環(huán)境監(jiān)測(cè)站統(tǒng)計(jì)能力并不強(qiáng)，人員多兼職，且流動(dòng)性大，對(duì)統(tǒng)計(jì)業(yè)務(wù)不夠熟悉，常出現(xiàn)方法選擇失當(dāng)和計(jì)算錯(cuò)誤問題[6]。

2.2 環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的常用方法

環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法大致可分為回歸分析、聚類分析、模糊綜合評(píng)價(jià)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、支持向量機(jī)法等種類。回歸分析是建立服從統(tǒng)計(jì)關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，以便用一組隨機(jī)變量來預(yù)測(cè)另一組隨機(jī)變量的方法?；貧w分析的原理是最小二乘法，即讓統(tǒng)計(jì)關(guān)系預(yù)測(cè)值與實(shí)際測(cè)量值之間誤差的平方和最小，這樣得到的回歸關(guān)系式與實(shí)際測(cè)量曲線擬合最好。聚類分析是將多種對(duì)象分組為由類似對(duì)象組成多個(gè)類的過程，正如俗語所說“物以類聚，人以群分”的道理一樣。聚類分析過程主要是確定分類對(duì)象的相似性度量和選擇合適的分類方法。

2.3 環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法的應(yīng)用

在實(shí)際統(tǒng)計(jì)分析工作中，一般采用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。軟件應(yīng)用主要分為兩類：一是Excel軟件，可以通過直接輸入函數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，也可以利用VBA語言編程進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；二是應(yīng)用專業(yè)的統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，其優(yōu)勢(shì)是功能更強(qiáng)大，操作更方便，現(xiàn)以SPSS為例說明。例如有一組空氣污染物SO2、NO2、TSP濃度數(shù)據(jù)（見表1）進(jìn)行聚類分析，依次點(diǎn)菜單分析→分類→系統(tǒng)聚類，在彈出的分類聚類對(duì)話框中，把需要的變量選入右邊變量選框中，點(diǎn)繪制，再彈出對(duì)話框，勾選樹狀圖，點(diǎn)確定，得到反映聚類過程的樹形圖（見圖1），可看出已對(duì)各采樣點(diǎn)空氣質(zhì)量進(jìn)行了分類。

表1 采樣點(diǎn)空氣污染物濃度（mg/m3）

3 結(jié)語

環(huán)境監(jiān)測(cè)是環(huán)境管理的前哨站，在環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，才能為環(huán)境管理提供科學(xué)的決策和有力的技術(shù)支持，作為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制與統(tǒng)計(jì)人員應(yīng)滿懷只爭(zhēng)朝夕精神，為環(huán)境保護(hù)事業(yè)貢獻(xiàn)更多的光和熱。

[1]汪怡，李衛(wèi)東.如何提高環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量[J].北方環(huán)境，2013,25(6)：122-125.

[2]鄒強(qiáng)，姚玉剛，朱燕玲，等.數(shù)據(jù)質(zhì)量目標(biāo)程序在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2013,38(11)：107-110.

[3]李志明.環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)審核及異常數(shù)據(jù)的處理[J].新疆環(huán)境保護(hù)，2013,35(2)：41-44.

[4]何躍君，韓秀茹，凌盼.環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)綜合分析與評(píng)價(jià)技術(shù)研究[J].青海環(huán)境，2016,26(1)：16-20.

[5]劉巍，任海霞.環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理方法學(xué)理論研究[J].東北水利水電，2013,31(9)：27-29.

[6]曹升華.基于LIMS數(shù)據(jù)庫的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法——以上海市嘉定區(qū)實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)為例[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2013,39(2)：72-73，80.