詹明惠（南京審計(jì)大學(xué) 江蘇南京 210000）

一、引言

近年來(lái)，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展引發(fā)的環(huán)境質(zhì)量問(wèn)題引起了各界的廣泛關(guān)注。在大力推進(jìn)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)體系和監(jiān)測(cè)能力現(xiàn)代化背景下，我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)體系不斷發(fā)展和完善，基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境空氣污染物的逐時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的自動(dòng)化、精細(xì)化，對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)的完整性、有效性、一致性、可比性等提出了更高的要求。因此，開(kāi)展環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)審計(jì)勢(shì)在必行。

大數(shù)據(jù)可視化分析技術(shù)是目前大數(shù)據(jù)審計(jì)應(yīng)用比較成熟和主流的技術(shù)，它拓寬了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)圖表分析，把復(fù)雜或抽象的信息以直觀形象的方式呈現(xiàn)出來(lái)，有助于審計(jì)人員快捷高效地處理和分析數(shù)據(jù)。R語(yǔ)言作為一款免費(fèi)、開(kāi)源以及具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)可視化功能的工具，受到國(guó)內(nèi)外高校、研究機(jī)構(gòu)，以及金融、醫(yī)學(xué)、通訊等行業(yè)的廣泛應(yīng)用。本文以R語(yǔ)言為工具，根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)審計(jì)的需要，選擇了動(dòng)態(tài)時(shí)間序列圖、日歷圖、熱力趨勢(shì)圖等可視化圖形，研究如何有效利用大數(shù)據(jù)可視化分析技術(shù)審計(jì)環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)、有效發(fā)現(xiàn)潛在的信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)、提高審計(jì)效率效果，在理論經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)方法上具有一定的意義。

二、環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)審計(jì)原理分析

環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)采用自動(dòng)控制技術(shù)、分析技術(shù)、通信和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，可對(duì)環(huán)境空氣中特定指標(biāo)從樣品采集與處理、分析到數(shù)據(jù)傳輸全過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)處理。系統(tǒng)主要由監(jiān)測(cè)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集傳輸及查詢發(fā)布系統(tǒng)組成。國(guó)控站點(diǎn)產(chǎn)生的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)軟件直接傳輸至監(jiān)測(cè)總站。省控、市控監(jiān)測(cè)站點(diǎn)由各級(jí)行政主管部門(mén)負(fù)責(zé)管理。

基于大數(shù)據(jù)可視化分析技術(shù)的環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)審計(jì)的原理可概述為：根據(jù)對(duì)被審計(jì)單位的調(diào)查，在訪談和現(xiàn)場(chǎng)觀察等基礎(chǔ)上，采集被審計(jì)單位的環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)相關(guān)信息，如運(yùn)維機(jī)構(gòu)的日常巡檢記錄和績(jī)效考核報(bào)告、自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)檔案、空氣質(zhì)量日均值監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和小時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，以及從外部相關(guān)監(jiān)管部門(mén)網(wǎng)站或其他網(wǎng)站上公開(kāi)數(shù)據(jù)源采集來(lái)的數(shù)據(jù)，如監(jiān)管部門(mén)出具的相關(guān)通報(bào)、處理處罰通知等。然后，在審計(jì)大數(shù)據(jù)預(yù)處理的基礎(chǔ)上，基于“總體分析、發(fā)現(xiàn)疑點(diǎn)、分散核查、系統(tǒng)研究”的審計(jì)思路，利用大數(shù)據(jù)可視化分析技術(shù)，從數(shù)據(jù)連續(xù)性、完整性、可比性、一致性、相關(guān)性等多個(gè)角度，快速?gòu)谋粚徲?jì)大數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)異常信息，檢測(cè)是否存在信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)情況，獲得審計(jì)線索。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)這些結(jié)果數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的延伸審計(jì)和審計(jì)事實(shí)確認(rèn)，最終獲得審計(jì)證據(jù)。

三、環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)審計(jì)內(nèi)容分析

審計(jì)人員在開(kāi)展環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)審計(jì)過(guò)程中，可按照國(guó)家環(huán)境部及各級(jí)地方政府對(duì)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)管理的監(jiān)管要求，關(guān)注以下內(nèi)容：

（一）檢查自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)連續(xù)性

根據(jù)空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)日常運(yùn)行維護(hù)的基本要求及有關(guān)規(guī)定，環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)連續(xù)運(yùn)行。

以Z市為例，審計(jì)人員采集了全市6個(gè)國(guó)控站點(diǎn)2017年全年空氣質(zhì)量日均值監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，是含有日期（date）、監(jiān)測(cè)點(diǎn)（mark）、可吸入顆粒物 PM10、細(xì)顆粒物 PM2.5、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化氮（NO）、氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）、臭氧（O3）等多個(gè)變量的表格數(shù)據(jù)。

首先在R語(yǔ)言中查看數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如圖1所示，發(fā)現(xiàn)站點(diǎn)5在2017年的全年日數(shù)據(jù)僅為337條，數(shù)據(jù)量存在明顯缺失。在宏觀把握的基礎(chǔ)上，審計(jì)人員可采用動(dòng)態(tài)時(shí)間序列圖查看站點(diǎn)5全年數(shù)據(jù)的具體分布情況。如圖2所示，動(dòng)態(tài)時(shí)間序列圖的橫軸表示日期，縱軸表示污染物監(jiān)測(cè)濃度，用不同顏色的折線代表不同污染物的日濃度，拖動(dòng)橫軸下方的按鈕可以縮小時(shí)間間隔，鼠標(biāo)停留的位置會(huì)出現(xiàn)日期及各污染物濃度數(shù)據(jù)的懸浮標(biāo)簽。通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)時(shí)間序列圖時(shí)間間隔的拖動(dòng)，發(fā)現(xiàn)站點(diǎn)5缺失了2017/1/16—2017/2/12的監(jiān)測(cè)記錄，缺失日期長(zhǎng)達(dá)26天，不符合監(jiān)測(cè)設(shè)備連續(xù)運(yùn)行的規(guī)定。審計(jì)人員可以通過(guò)這一分析，重點(diǎn)核實(shí)站點(diǎn)5在監(jiān)測(cè)期間記錄缺失的原因、是否在主管部門(mén)備案，通過(guò)查看站點(diǎn)故障檢修記錄或者監(jiān)控視頻記錄，獲取審計(jì)證據(jù)。

圖1 國(guó)控站點(diǎn)監(jiān)測(cè)連續(xù)性分析

圖2 動(dòng)態(tài)時(shí)間序列圖

（二）檢查自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)完整性

審計(jì)人員首先整體分析2017年6個(gè)國(guó)控站點(diǎn)各監(jiān)測(cè)物全年數(shù)據(jù)的完整性情況，通過(guò)圖3發(fā)現(xiàn)：監(jiān)測(cè)站點(diǎn)對(duì)于臭氧（O3）的監(jiān)測(cè)效果最好，不存在數(shù)據(jù)缺失的情況；對(duì)于一氧化氮（NO）的監(jiān)測(cè)，各站點(diǎn)均存在較多缺失。審計(jì)人員應(yīng)調(diào)查這些監(jiān)測(cè)站點(diǎn)缺失較多一氧化氮（NO）數(shù)據(jù)的原因，考慮是否存在監(jiān)測(cè)站點(diǎn)設(shè)備故障或監(jiān)測(cè)不靈敏的風(fēng)險(xiǎn)。且觀察圖3可以發(fā)現(xiàn)，在個(gè)別日期存在監(jiān)測(cè)站點(diǎn)只能監(jiān)測(cè)到臭氧濃度而其他污染物數(shù)據(jù)均缺失的情況，審計(jì)人員應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注這些日期，查看是否存在監(jiān)測(cè)設(shè)備受到人為刪除數(shù)據(jù)記錄或數(shù)據(jù)傳輸故障的風(fēng)險(xiǎn)。采用上文提到的動(dòng)態(tài)時(shí)間序列圖可以確定審計(jì)線索出現(xiàn)的時(shí)間，通過(guò)拖動(dòng)時(shí)間序列圖縮小時(shí)間間隔，如圖4所示，發(fā)現(xiàn)2017年9月7日存在只監(jiān)測(cè)到臭氧數(shù)據(jù)而其他數(shù)據(jù)缺失的情況，審計(jì)人員可以將審計(jì)的范圍精確到該日期，縮小審計(jì)區(qū)間，提高審計(jì)效率。

圖3 數(shù)據(jù)質(zhì)量完整性檢驗(yàn)

圖4 動(dòng)態(tài)時(shí)間序列圖查看日期

（三）檢查自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)有效性

審計(jì)人員可以通過(guò)污染物之間的邏輯關(guān)系判斷數(shù)據(jù)的有效性?！董h(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095—2012）將PM10定義為空氣中小于等于10μm的顆粒物，也稱(chēng)可吸入顆粒物；將PM2.5定義為環(huán)境空氣中小于等于2.5μm的顆粒物，也稱(chēng)細(xì)顆粒物。從該定義來(lái)看，PM2.5屬于PM10的一部分，在同時(shí)同地測(cè)量的PM10濃度應(yīng)大于PM2.5濃度，但實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)中偶爾會(huì)出現(xiàn)PM2.5濃度大于PM10濃度的情況，俗稱(chēng)“倒掛”。審計(jì)人員可以通過(guò)雙向柱狀圖可視化表示污染物濃度的差值，查看是否出現(xiàn)“倒掛”這種數(shù)據(jù)失效的情況。如圖5所示，橫軸表示時(shí)間，縱軸表示PM10與PM2.5的差值，向上的柱狀圖表示差值為正，向下的柱狀圖表示差值為負(fù)，即出現(xiàn)“倒掛”現(xiàn)象，數(shù)據(jù)失效；鼠標(biāo)停留的位置會(huì)出現(xiàn)日期及各污染物濃度差值的懸浮標(biāo)簽。圖中顯示2018年10月2日出現(xiàn)“倒掛”情況，差值為59，審計(jì)人員可重點(diǎn)核實(shí)監(jiān)測(cè)儀器運(yùn)行故障記錄，查看運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)對(duì)設(shè)備的定期維護(hù)記錄等。

圖5 雙向柱狀圖

（四）檢查自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)可比性

由于國(guó)控、省控、市控監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)的負(fù)責(zé)層級(jí)不同，國(guó)控站點(diǎn)產(chǎn)生的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)直接傳輸至監(jiān)測(cè)總站，而省控、市控監(jiān)測(cè)站點(diǎn)由各級(jí)行政主管部門(mén)負(fù)責(zé)管理。審計(jì)人員可以通過(guò)對(duì)比監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的經(jīng)緯度信息、位置信息，選擇位置相同或相近的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)比較監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，判斷監(jiān)測(cè)站點(diǎn)是否正常運(yùn)行，揭露環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)弄虛作假的行為。

以Z市為例，首先，審計(jì)人員通過(guò)對(duì)比監(jiān)測(cè)站點(diǎn)經(jīng)緯度信息，確定國(guó)控站點(diǎn)1與某市控站點(diǎn)安裝于同一位置，具有較強(qiáng)的可比性。審計(jì)人員對(duì)采集到的國(guó)控和市控監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的最大值、最小值、平均值、中位數(shù)、95%分位值、缺失值數(shù)據(jù)量及占比這些統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)特征可視化展示，如圖6所示，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，國(guó)控站點(diǎn)一氧化氮（NO）缺失值較市控站點(diǎn)多；對(duì)于臭氧（O3）的監(jiān)測(cè)，國(guó)控站點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)明顯高于市控站點(diǎn)。針對(duì)這一分析結(jié)果，審計(jì)人員可通過(guò)動(dòng)態(tài)時(shí)間序列圖分析一氧化氮（NO）缺失的期間并進(jìn)一步查找缺失原因。審計(jì)人員可重點(diǎn)關(guān)注臭氧（O3）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的差異。

圖6 國(guó)控、市控站點(diǎn)可比性檢驗(yàn)

日歷熱圖可以將時(shí)間分解為年、月、周、日等組成部分，以日歷的形式進(jìn)行可視化展示，并通過(guò)顏色來(lái)表示某一監(jiān)測(cè)值的數(shù)量大小或事件發(fā)生頻率。如圖7所示，左方部分表示國(guó)控站點(diǎn)的情況，右方部分表示市控站點(diǎn)的情況，兩個(gè)部分均按月分為12個(gè)區(qū)，各區(qū)中的每一行表示一周的情況，每1個(gè)小方塊表示1天，方塊中的顏色表示臭氧（O3）的濃度，由I到V表示的濃度水平越高，顏色也就越深。通過(guò)對(duì)日歷熱圖上不同月份的比較，可以看出夏季的臭氧（O3）濃度明顯高于冬季；通過(guò)對(duì)國(guó)控和市控站點(diǎn)的情況進(jìn)行比較，可以看到國(guó)控站點(diǎn)的監(jiān)測(cè)值普遍高于市控站點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一個(gè)等級(jí)。此外，通過(guò)日歷熱圖還可以清楚地看到哪些天臭氧（O3）濃度超標(biāo)以及存在缺失情況，審計(jì)人員可以通過(guò)這些線索有針對(duì)性地進(jìn)行調(diào)查。

圖7 日歷熱圖對(duì)比檢驗(yàn)

（五）檢查自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)一致性

位置相鄰或相近的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)在污染物濃度變化趨勢(shì)上應(yīng)具有一致性，審計(jì)人員可以獲取位置相近的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的逐時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)時(shí)間變化趨勢(shì)圖發(fā)現(xiàn)審計(jì)線索。如下頁(yè)圖8所示，將同一行政區(qū)域內(nèi)4個(gè)站點(diǎn)的PM2.5監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)時(shí)間變化趨勢(shì)圖表現(xiàn)出來(lái)，橫軸表示月份，縱軸表示小時(shí)，顏色表示污染物濃度?？梢钥闯觯镜腜M2.5濃度明顯高于夏季，早晚的PM2.5濃度明顯高于中下午。此外，從圖8中還可以看到，站點(diǎn)1所監(jiān)測(cè)區(qū)域PM2.5的濃度有明顯好轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，尤其是11、12月較其他三個(gè)站點(diǎn)的變化趨勢(shì)不符，不符合區(qū)域一致性的假設(shè)。審計(jì)人員應(yīng)關(guān)注此現(xiàn)象，防止該站點(diǎn)監(jiān)測(cè)設(shè)備被人為干擾，導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真風(fēng)險(xiǎn)。

圖8 PM2.5時(shí)間變化趨勢(shì)

（六）檢查自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)相關(guān)性

環(huán)境科學(xué)研究表明，污染物之間存在一定的邏輯關(guān)系，就濃度值來(lái)說(shuō)，PM2.5/PM10比值較高且相關(guān)性較好時(shí)，區(qū)域污染以細(xì)顆粒物源排放為主；PM2.5/PM10比值較低且兩者相關(guān)性較差時(shí)，區(qū)域污染以揚(yáng)塵污染為主；若局部環(huán)境以工業(yè)燃燒（如燃煤發(fā)電、金屬冶煉等）等固定污染源為主時(shí)，SO2/NO2比值較高；反之，以機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放等移動(dòng)污染源為主時(shí)，則SO2/NO2比值較低；等等。審計(jì)人員可以通過(guò)污染物之間的邏輯關(guān)系來(lái)發(fā)現(xiàn)污染物之間比值的時(shí)間變化規(guī)律，審查該監(jiān)測(cè)區(qū)域的環(huán)境空氣治理目標(biāo)是否與污染物排放源一致。

以某國(guó)控站點(diǎn)為例，如圖9所示，橫軸表示時(shí)間，縱軸表示污染物比值，其中PM表示PM2.5/PM10，SN表示SO2/NO2。PM在1月、3月及11月出現(xiàn)高峰，2月、8月出現(xiàn)次高峰；SN在1—6月比值較高，7—12月比值較低。說(shuō)明該監(jiān)測(cè)區(qū)域秋冬季節(jié)燃煤采暖過(guò)程中除產(chǎn)生大氣顆粒物外，同時(shí)排放的大量SO2等氣態(tài)污染物，更有助于二次PM2.5的生成。審計(jì)人員應(yīng)核實(shí)該監(jiān)測(cè)區(qū)域的環(huán)境空氣治理目標(biāo)是否與火電、燃煤等有關(guān)。

圖9 污染物比例關(guān)系時(shí)間趨勢(shì)

（七）檢查運(yùn)維機(jī)構(gòu)對(duì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)日常維護(hù)的文件記錄

審計(jì)人員可調(diào)閱監(jiān)測(cè)站點(diǎn)日常維護(hù)與巡檢的記錄，檢查空氣監(jiān)測(cè)子站巡檢記錄表、儀器運(yùn)行檢查/校準(zhǔn)記錄表、儀器精密度/準(zhǔn)確度審核記錄等記錄表是否符合國(guó)家規(guī)定的要求。檢查運(yùn)維人員是否接受過(guò)技術(shù)能力培訓(xùn)，并通過(guò)了中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站組織的考核。檢查儀器精密度/準(zhǔn)確度審核人員是否與儀器日常操作維護(hù)人員權(quán)限分離。

四、總結(jié)

生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)是生態(tài)環(huán)境治理的保障，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量是生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的核心。本文以環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)為例，利用大數(shù)據(jù)可視化分析技術(shù)，從數(shù)據(jù)連續(xù)性、完整性、可比性、一致性、相關(guān)性等多個(gè)角度，探討了環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)的審計(jì)方法及可行性，防范自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，全面提升監(jiān)測(cè)質(zhì)量。