鄭梅彬

（廈門物之聯(lián)智能科技有限公司，福建 廈門 361000）

自20世紀(jì)以來，土地退化、森林銳減、環(huán)境污染、大量珍稀生物滅絕、氣候變暖以及水資源枯竭等各種問題越來越嚴(yán)重，并且這些問題有著時間跨度較長、涉及部門較多、驅(qū)動因素復(fù)雜等各種特征，解決與處理難度十分高。例如2015中國氣候公報統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在2015年一整年時間中，我國總計出現(xiàn)11次高強(qiáng)度的霧霾，有著時間長、強(qiáng)霧與重霾結(jié)合的特征[1]。雖然環(huán)境管理部門積極落實環(huán)境監(jiān)測以及治理等各項工作，結(jié)合環(huán)境監(jiān)測，從源頭管理污染問題，但是由于監(jiān)測范圍廣泛、過程復(fù)雜，這也使得過往監(jiān)測工作取得的效果并不明顯。而現(xiàn)今，隨著大數(shù)據(jù)時代全面到來，生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)給環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)帶來了全新的機(jī)遇，依托大數(shù)據(jù)來全面收集與生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域有關(guān)的信息數(shù)據(jù)，持續(xù)化地掌握環(huán)境污染情況以及環(huán)境實際污染情況，能夠讓監(jiān)測質(zhì)量持續(xù)增加。以下就針對大數(shù)據(jù)在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的使用進(jìn)行分析。

1 簡述大數(shù)據(jù)的概念與生態(tài)大數(shù)據(jù)特點(diǎn)

1.1 概念

大數(shù)據(jù)屬于一種規(guī)模過于龐大，在展開數(shù)據(jù)存儲、獲取、管理以及分析等各個方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)數(shù)據(jù)工具能力范圍的數(shù)據(jù)集合。大數(shù)據(jù)之父維克托邁爾舍恩伯格教授將大數(shù)據(jù)表述為不用進(jìn)行隨機(jī)分析（如抽樣檢查）的捷徑，采取所有數(shù)據(jù)展開處理與分析即為大數(shù)據(jù)[2]。從經(jīng)濟(jì)角度而言，大數(shù)據(jù)的信息大小以及復(fù)雜程度已經(jīng)難以利用各種普通數(shù)據(jù)進(jìn)行描述，無論是在管理中還是在預(yù)算中都可以成為大數(shù)據(jù)。與大數(shù)據(jù)相關(guān)的處理技術(shù)主要包含大數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)采集、挖掘、分析以及存儲、大數(shù)據(jù)安全、可視化等，涉及的領(lǐng)域較多，例如分析工具，就涉及非結(jié)構(gòu)化的處理數(shù)據(jù)、分析平臺等。

1.2 特點(diǎn)

生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)一個重要類別，具備五個重要特點(diǎn)，即數(shù)量大、價值大、種類多、準(zhǔn)確性高、時效快[2]。具體表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）從數(shù)據(jù)類型以及規(guī)模等情況來看，生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)類型十分多、數(shù)據(jù)體量較大、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，從內(nèi)容上涉及土、水、氣層等數(shù)據(jù)；結(jié)合地域情況而言，包括土壤、海洋、大氣、森林、植被以及濕地等各種生態(tài)數(shù)據(jù)，這些因素組合而成使得生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)有著多樣性特征。

（2）從數(shù)據(jù)價值進(jìn)行分析，生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)有著巨大的潛在使用價值，如何從大量的數(shù)據(jù)當(dāng)中掌握和挖掘最有價值的信息是生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)所面臨的較大挑戰(zhàn)。

（3）從數(shù)據(jù)動態(tài)化改變層面來講，因為生態(tài)系統(tǒng)功能與自己結(jié)構(gòu)有著動態(tài)改變的現(xiàn)象，這也使得生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)具備實時特征，連續(xù)、長期監(jiān)測十分關(guān)鍵。

（4）從數(shù)據(jù)真實性層面進(jìn)行分析，受到野外條件的約束與限制，環(huán)境大數(shù)據(jù)會有一定的誤差，甚至可能會出現(xiàn)錯誤的數(shù)據(jù)，為此從海量數(shù)據(jù)當(dāng)中獲取真實數(shù)據(jù)信息是大數(shù)據(jù)應(yīng)用的重要挑戰(zhàn)。此外，除了上述的各種特征之外，生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)與其他領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)相對比，還有部門較為分散、數(shù)據(jù)源十分復(fù)雜、監(jiān)測體系不夠集中、跨越時間較久等特征。

2 大數(shù)據(jù)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

大數(shù)據(jù)作為一種新型，有著較高使用價值的技術(shù)，其在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的使用主要從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)模塊轉(zhuǎn)換、環(huán)境監(jiān)測體系以及預(yù)警系統(tǒng)等幾個方面開展。以下就結(jié)合具體監(jiān)測案例對其展開分析與研究。

2.1 環(huán)境大數(shù)據(jù)的采集類別與分析

環(huán)境大數(shù)據(jù)的具體采集類別分為兩種，一種數(shù)據(jù)是環(huán)境監(jiān)測部門所采集到的各種數(shù)據(jù)，這一種數(shù)據(jù)時間跨度相對較大，大多數(shù)都為環(huán)境污染有關(guān)的各種數(shù)據(jù)，或者針對生態(tài)環(huán)境展開集中監(jiān)測之后獲取到的數(shù)據(jù)[3]。第二種為外部各種因素對于環(huán)境產(chǎn)生影響的數(shù)據(jù)，這一類數(shù)據(jù)可能會受到外界環(huán)境的限制，需要展開動態(tài)化的挖掘，并且這一類數(shù)據(jù)會隨之時間推移發(fā)生改變，因此需要不斷強(qiáng)化實時監(jiān)控力度。

2.2 環(huán)境大數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換模塊

大數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換模塊是一種相對較為常見的數(shù)據(jù)集成手段。由于互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)歷了較長的發(fā)展時間，在這一時間跨度當(dāng)中，互聯(lián)網(wǎng)的編碼形式也出現(xiàn)極大地改變，但是在采取大數(shù)據(jù)技術(shù)來全面采集數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)類型、格式等并沒有被作出嚴(yán)格的限制或者指定明確標(biāo)準(zhǔn)，因為不限制格式或者類型，可以讓數(shù)據(jù)收集有著全面性的優(yōu)勢，不過有可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)多樣、復(fù)雜的情況。所以必須針對此類數(shù)據(jù)展開統(tǒng)一的轉(zhuǎn)換處理，即數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，將其全面統(tǒng)一成為現(xiàn)代被普遍利用的格式或者數(shù)據(jù)類型。雖然轉(zhuǎn)換過程較為復(fù)雜，但是可以為日后使用提供巨大的便利。

2.3 建立新型生態(tài)環(huán)境監(jiān)測體系

因為環(huán)境污染情況越來越嚴(yán)重，在開展環(huán)境監(jiān)測以及保護(hù)中，需要持續(xù)地完善監(jiān)測技術(shù)，構(gòu)建一個功能健全的監(jiān)測系統(tǒng)，利用檢測系統(tǒng)來掌握污染物的具體情況，幫助有關(guān)部門從根源上將污染問題解決。檢測系統(tǒng)的建設(shè)需要從三個方面開展，如圖1所示[4]。

圖1 生態(tài)環(huán)境監(jiān)測具體功能

2.3.1 需要豐富檢測方式，進(jìn)行立體感知

需要從過往的“地面檢測”逐漸朝向“天、地”等方面轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)一體化的監(jiān)測。并從點(diǎn)、面、線多角度針對環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行判斷，強(qiáng)化監(jiān)測布局的靈活多變性，將固定點(diǎn)位監(jiān)測當(dāng)作重點(diǎn)，向動態(tài)點(diǎn)位進(jìn)行轉(zhuǎn)變。同時需要將需求當(dāng)作遷移，合理增設(shè)監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)，豐富檢測方法，結(jié)合不同監(jiān)測場景應(yīng)對環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)的要求。引入更多的監(jiān)測設(shè)施與手段，以此來改變過往單純依靠定量檢測的形式，將其轉(zhuǎn)變成為定性、定量、半定量有機(jī)結(jié)合的方式，提升對環(huán)境變化的敏感度。

2.3.2 深度挖掘監(jiān)測數(shù)據(jù)，強(qiáng)化數(shù)據(jù)使用力度

需要充分利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)來不斷豐富環(huán)境數(shù)據(jù)源，推動不同數(shù)據(jù)之間進(jìn)行互相補(bǔ)充、互相印證，避免數(shù)據(jù)出現(xiàn)不全、不真、不準(zhǔn)、價值較低等問題。同時，監(jiān)測人員要強(qiáng)化融合分析力度，全面釋放數(shù)據(jù)具備的價值，將各種數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合，把生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀與治療措施、污染源排放、社會各項經(jīng)濟(jì)活動、社會各界輿論感受等結(jié)合，實施究根溯源、評估治療成效、精細(xì)化管理以及針對性、科學(xué)治污等各項工作。

2.3.3 創(chuàng)建環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測業(yè)務(wù)，展開智慧使用，精準(zhǔn)推送

合理利用智能化的檢索技術(shù)，實現(xiàn)精準(zhǔn)、高效的查詢；科學(xué)使用智能語音以及虛擬技術(shù)等，優(yōu)化環(huán)境監(jiān)測信息展示方式以及交互模式，讓管理人員與社會各界的信息需求得到滿足。同時，充分結(jié)合研究要求，合理使用智能編寫技術(shù)，生成相應(yīng)報告提升工作人員工作效率；依托語音識別以及智能匹配等各種技術(shù)，為各種用戶定期、定時推動環(huán)境監(jiān)測報告與信息，將過往的“人找數(shù)”，轉(zhuǎn)變成為“數(shù)找人”，為有關(guān)人員可以掌握最新環(huán)境數(shù)據(jù)信息提供極大便利[5]。

2.3.4 大數(shù)據(jù)預(yù)警框架分析

將環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)充分與現(xiàn)代化的物聯(lián)網(wǎng)平臺相結(jié)合，通過挖掘監(jiān)測數(shù)據(jù)，并結(jié)合未來的環(huán)境預(yù)測數(shù)據(jù)，針對性地分析環(huán)境污染情況以及分布，并將分布特征使用可視化的方式展開預(yù)測，可以為環(huán)境治理提供一個重要保障，避免出現(xiàn)環(huán)境污染情況。一般情況下大數(shù)據(jù)預(yù)警框架主要包括四個部分，即風(fēng)險知識、警情發(fā)布和通訊、監(jiān)測和警報服務(wù)、響應(yīng)能力等，如圖2所示。風(fēng)險知識可以不斷地評估環(huán)境系統(tǒng)風(fēng)險，明確風(fēng)險類別并積極展開自主的學(xué)習(xí)；監(jiān)測與預(yù)警兩者有著相互協(xié)調(diào)的特征，通過監(jiān)測可以將區(qū)域環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行反映，對區(qū)域重點(diǎn)污染物以及污染源展開自動監(jiān)測以及人工捕捉，之后預(yù)警功能結(jié)合各種數(shù)據(jù)展開環(huán)境風(fēng)險事件發(fā)展預(yù)測，以及風(fēng)險事件的處理方案評估，發(fā)布通訊以及響應(yīng)能力，主要就是確保警報可以全面、及時精準(zhǔn)地向有關(guān)單位進(jìn)行傳達(dá)。例如：在2014年11月份為確保在APEC會議時期北京空氣質(zhì)量，京津冀以及周圍區(qū)域結(jié)合預(yù)警系統(tǒng)實施“空氣保衛(wèi)戰(zhàn)”，在“綠色地平線”大數(shù)據(jù)平臺系統(tǒng)的全面支撐下，在統(tǒng)一調(diào)度以及全面預(yù)測下，實現(xiàn)區(qū)域環(huán)境污染問題的聯(lián)防管控，最終大幅度地減少了區(qū)域大氣污染物實際排放量。

圖2 環(huán)境檢測預(yù)警框架

3 大數(shù)據(jù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的優(yōu)勢

3.1 提高生態(tài)環(huán)境預(yù)警水平

通過生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)，在整個區(qū)域當(dāng)中可以清晰地掌握到污染的來源，明確污染物的實際情況，以此來不斷提升預(yù)警質(zhì)量與水平，為后期工作開展提供重要的助力[6]。一是可以采用大數(shù)據(jù)技術(shù)來全面分析生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，挖掘降水?dāng)?shù)據(jù)以及電磁輻射數(shù)據(jù)等，進(jìn)一步掌握影響區(qū)域環(huán)境的因素。二是積極地分析污染源區(qū)域當(dāng)中污染物排放數(shù)據(jù)，強(qiáng)化對各種廢物、污染物的監(jiān)測，可以有效地改進(jìn)污染物費(fèi)用征收方式以及標(biāo)準(zhǔn)，提升在線監(jiān)督與管理目標(biāo)。三是合理分析區(qū)域居民日常生活所產(chǎn)生的垃圾，及水資源實際使用量和地理信息等，利用圖像或者數(shù)據(jù)庫的方式進(jìn)行展示，可以精準(zhǔn)掌握區(qū)域內(nèi)存在污染超標(biāo)的情況。此外，在環(huán)境預(yù)警系統(tǒng)當(dāng)中全面引入監(jiān)管業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、環(huán)境移動檢查執(zhí)法數(shù)據(jù)、在線污染物監(jiān)控數(shù)據(jù)、水質(zhì)以及大氣數(shù)據(jù)等，可以最大化地發(fā)揮不同環(huán)節(jié)監(jiān)測數(shù)據(jù)的價值，解決“信息孤島”問題，讓預(yù)警水平能夠持續(xù)增強(qiáng)。

3.2 達(dá)到科學(xué)合理的決策

大數(shù)據(jù)在針對具體問題展開分析以及評估上，有著較高的便捷和時效性、針對性以及精準(zhǔn)性特征，如圖3所示。對于相關(guān)環(huán)境監(jiān)測部門而言，雖然現(xiàn)階段對于較為龐大的數(shù)據(jù)信息使用與管理難度較高，人工展開數(shù)據(jù)挖掘和分析仍舊是當(dāng)前最主要的表現(xiàn)。但是在大數(shù)據(jù)技術(shù)持續(xù)進(jìn)步以及發(fā)展下，對于數(shù)據(jù)處理將會更加程序化與系統(tǒng)化，這不僅會對環(huán)境監(jiān)測工作開展以及治理工作開展提供重要的幫助，對于各種與環(huán)境保護(hù)有關(guān)的重大決策也有著十分重要的幫助[7]。在合理使用大數(shù)據(jù)技術(shù)過程中，通過推動數(shù)據(jù)資源的不斷整合，綜合使用環(huán)保、氣象、交通等各個部門所獲取的與環(huán)境相關(guān)的數(shù)據(jù)，可以做到環(huán)境污染控制的精細(xì)化、日?；?，真正實現(xiàn)“數(shù)據(jù)驅(qū)動”這一目的，增強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測以及管理決策的合理性。此外，在環(huán)境監(jiān)測的基礎(chǔ)上強(qiáng)化對互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)上公眾輿情的管理力度，通過收集社會各界各種環(huán)境建設(shè)項目認(rèn)同感以及對于污染物處理效果的滿意度，自動抓取互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中的信息，展開專題聚集，不僅可以為政府部門輿情管理提供分析報告，還可為環(huán)境管理決策提供更多意見指導(dǎo)以及數(shù)據(jù)支撐。

圖3 生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢

3.3 提高總體監(jiān)測服務(wù)水平

全面獲取生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，具備的作用主要表現(xiàn)在3個層面。一是通過積極地開放監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以讓群眾獲取更多精準(zhǔn)的環(huán)境監(jiān)測信息，助推環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的全面推廣，為環(huán)境監(jiān)測工作高質(zhì)量落實提供重要的群眾基礎(chǔ)，讓檢測水平有效、持續(xù)增強(qiáng)。二是將大數(shù)據(jù)技術(shù)與環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的技術(shù)規(guī)范、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，可以為環(huán)境監(jiān)測提供幫助，提升總體監(jiān)測服務(wù)水平[8]。例如：結(jié)合監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)范制度，構(gòu)建大數(shù)據(jù)模型，可以讓監(jiān)測智能化程度更高。

4 結(jié)語

綜上所述，大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠處理各種類型、各種來源、不同尺度的數(shù)據(jù)，在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域有著較高的應(yīng)用價值，依托生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)來助推環(huán)境監(jiān)測與保護(hù)工作開展是監(jiān)測部門面對新形勢的必然選擇，也是保證環(huán)境管理高質(zhì)量開展的重要支撐。為此，必須積極探索大數(shù)據(jù)技術(shù)全方位應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的方式，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)來全面分析各種復(fù)雜的環(huán)境要素以及污染數(shù)據(jù)，建設(shè)細(xì)致、優(yōu)異的環(huán)境監(jiān)測體系，明確預(yù)警架構(gòu)，集中整合不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)來助推環(huán)境監(jiān)測工作高質(zhì)量、持續(xù)化地開展，這也是今后需要相關(guān)研究人員重點(diǎn)探索的方向。