大數(shù)據(jù)技術(shù)在霧霾治理中的應(yīng)用

康春婷　李衛(wèi)東

摘要：近年來，隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境破壞越來越嚴(yán)重，自2013年以來，我國多個城市飽受霧霾侵襲，居民的健康和生活受到了很大的影響。2015年8月19日，國務(wù)院發(fā)布了《促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》，自此大數(shù)據(jù)被提升為國家發(fā)展戰(zhàn)略。大數(shù)據(jù)時代的來臨，不僅為我國社會經(jīng)濟發(fā)展帶來了新的契機，也為霧霾天氣的治理提供了新的技術(shù)手段。本文通過對大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的簡單介紹，進而提出應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)治理霧霾的建議。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)技術(shù) 霧霾 監(jiān)測 預(yù)測

一、引言

近年來霧霾的高頻發(fā)生及其帶來的危害使得它成為了我國城市發(fā)展過程中不可忽略的問題。霧霾污染已經(jīng)成為嚴(yán)重的環(huán)境污染問題和公眾關(guān)注的焦點問題。霧霾治理需要從多方面入手，其中當(dāng)今興起的大數(shù)據(jù)技術(shù)可提供幫助，為有效治理霧霾提供支持。

二、大數(shù)據(jù)處理技術(shù)

大數(shù)據(jù)指的是具有容量大、類型多、存取速度快、應(yīng)用價值高等特征的數(shù)據(jù)集合，大數(shù)據(jù)處理技術(shù)主要包括對大數(shù)據(jù)的采集、整合、挖掘分析、可視化分析以及預(yù)測分析。

（一）數(shù)據(jù)采集

大數(shù)據(jù)采集方法包括：系統(tǒng)日志采集方法、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集方法（對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的采集）以及其他的數(shù)據(jù)采集方法。系統(tǒng)日志采集方法主要采用Chukwa，F(xiàn)lume，Scribe等數(shù)據(jù)采集工具；網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集方法主要采集的是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，并以結(jié)構(gòu)化的方式將其存儲起來。主要通過網(wǎng)站公開API或者網(wǎng)絡(luò)爬蟲等方法從網(wǎng)站上采集數(shù)據(jù)；其他數(shù)據(jù)采集方法主要是對具有高保密性要求的數(shù)據(jù)的采集，如學(xué)科研究數(shù)據(jù)、企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)據(jù)等，需要通過與企業(yè)或研究機構(gòu)合作而獲得。

（二）數(shù)據(jù)整合

大數(shù)據(jù)整合是指對收集來的原始數(shù)據(jù)進行清洗、裁剪，為數(shù)據(jù)分析打好基礎(chǔ)，通過多樣化數(shù)據(jù)共享使得數(shù)據(jù)分析可以更方便地進行。

（三）數(shù)據(jù)挖掘分析

大數(shù)據(jù)挖掘主要是從大量的、看似沒有規(guī)律的數(shù)據(jù)中，挖掘出隱藏其中的、不容易發(fā)現(xiàn)的知識和信息。

（四）數(shù)據(jù)可視化分析

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)是指對各類型數(shù)據(jù)通過一定的方式顯示出來，可視化并不是普通的圖型，而是包含大量的數(shù)據(jù)信息卻可以很容易地被理解和閱讀的復(fù)雜圖表。

（五）預(yù)測分析

預(yù)測分析是一種可以用來預(yù)測結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)未來結(jié)果的數(shù)據(jù)挖掘算法和技術(shù)。目前比較流行的預(yù)測分析工具有SPSS、Stata、SAS等，這些分析工具學(xué)起來比較簡單，分析結(jié)果清晰、直觀。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)的硬件和軟件解決方案日趨成熟，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用范圍也在逐步擴張，隨處可見應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)來收集數(shù)據(jù)、構(gòu)建模型，并作出預(yù)測。

三、大數(shù)據(jù)技術(shù)在霧霾治理中的應(yīng)用

大數(shù)據(jù)技術(shù)在具體的應(yīng)用方面，可以通過對相關(guān)數(shù)據(jù)的收集、處理、挖掘，為國家、企業(yè)和個人提供有利的信息和服務(wù)。將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于霧霾治理，將有助于提高霧霾治理的效率。通過大數(shù)據(jù)手段，可以對霧霾情況進行監(jiān)控、預(yù)測，以終為始的來看影響霧霾的因素，對霧霾成因追本溯源。對不同成因進行細化分析，利用經(jīng)濟手段、技術(shù)手段、市場競爭手段對造成霧霾的成因進行調(diào)解，從而促進經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，加快科學(xué)技術(shù)進步，以提升人民生活質(zhì)量，減少城市霧霾現(xiàn)象的發(fā)生。

利用大數(shù)據(jù)治理霧霾主要可以通過以下六個方面來進行。

（一）利用大數(shù)據(jù)監(jiān)測，打擊違法違規(guī)行為

大數(shù)據(jù)監(jiān)測主要是通過建立完整的空氣質(zhì)量監(jiān)測體系，整合交通、工商、質(zhì)監(jiān)等有關(guān)部門關(guān)于污染源企業(yè)的信息，并結(jié)合社會公眾舉報的信息，再運用一定的分析方法將這些數(shù)據(jù)進行智能分析和建模，找出霧霾污染的關(guān)鍵點，據(jù)此提出一些霧霾污染治理的有效措施。

目前，我國的空氣質(zhì)量監(jiān)測體系已經(jīng)初步形成，但還有較大的完善空間。一般來說，空氣質(zhì)量監(jiān)測體系可從多個維度來監(jiān)測空氣污染狀況，從而可以對整個社會的空氣質(zhì)量有個透徹的認(rèn)識，開發(fā)出更多的有助于霧霾污染治理的措施，使得霧霾污染治理更加高效。主要的應(yīng)用包括以下三個方面。

1、從污染物排放的角度出發(fā)，利用大數(shù)據(jù)測量各地區(qū)污染物排放總量，進而制定霧霾治理的策略。以空氣污染物排放的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計算出各個地區(qū)的污染源企業(yè)污染物的排放總量，形成全國污染物排放分布圖。并根據(jù)各個地區(qū)總體的環(huán)境容量數(shù)據(jù)，估算我國各地區(qū)的空氣質(zhì)量的控制目標(biāo)，制定適合各個地區(qū)的空氣污染物排放策略。

2、從行業(yè)的角度出發(fā)，制定各個行業(yè)的空氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。以海量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和空氣污染物排放數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，按照企業(yè)所屬的行業(yè)進行分類，估算各個行業(yè)的空氣污染物排放的合理范圍。針對各行業(yè)排放的合理范圍，制度各行業(yè)的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

3、從單個企業(yè)的角度出發(fā)，對違法違規(guī)行為進行治理。以各個污染源企業(yè)各自的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和空氣污染物排放數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計算各個污染源企業(yè)各自的平均排放水平，對比污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，判斷各污染源企業(yè)是否存在污染物監(jiān)測設(shè)備異常，或者偷排、漏排的情況，并針對具體情況，對存在異常排放情況的企業(yè)進行法律法規(guī)范圍內(nèi)的治理。

（二）利用大數(shù)據(jù)預(yù)測，有針對性地治理霧霾

利用大數(shù)據(jù)可以對未來一段時間內(nèi)的空氣質(zhì)量進行較為準(zhǔn)確的預(yù)測。大數(shù)據(jù)分析預(yù)測是將大氣中污染物的運動速度、成分等不斷地疊加到污染物排放曲線上，根據(jù)污染物排放曲線的疊加結(jié)果，預(yù)測出未來幾天內(nèi)的空氣質(zhì)量，能夠較為準(zhǔn)確地識別出未來一段時間內(nèi)可能出現(xiàn)的重度污染天氣。并且利用大數(shù)據(jù)分析能夠判斷出哪種污染物為最重要的污染來源，進一步的，還能判斷該污染物主要來自什么行業(yè)，針對該主要污染來源，提出最有效的防治措施在重度污染天氣出現(xiàn)之前，減少主要污染物的排放，逐漸緩解空氣污染，有效阻止重度污染天氣的到來。如污染物主要來自運輸行業(yè)，可以暫時改變機動車的限行政策，以減少尾氣排放；如污染物主要來自鋼鐵工業(yè)，可強制附件鋼鐵廠休工幾天，或關(guān)停超出排放標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)。

（三）利用大數(shù)據(jù)提供的交通信息，智能出行，減少環(huán)境壓力

文獻研究表明，汽車尾氣排放是霧霾污染的重要來源之一。在大城市的通勤高峰時期，由于行駛車輛的增加和擁堵所造成的汽車尾氣的排放量是非常巨大的，因為交通需求是不可避免的，所以只能通過緩解交通擁堵問題來減少車輛的尾氣排放。大數(shù)據(jù)可以提供實時的交通信息，居民可以通過互聯(lián)網(wǎng)獲取這一信息，選擇智能出行，及時躲避擁堵。大數(shù)據(jù)還可以通過對每一條道路歷史的車速、流量和排放進行估計，通過機器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘，預(yù)測每一條道路未來某一時刻的車速、流量和排放量，不僅可以為居民出行選擇提供參考，也可以為相關(guān)部門治理交通擁堵和環(huán)境污染問題提供參考，比如優(yōu)化城市路網(wǎng)，建立潮汐車道，調(diào)整限行政策等等，更進一步的，可以將限行政策具體到某一條路線或者某個區(qū)域。

（四）利用大數(shù)據(jù)進行多元共治

對于霧霾的治理，僅僅依靠政府部門是不夠的，還要爭取企業(yè)和公民的共同努力，建構(gòu)政府、企業(yè)和公民多元共治的治理模式。政府部門應(yīng)該摒棄“以自我為中心”的行政管理思維，通過電子平臺，收集民意訴求信息和治理建議，為空氣質(zhì)量監(jiān)測和霧霾治理決策提供可靠的信息基礎(chǔ)。企業(yè)則可以利用大數(shù)據(jù)監(jiān)測自身的污染排放情況，看是否達到排放標(biāo)準(zhǔn)，如果沒有達到可以及時發(fā)現(xiàn)進而采取相關(guān)的環(huán)保措施。公民可以通過移動的空氣質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備，及時為相關(guān)政府部門提供污染證據(jù)，以利于政府部門對污染事件的及時處理。

（五）激活企業(yè)治理霧霾的積極性

若僅僅只是對空氣污染物的排放進行監(jiān)控分析，企業(yè)主動開展治污工作的積極性并不會很高。但是如果能夠把大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用到企業(yè)的生產(chǎn)過程中，將會使企業(yè)的生產(chǎn)工藝得到優(yōu)化、技術(shù)得到升級，促進企業(yè)經(jīng)濟效益的提升，進而使得污染物的源頭得到控制。在這過程中，企業(yè)不僅效益得到了提升，污染物的排放也得到了控制，這將會大大提高企業(yè)治理霧霾工作的積極性。

而將大數(shù)據(jù)應(yīng)用于企業(yè)的生產(chǎn)過程中，關(guān)鍵是要將污染物排放的數(shù)據(jù)與生產(chǎn)經(jīng)營環(huán)節(jié)緊密結(jié)合。對污染物排放數(shù)據(jù)進行整理分析，可以挖掘出在各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的污染物排放量。針對生產(chǎn)所需的原材料進行分析，分析污染物排放與原材料結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，優(yōu)化原材料的結(jié)構(gòu)；針對生產(chǎn)工藝進行分析，分析污染物排放與各參數(shù)之間的關(guān)系，以調(diào)整工藝參數(shù)；針對各種產(chǎn)品進行分析，找出污染物排放量較大的產(chǎn)品，進行改良。

（六）提高公眾的環(huán)境保護意識

將收集到的與空氣質(zhì)量相關(guān)的數(shù)據(jù)進行可視化處理，以圖表、地圖、視頻等方式呈現(xiàn)，可以為不同層面的公眾提供空氣質(zhì)量信息，增進公眾對于空氣污染問題的感知深度，進而提高公眾的環(huán)境保護意識，激發(fā)公眾的環(huán)保熱情。

大數(shù)據(jù)能夠改變社會治理的思維方式，將成為提高霧霾污染治理能力的一個有效手段。把大數(shù)據(jù)引入霧霾治理，有助于政府、企業(yè)和公眾對空氣質(zhì)量的透徹認(rèn)識，增強污染治理的積極性以及及時采取有效措施來應(yīng)對霧霾污染問題。

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〔本文系北京市社會科學(xué)基金項目“基于大數(shù)據(jù)的北京市霧霾形成機理與綜合治理對策研究”（項目編號：B15HZ00220）階段性成果〕

（康春婷，北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院研究生。李衛(wèi)東，北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院副教授）