健康中國背景下大數(shù)據(jù)助推大氣質(zhì)量改善

文 茆京來 馮濤

《生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)建設(shè)總體方案》明確要求提高對大氣等多種環(huán)境要素及各種污染源全面感知和實(shí)時(shí)監(jiān)控的能力。經(jīng)過近幾年的發(fā)展，大數(shù)據(jù)在推動(dòng)大氣環(huán)境精準(zhǔn)管理方面起到了重要作用，也取得了喜人成效。

人民健康是民族昌盛和國家富強(qiáng)的重要標(biāo)志，是群眾基本訴求，也是各級政府最基本的民生工作。沒有全民健康就沒有全面小康，在全面小康建成的關(guān)鍵階段，全民健康問題就顯得尤為重要。環(huán)境是人類賴以生存的基礎(chǔ)，現(xiàn)有研究表明，人體健康水平與環(huán)境污染存在顯著關(guān)聯(lián)性。2019年7月15日，國務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于實(shí)施健康中國行動(dòng)的意見》中，再次強(qiáng)調(diào)生態(tài)環(huán)境對健康中國建設(shè)的重要性，要求深入開展大氣、水、土壤污染防治，采取有效措施預(yù)防控制環(huán)境污染相關(guān)疾病。

多年來，生態(tài)環(huán)境部（原環(huán)境保護(hù)部）一直重視大氣環(huán)境管理，2016年印發(fā)的《生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)建設(shè)總體方案》明確要求提高對大氣等多種環(huán)境要素及各種污染源全面感知和實(shí)時(shí)監(jiān)控的能力。經(jīng)過近幾年的發(fā)展，大數(shù)據(jù)在推動(dòng)大氣環(huán)境精準(zhǔn)管理方面起到了重要作用，也取得了喜人成效。

大數(shù)據(jù)在大氣環(huán)境治理中的應(yīng)用實(shí)踐

實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境綜合決策科學(xué)化

提升大氣環(huán)境綜合決策科學(xué)化水平，必須將大氣環(huán)境數(shù)據(jù)作為支撐大氣環(huán)境管理科學(xué)決策的重要依據(jù)，實(shí)現(xiàn)“用數(shù)據(jù)決策”。對大氣環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析和綜合研判，提升大氣環(huán)境政策措施制定的水平。

過去無法科學(xué)解釋大氣重污染的成因和來源，是因?yàn)榇髿饩唧w動(dòng)態(tài)循環(huán)的特征，會(huì)隨著地理?xiàng)l件、氣象條件、環(huán)境排放等多種復(fù)雜因素產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變化，而大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，可以通過數(shù)據(jù)分析揭示出復(fù)雜因素的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。2017年，國務(wù)院決定開展大氣重污染成因和治理攻關(guān)項(xiàng)目，定量化、精細(xì)化弄清京津冀及周邊地區(qū)大氣重污染的成因和來源，并形成整體系統(tǒng)的科學(xué)認(rèn)知。在這一過程中，大數(shù)據(jù)起到了決定性作用，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)根據(jù)研究難點(diǎn)先后建立了“一網(wǎng)三平臺(tái)”，即天—地—空一體化綜合立體觀測網(wǎng)、大氣污染防治綜合決策支持技術(shù)平臺(tái)、重污染天氣聯(lián)合應(yīng)對技術(shù)平臺(tái)和數(shù)據(jù)采集與共享平臺(tái)。

其中，天—地—空一體化綜合立體觀測網(wǎng)是核心，觀測網(wǎng)的組成包括中國環(huán)境監(jiān)測總站的22個(gè)區(qū)域站、2個(gè)背景站、38個(gè)成分站；中國科學(xué)院的15個(gè)CERN站、4套走航觀測設(shè)備、衛(wèi)星遙感、16臺(tái)Max-DOAS和16臺(tái)LIDAR立體觀測設(shè)備；中國氣象局的氣象觀測網(wǎng)和成分站以及多家高校和科研機(jī)構(gòu)的4個(gè)超級觀測站等。經(jīng)過近兩年的集中攻關(guān)，目前已集成數(shù)據(jù)及文件22種，數(shù)據(jù)量982萬條、文件162G，基本理清了京津冀及周邊地區(qū)大氣重污染的成因和來源。對于京津冀及周邊地區(qū)大氣重污染來說，遠(yuǎn)超環(huán)境承載力的污染排放強(qiáng)度是大氣重污染形成的主因，不利氣象條件造成污染快速累積是誘因，大氣氧化驅(qū)動(dòng)的二次轉(zhuǎn)化是污染累積過程中顆粒物爆發(fā)式增長的動(dòng)力；來源主要是工業(yè)、燃煤、機(jī)動(dòng)車和揚(yáng)塵；PM2.5主要組分是硝酸鹽、硫酸鹽、銨鹽和有機(jī)物。據(jù)此，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)編制了高時(shí)空分辨率的區(qū)域和“2+26”城市精細(xì)化大氣污染源排放清單，研究方式也被總結(jié)成可復(fù)制推廣的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用在雄安新區(qū)、長江經(jīng)濟(jì)帶、汾渭平原和成渝等地區(qū)。

重慶大氣環(huán)境大數(shù)據(jù)指揮調(diào)度大屏子系統(tǒng)

通過科學(xué)指導(dǎo)與精準(zhǔn)施策，京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市2017年、2018年P(guān)M2.5濃度和重污染天數(shù)的下降幅度顯著高于2016年。與2016年相比，2017年“2+26”城市PM2.5年均濃度降幅為8.2%，出現(xiàn)重度及以上污染天數(shù)減少了24.3%；2018年“2+26”城市PM2.5年均濃度降幅為19.2%，出現(xiàn)重度及以上污染天數(shù)減少了45.3%。

實(shí)現(xiàn)區(qū)域大氣環(huán)境監(jiān)管精準(zhǔn)化

提升區(qū)域大氣環(huán)境監(jiān)管精準(zhǔn)化水平，必須充分運(yùn)用大數(shù)據(jù)提高環(huán)境監(jiān)管能力，健全事中事后監(jiān)管機(jī)制，實(shí)現(xiàn)“用數(shù)據(jù)管理”。利用大數(shù)據(jù)支撐法治、信用、社會(huì)等監(jiān)管手段，提高大氣環(huán)境監(jiān)管的主動(dòng)性、準(zhǔn)確性和有效性。目前，全國多地都在本區(qū)域大氣環(huán)境日常監(jiān)管中進(jìn)行大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用。

以重慶市大氣環(huán)境管理系統(tǒng)為例，系統(tǒng)圍繞國家“氣十條”及全市大氣污染防治目標(biāo)任務(wù)要求，以大氣質(zhì)量改善為核心，按照“目標(biāo)—現(xiàn)狀問題—措施—成效”工作路線圖為主線開展建設(shè)。首先，采用多源異構(gòu)知識(shí)提取技術(shù)，匯集17個(gè)國控站點(diǎn)、54個(gè)市控站點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)融合氣象、污染源排放、揚(yáng)塵在線監(jiān)測、處罰、投訴等直接數(shù)據(jù)，以及執(zhí)法審批、治理措施、市政交通等間接數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)清理、整合、加工、入庫，為大氣環(huán)境綜合分析和共享應(yīng)用提供豐富數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，形成空氣質(zhì)量基礎(chǔ)信息庫，并以GIS地圖直觀反映當(dāng)前及歷史A0I變化趨勢，構(gòu)建藍(lán)天日歷。其次，利用衛(wèi)星遙感影像、無人機(jī)航拍、視頻監(jiān)控、在線監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)爬蟲等技術(shù)手段，匯集空氣質(zhì)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、大氣污染源空間分布等多維數(shù)據(jù)，逐步形成全市涉氣污染一張圖，立體繪制大氣污染防治管理的“戰(zhàn)略地圖”。再次，開展大氣污染地圖時(shí)空大數(shù)據(jù)分析，通過污染貢獻(xiàn)分析、排名分析、同環(huán)比分析、譜化分析等數(shù)學(xué)算法，動(dòng)態(tài)研判預(yù)測大氣環(huán)境質(zhì)量發(fā)展趨勢，智能洞察并預(yù)警大氣環(huán)境質(zhì)量問題；利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)智能分析污染成因，通過污染源—環(huán)境質(zhì)量關(guān)聯(lián)分析提升精準(zhǔn)溯源能力，實(shí)時(shí)追溯大氣污染成因；結(jié)合氣象條件、污染時(shí)段、污染規(guī)律及“一點(diǎn)一隊(duì)一策”方案，提升精細(xì)分析能力，提出污染管控精量治理措施。最后，充分發(fā)揮移動(dòng)監(jiān)管的效能，通過指揮調(diào)度大屏端、監(jiān)督管理端、移動(dòng)巡查端的聯(lián)合應(yīng)用開展精準(zhǔn)管控，以短信、微信、APP等方式及時(shí)開展工作調(diào)度，有效預(yù)防大氣污染，提升大氣環(huán)境智能化監(jiān)管水平。

實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境數(shù)據(jù)公共服務(wù)便民化

隨著生活水平提高，公眾的健康需求和環(huán)境意識(shí)也日益增長，關(guān)注點(diǎn)已經(jīng)從天氣、溫度等氣象數(shù)據(jù)，拓展到空氣質(zhì)量等環(huán)境數(shù)據(jù)。大氣環(huán)境大數(shù)據(jù)在公共領(lǐng)域的應(yīng)用，能夠展現(xiàn)可視化的區(qū)域環(huán)境質(zhì)量，及其動(dòng)態(tài)變化過程。

一方面，在生態(tài)環(huán)境部官網(wǎng)上，對相關(guān)數(shù)據(jù)情況進(jìn)行了信息公開，公眾可以實(shí)時(shí)查看全國城市空氣質(zhì)量的多類監(jiān)測數(shù)據(jù)，完善了從感知環(huán)境到參與環(huán)境質(zhì)量改善的公眾參與過程。另一方面，墨跡天氣、蔚藍(lán)地圖等熱門應(yīng)用通過“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，將空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行社會(huì)化應(yīng)用，增進(jìn)公眾對于區(qū)域環(huán)境的感知深度，不僅為公眾提供了更便捷的信息查詢、出行指導(dǎo)，更提升公眾的環(huán)保參與度，增強(qiáng)了全社會(huì)對環(huán)境污染事件的監(jiān)管力度，緩解了政府機(jī)構(gòu)的監(jiān)管壓力。

大數(shù)據(jù)助推大氣環(huán)境精準(zhǔn)管理展望

當(dāng)前，國家已經(jīng)把大數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源，正在不斷加強(qiáng)數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，在推進(jìn)大氣環(huán)境精準(zhǔn)管理的過程中，大數(shù)據(jù)還應(yīng)繼續(xù)起到以下幾方面作用。

數(shù)據(jù)共享更“易”

要善于運(yùn)用空氣監(jiān)測、衛(wèi)星遙感影像、無人機(jī)航拍、視頻監(jiān)控、在線監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)爬蟲等多種技術(shù)手段掌握空氣質(zhì)量現(xiàn)狀，橫向打通氣象條件、地理信息、市政交通、揚(yáng)塵監(jiān)測及大氣污染源分布等數(shù)據(jù)，縱向融合國控站、省控站和區(qū)縣微站的監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)一步整合數(shù)據(jù)孤島，統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建數(shù)據(jù)匯集體系，實(shí)現(xiàn)數(shù)出一源，一數(shù)多用，使得政府、企業(yè)、科研院校和社會(huì)公眾共享數(shù)據(jù)更加便捷。

問題診斷更“準(zhǔn)”

要善于用數(shù)據(jù)推導(dǎo)問題，動(dòng)態(tài)開展污染成因分析，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)溯源。通過機(jī)器學(xué)習(xí)時(shí)空間維度的污染因子譜化特征，動(dòng)態(tài)建立污染因子特征譜與站點(diǎn)、時(shí)段間的相關(guān)性，開展站點(diǎn)、區(qū)域的污染成因分析，動(dòng)態(tài)追蹤潛在污染源，為溯源分析提供科學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)結(jié)合空氣質(zhì)量監(jiān)測站點(diǎn)1、3、5公里的污染源分布，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)溯源，有效開展精量治理。

政策制定更“優(yōu)”

要善于運(yùn)用大數(shù)據(jù)解決傳統(tǒng)管理中數(shù)據(jù)更新困難、問題分析耗時(shí)長、工作量大、措施針對性不強(qiáng)的問題，并對大數(shù)據(jù)分析成果進(jìn)行科學(xué)運(yùn)用。針對污染成因推出科學(xué)管控措施，實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境管理由經(jīng)驗(yàn)治污到精準(zhǔn)治污轉(zhuǎn)變。通過多維度、各側(cè)面的全面情況梳理，從全樣本分析中更便捷的找出問題、分析問題和解決問題，真正做到“用數(shù)據(jù)分析決策”“用數(shù)據(jù)調(diào)度”，提升大氣環(huán)境管理效率。

目標(biāo)導(dǎo)向更“明”

要善于尋找差距，生成問題清單。緊緊圍繞空氣質(zhì)量目標(biāo)，以不同區(qū)域、不同時(shí)段進(jìn)行優(yōu)良天數(shù)、AQI、PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3的排名，直觀細(xì)化反映空氣質(zhì)量改善情況，并從站點(diǎn)、區(qū)域兩個(gè)維度，進(jìn)行污染超標(biāo)實(shí)時(shí)告警，進(jìn)行多維度深入的監(jiān)測數(shù)據(jù)趨勢分析、排名分析、占比分析、對比分析、同環(huán)比分析，讓目標(biāo)導(dǎo)向更加明晰。

掛圖作戰(zhàn)更“清”

要善于疊加監(jiān)測布點(diǎn)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、污染源等多要素，立體繪制大氣污染防治管理的“戰(zhàn)略地圖”，實(shí)現(xiàn)污染源動(dòng)態(tài)管理。通過對工業(yè)污染源、交通污染源、生活污染源、揚(yáng)塵污染源、鍋爐污染源等氣源污染排放信息的進(jìn)一步梳理，細(xì)化成可操作、可量化的“作戰(zhàn)地圖”，實(shí)現(xiàn)即時(shí)超標(biāo)預(yù)警、突變預(yù)警等功能，為開展污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)現(xiàn)場指揮調(diào)度提供“掛圖作戰(zhàn)”，找準(zhǔn)突破點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，增強(qiáng)各項(xiàng)措施的關(guān)聯(lián)性和耦合性，達(dá)到系統(tǒng)治理、靶向治理的效果。

治理速度更“快”

要善于運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，實(shí)時(shí)掌握工作進(jìn)展，動(dòng)態(tài)指導(dǎo)工作調(diào)度。實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端空氣質(zhì)量可視化、考核目標(biāo)管理、空氣質(zhì)量地圖、污染防治現(xiàn)場日常管理工作現(xiàn)現(xiàn)場記錄等應(yīng)用，逐步將PC端的功能向移動(dòng)端移植，拓展系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，增強(qiáng)移動(dòng)服務(wù)能力，擴(kuò)展現(xiàn)場調(diào)度能力，保障管理及時(shí)性、便利性，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)、任務(wù)、責(zé)任的有機(jī)統(tǒng)一。