環(huán)境大數(shù)據(jù)在我國(guó)環(huán)境治理中的應(yīng)用

周卉卉

摘要：在分析環(huán)境大數(shù)據(jù)的概念、特點(diǎn)和數(shù)據(jù)類(lèi)型的基礎(chǔ)上，總結(jié)了環(huán)境大數(shù)據(jù)在水、大氣、土壤修復(fù)等環(huán)境治理中的應(yīng)用實(shí)踐。針對(duì)我國(guó)環(huán)境治理中應(yīng)用環(huán)境大數(shù)據(jù)存在的主要問(wèn)題，提出了相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：環(huán)境大數(shù)據(jù);環(huán)境治理;應(yīng)用實(shí)踐

一、環(huán)境大數(shù)據(jù)概述

（一）環(huán)境大數(shù)據(jù)的概念

環(huán)境大數(shù)據(jù)的概念有狹義和廣義之分。狹義上講，它是以海量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，借助云計(jì)算、人工智能等數(shù)據(jù)分析技術(shù)來(lái)解決環(huán)境領(lǐng)域的關(guān)鍵問(wèn)題。從廣義上講，它是以數(shù)據(jù)技術(shù)為驅(qū)動(dòng)，以環(huán)境保護(hù)和管理決策為導(dǎo)向的信息技術(shù)。從根本上講，環(huán)境大數(shù)據(jù)就是利用大數(shù)據(jù)的概念、技術(shù)和方法，對(duì)環(huán)境領(lǐng)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、計(jì)算和應(yīng)用，為提高重大生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、預(yù)測(cè)和預(yù)警水平提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持，提高環(huán)境管理決策水平，促進(jìn)環(huán)境治理體系和治理能力現(xiàn)代化。

（二）環(huán)境大數(shù)據(jù)的特征

環(huán)境大數(shù)據(jù)具有大數(shù)據(jù)的“5V”特征，即Volume（大容量）、Velocity（高速）、Variety（多樣性）、Value（低價(jià)值密度）、Veracity（真實(shí)性），從數(shù)量、質(zhì)量和時(shí)間序列上代表了現(xiàn)實(shí)環(huán)境問(wèn)題的分布規(guī)律和聯(lián)系。

（三）環(huán)境大數(shù)據(jù)的類(lèi)型

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷成熟和環(huán)境治理實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，環(huán)境大數(shù)據(jù)的來(lái)源和類(lèi)型主要分為五大類(lèi)：地面監(jiān)測(cè)環(huán)境數(shù)據(jù)、遙感監(jiān)測(cè)環(huán)境數(shù)據(jù)、地理信息環(huán)境數(shù)據(jù)、，社會(huì)統(tǒng)計(jì)環(huán)境數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)。整合不同類(lèi)型的環(huán)境大數(shù)據(jù)，形成了包括網(wǎng)絡(luò)空間在內(nèi)的天地空一體海量數(shù)據(jù)圖書(shū)館，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。從環(huán)境管理的角度看，環(huán)境大數(shù)據(jù)包括空氣、水、土壤等環(huán)境要素的環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)管部門(mén)掌握的污染源數(shù)據(jù)、環(huán)境執(zhí)法、監(jiān)管和環(huán)評(píng)審批數(shù)據(jù)等。

二、環(huán)境大數(shù)據(jù)在我國(guó)環(huán)境治理中的應(yīng)用

環(huán)境大數(shù)據(jù)實(shí)踐已成為環(huán)境治理的重要基礎(chǔ)平臺(tái)，特別是在支持生態(tài)環(huán)境綜合決策、實(shí)施精準(zhǔn)監(jiān)管、提供便捷公共服務(wù)等方面，可以有效提高政府環(huán)境治理的效率和決策水平，促進(jìn)信息公開(kāi)，促進(jìn)跨區(qū)域、跨部門(mén)、多媒體協(xié)同的環(huán)境綜合治理。

（一）環(huán)境大數(shù)據(jù)在水環(huán)境治理中的應(yīng)用

（1）用于污水處理。在污水處理廠運(yùn)行中，基于云的智能水處理平臺(tái)利用過(guò)程建模和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)、識(shí)別和算法技術(shù)，對(duì)污水處理系統(tǒng)各傳感器采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為污水處理系統(tǒng)提供產(chǎn)品視頻和設(shè)備故障實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，實(shí)現(xiàn)反滲透膜的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)、在線(xiàn)診斷和事故預(yù)測(cè)。它可以模擬和預(yù)測(cè)系統(tǒng)的最佳運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，降低能耗，實(shí)現(xiàn)整體運(yùn)行成本可控。農(nóng)村污水處理方面，分散式農(nóng)村污水處理系統(tǒng)前端實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行和實(shí)時(shí)監(jiān)控，因地制宜開(kāi)發(fā)一體化污水處理裝置（處理能力0.6t/D～25t/D），可大大降低污水處理工程的建設(shè)成本。

（2）應(yīng)用于水環(huán)境監(jiān)測(cè)水質(zhì)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方面

通過(guò)配備在線(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備，可以對(duì)目標(biāo)水體的水質(zhì)進(jìn)行連續(xù)、及時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)，特別是滿(mǎn)足企業(yè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)預(yù)警和超標(biāo)報(bào)警，及時(shí)采取有效的污染減排措施，從而提高企業(yè)工作條件的信息化管理水平。在應(yīng)急監(jiān)測(cè)方面，如在海洋環(huán)境突發(fā)事件的應(yīng)急監(jiān)測(cè)方面，大數(shù)據(jù)技術(shù)通過(guò)信息集成手段，匯集各種微觀算法和模型，更有效地分析和預(yù)測(cè)海洋環(huán)境突發(fā)事件，對(duì)海洋環(huán)境突發(fā)事件的預(yù)防和管理具有現(xiàn)實(shí)意義。在重點(diǎn)流域水質(zhì)預(yù)警方面，實(shí)現(xiàn)了流域監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸、統(tǒng)一管理和數(shù)據(jù)共享，及時(shí)發(fā)布藍(lán)藻疫情或水華，變事后監(jiān)管為預(yù)警。

（3）應(yīng)用于水資源管理

根據(jù)不同地區(qū)對(duì)水資源和水質(zhì)的不同需求，基于大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)+規(guī)律+調(diào)控的水資源系統(tǒng)決策新模式能夠反映水資源數(shù)據(jù)背后的規(guī)律，建立科學(xué)的水資源管理和調(diào)控機(jī)制。

（二）環(huán)境大數(shù)據(jù)在大氣環(huán)境治理中的應(yīng)用

（1）應(yīng)用于大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的預(yù)警預(yù)報(bào)，通過(guò)分析關(guān)系來(lái)之間的多元和非線(xiàn)性數(shù)據(jù)類(lèi)，可以掌握大氣環(huán)境污染的變化規(guī)律，實(shí)時(shí)發(fā)布大氣環(huán)境狀況，及時(shí)預(yù)警異常情況。目前，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)已在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)、武漢市得到廣泛應(yīng)用?；诖髷?shù)據(jù)技術(shù)的大氣網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制技術(shù)是傳感器技術(shù)和國(guó)標(biāo)法技術(shù)的結(jié)合。采用自主學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法標(biāo)定系統(tǒng)，提高大氣網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制的準(zhǔn)確性和有效性。微軟亞洲研究院開(kāi)發(fā)的Urban-Air系統(tǒng)使用大數(shù)據(jù)模型計(jì)算城市空氣質(zhì)量和預(yù)測(cè)霧霾。以PM2的大氣濃度計(jì)算。5以部分城市地區(qū)為例，介紹了PM2的歷史資料。5.選擇濃度、氣象條件、交通條件、人群活動(dòng)、網(wǎng)格路況等數(shù)據(jù)作為影響特征變量，利用大數(shù)據(jù)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行分析推導(dǎo)，解決多元素、多元素的問(wèn)題，多元和多元非線(xiàn)性的復(fù)雜環(huán)境問(wèn)題提供了一種新的探索途徑。建設(shè)了大氣環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和氣象站氣象條件大數(shù)據(jù)平臺(tái)。同時(shí)，利用氣象信息綜合分析處理系統(tǒng)（MICAPS）數(shù)據(jù)篩選出重污染天氣的日逐時(shí)氣象條件（溫度、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、大氣穩(wěn)定度等），分析氣象條件和空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)因子（PM105、O3等），并開(kāi)發(fā)了秦皇島市重污染天氣和氣象條件模型，實(shí)現(xiàn)AQI重污染天氣預(yù)報(bào)和預(yù)警。尹文君等人利用環(huán)境大數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練，驗(yàn)證了深層信念網(wǎng)絡(luò)（DBN）模型在大氣污染預(yù)測(cè)中的有效性。大氣環(huán)境業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)體系采用多模式集成預(yù)測(cè)結(jié)合專(zhuān)家優(yōu)化實(shí)現(xiàn)高性能預(yù)測(cè)，根據(jù)多維度的歷史污染過(guò)程和天氣形勢(shì)認(rèn)知，可以對(duì)重污染過(guò)程進(jìn)行研究和判斷。模擬情景分析與污染追蹤相結(jié)合有助于應(yīng)急決策。探索建立基于大數(shù)據(jù)的京津冀大氣環(huán)境治理新模式，利用標(biāo)簽云、歷史流等方法完善統(tǒng)一的環(huán)境大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)質(zhì)量體系，為我國(guó)區(qū)域大氣環(huán)境治理發(fā)揮示范作用。

（2）環(huán)境大數(shù)據(jù)在土壤修復(fù)中的應(yīng)用

整合基礎(chǔ)地理、氣象、水文數(shù)據(jù)資源，構(gòu)建土壤環(huán)境大數(shù)據(jù)系統(tǒng)。通過(guò)綜合分析，實(shí)現(xiàn)土壤環(huán)境的量化管理和多智能體跨媒體協(xié)同治理，面向污染土壤的定向修復(fù)和安全利用，建立數(shù)字溯源網(wǎng)絡(luò)，確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全。通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)與場(chǎng)地環(huán)境管理的深度融合，通過(guò)對(duì)土壤和地下水?dāng)?shù)據(jù)、污染源分布、擴(kuò)散路徑、污染物類(lèi)型、場(chǎng)地周邊敏感受體等數(shù)據(jù)的分析，綜合評(píng)價(jià)場(chǎng)地污染風(fēng)險(xiǎn)，可以識(shí)別和發(fā)現(xiàn)未知的現(xiàn)場(chǎng)污染。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查是大數(shù)據(jù)發(fā)展的關(guān)鍵。其實(shí)就是利用智能傳感器技術(shù)建立站點(diǎn)大數(shù)據(jù)模型，主要用于站點(diǎn)調(diào)查、站點(diǎn)恢復(fù)、監(jiān)控和跟蹤。通過(guò)不斷優(yōu)化模型輔助決策，可以降低不必要的項(xiàng)目成本。

（3）環(huán)境大數(shù)據(jù)在其他環(huán)境治理方面的應(yīng)用

在危險(xiǎn)廢物管理方面，采用大數(shù)據(jù)智能管理模式，通過(guò)對(duì)危險(xiǎn)廢物整個(gè)生命周期從產(chǎn)生、儲(chǔ)存、處置到處置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生企業(yè)、轉(zhuǎn)移企業(yè)和處置企業(yè)的信息自動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)匹配，運(yùn)輸?shù)教幹茫瑥亩粩嗵岣呶ｋU(xiǎn)廢物日常管理風(fēng)險(xiǎn)防范范和的環(huán)境應(yīng)急能力。在農(nóng)村環(huán)境治理方面，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用將顛覆以往補(bǔ)一只死羊的監(jiān)管模式，使農(nóng)村環(huán)境監(jiān)管更加主動(dòng)和前瞻。如農(nóng)村垃圾收運(yùn)可增加環(huán)衛(wèi)基礎(chǔ)設(shè)施、垃圾處理進(jìn)度、運(yùn)行狀況等在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)服務(wù)，定期更新垃圾收運(yùn)時(shí)間、路線(xiàn)、中轉(zhuǎn)站、各種資源回收等信息。

三、問(wèn)題與建議

雖然我國(guó)環(huán)境大數(shù)據(jù)已初步應(yīng)用于環(huán)境治理領(lǐng)域，但在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)環(huán)境治理方法在事前預(yù)測(cè)、事中監(jiān)管等方面的不足，應(yīng)用模式還比較基礎(chǔ)，算法也比較簡(jiǎn)單，且大多停留在單一環(huán)境要素的治理上，難以真正發(fā)揮環(huán)境大數(shù)據(jù)在政府環(huán)境治理決策中的支撐作用。主要問(wèn)題有：（1）環(huán)境大數(shù)據(jù)應(yīng)用方法不清，應(yīng)用工具缺乏，信息資源開(kāi)發(fā)利用水平低，缺乏既擅長(zhǎng)大數(shù)據(jù)又擅長(zhǎng)環(huán)境科學(xué)的跨學(xué)科人才（2）環(huán)境大數(shù)據(jù)來(lái)源多樣，類(lèi)型混雜，數(shù)據(jù)質(zhì)量長(zhǎng)期受到公眾質(zhì)疑、篡改和扭曲，造假現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生（3）環(huán)境信息化的體制機(jī)制不暢，管理部門(mén)之間的數(shù)據(jù)封鎖，信息“孤島”、應(yīng)用“煙囪”、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。因此，我國(guó)大數(shù)據(jù)在完善環(huán)境治理方面應(yīng)著力于以下幾個(gè)方面：一是推動(dòng)環(huán)境信息技術(shù)的發(fā)展，培養(yǎng)跨學(xué)科人才;二是從源頭上關(guān)注環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性、準(zhǔn)確性和一致性;三是堅(jiān)持開(kāi)放和數(shù)據(jù)共享，鼓勵(lì)和引導(dǎo)多元化共治，注重?cái)?shù)據(jù)和技術(shù)的雙重安全，充分利用環(huán)境大數(shù)據(jù)，加快推進(jìn)政府環(huán)境治理現(xiàn)代化。

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