基于大數(shù)據(jù)分析的大氣網格化監(jiān)測質控技術研究*

新疆石河子市環(huán)境監(jiān)測站 張興瑤，吳冬梅

隨著時間的推移，國內的社會經濟得到了很好的發(fā)展，與此同時，社會發(fā)展和社會大眾對于大氣環(huán)境也提出了嶄新且更高的要求，近年以來，在大氣監(jiān)測工作方面，國內不同地區(qū)都采取一定的措施，但是其改善速度和具體的大氣環(huán)境情況與國際的先進水平還存在著一定的差距，這也代表著國內的大氣環(huán)境監(jiān)測工作還具有很大的提升空間，其中基于大數(shù)據(jù)分析的大氣網格化監(jiān)測質控技術就能夠取得很好的效果，也能夠滿足精細化管理的切實需求，但是部分地區(qū)在運用這項技術的過程中還存在著一定的問題，所以，在接下來的文章中就將針對這項技術現(xiàn)存的問題進行系統(tǒng)的研究和分析，并且提出相對應的針對性的意見或者是對策，促進大氣監(jiān)測水平的提升。

一、大氣網格化監(jiān)測工作和設計原則概述

大氣網格化監(jiān)測工作，顧名思義，就是運用大量的傳感器技術，使得傳統(tǒng)的大氣測量工作中的點位之上的限制得到打破，建立并且融合環(huán)境質量網格、重點污染監(jiān)控網格等等，實現(xiàn)層次化的大氣監(jiān)測，也有利于后續(xù)開展針對性的大氣環(huán)境治理[1]。

通過大氣網格化的監(jiān)測工作，能夠將整個城市的諸多空氣質量情況和變化趨勢展現(xiàn)出來，并且是高時間分辨率和高空間分辨率的多參數(shù)實時動態(tài)性的監(jiān)測，得到的大氣相關的信息和數(shù)據(jù)具有高強的時效性，具有很好的價值和作用。譬如實現(xiàn)大氣網格化監(jiān)測工作之后，可以針對區(qū)域內的重點污染區(qū)域進行監(jiān)控，針對固定污染源、工業(yè)園區(qū)、道路交通等等方面的污染排放情況都能夠進行監(jiān)測，這是傳統(tǒng)大氣監(jiān)測工作所難以做到的。目前國內的大氣網格化監(jiān)測工作已經相對成熟，在污染事件方面具有全流程跟蹤功能，并且在信息技術和設備的加持之下，可以通過手機APP、微信公眾號等等方式及時發(fā)布預警[2]，真正實現(xiàn)早發(fā)現(xiàn)、早預警和早處理。無論是各個領域的發(fā)展工作還是社會大眾，對于大氣環(huán)境質量的要求都具有明顯的提升，在這一前提之下，在后續(xù)的發(fā)展工作中需要重視大氣網格化監(jiān)測方式的運用，這對于提升大氣環(huán)境質量具有積極作用和效果。

二、大氣網格化監(jiān)測技術方面的要求

大氣網格化監(jiān)測技術是在傳統(tǒng)大氣監(jiān)測工作和技術之上發(fā)展起來的，并且對傳統(tǒng)的大氣監(jiān)測工作做到的有效的補充，在大氣網格化監(jiān)測技術的實際應用過程中，需要滿足以下幾方面的技術要求：

（一）要求監(jiān)測參數(shù)比較全面

大氣成分并非是一成不變的，其中不同的成分和所占比例比較復雜，為了提升大氣監(jiān)測工作的具體成效，需要確保監(jiān)測參數(shù)具有全面性的特點，與大氣組成成分互相適應。按照《GB 3095—2016環(huán)境空氣質量標準》[3]，大氣網格化監(jiān)測技術需要可以針對大氣中的PM10、PM2.5、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、臭氧等等成分進行監(jiān)測，在一些特殊的大氣污染地區(qū)，大氣網格化監(jiān)測還需要針對硫化氫等等特殊的污染物進行監(jiān)測，因此大氣網格化監(jiān)測技術需要確保監(jiān)測參數(shù)相對比較全面。

（二）不同環(huán)境下的監(jiān)測數(shù)據(jù)準確性

對于大氣環(huán)境監(jiān)測工作來說，最重要的一點就是相關監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性，傳統(tǒng)的大氣監(jiān)測工作就是因為數(shù)據(jù)準確性方面無法滿足當代大氣環(huán)境治理和監(jiān)測方面的要求，才逐漸淡出歷史舞臺的。大氣網格化監(jiān)測技術的運用，能夠實現(xiàn)區(qū)域內的全覆蓋監(jiān)測，其中居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、道路等等區(qū)域都可以進行監(jiān)測。大氣網格化監(jiān)測技術需要保障在不同的應用場景下，其測量結果保持良好的準確性，這對于后續(xù)的大氣環(huán)境治理工作的開展也是極為重要的。

（三）保持良好的時間分辨率

大氣環(huán)境處于一個時刻都在變化的環(huán)境和狀態(tài)當中，如果大氣監(jiān)測技術具有良好的時間分辨率，就代表著可以捕捉更多、更精細的空氣質量和數(shù)據(jù)。在實際的大氣網格化監(jiān)測技術應用過程中，其時間分辨率方面需要地域15min，與常規(guī)的大氣監(jiān)測技術相比，其時間分辨率方面具有大致四倍以上的提升[4]。

（四）穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸要求

大氣環(huán)境處于一個動態(tài)變化過程當中，因此在實際的大氣環(huán)境監(jiān)測工作中，需要保障監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)具有良好的時效性。因此，在大氣網格化監(jiān)測技術應用過程中，應該采取實時連續(xù)監(jiān)測的工作方式，以此來保障監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，并且得到的數(shù)據(jù)需要實時匯集傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心進行處理，其中實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笱舆t時間方面不能超過30s，否則監(jiān)測得到的大氣環(huán)境數(shù)據(jù)和信息的時效性就會大大降低。

三、基于大數(shù)據(jù)分析的大氣網格化監(jiān)測質控技術實施策略

本文主要介紹一種“大數(shù)據(jù)融合聯(lián)動修正”技術，這是一種傳感器技術、國標法技術和大數(shù)據(jù)聯(lián)合的監(jiān)測質控技術[5]，能夠解決實際的大氣網格化監(jiān)測技術運用過程中產生的多方面問題，包含零點漂移、溫度漂移等等，可以提升大氣網格化監(jiān)測技術的數(shù)據(jù)準確性和長期運行穩(wěn)定性，從而提升大氣監(jiān)測工作的有效性，對于國內環(huán)保事業(yè)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施都具有積極作用：

（一）標物校準和馴化校準

首先，針對基于大數(shù)據(jù)分析的大氣網格化監(jiān)測質控技術的具體實施，需要在實驗室對氣體傳感器進行標準物質校準，簡單來說，就是將多種標準氣體進行混合處理，后續(xù)在不同的混合比例、不同濃度、不同的環(huán)境條件之下，針對氣體傳感器進行標定，然后再使用基因算法，針對氣體傳感器交叉干擾進環(huán)境條件進行修正，其主要目的在于，使得大氣網格化監(jiān)測的氣體傳感器再量程范圍內的線性特征得到有效的保障[6]；其次，大氣網格化監(jiān)測中的氣體傳感器還需要在室外利用空氣自動站，針對氣體傳感器進行馴化校準，同樣，后續(xù)也需要通過基因算法，自動適應環(huán)境的變化，確保氣體傳感器即便處于不同的環(huán)境條件下，其監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)和信息的質量都能夠得到保障，通俗一點來說，馴化校準能夠提升氣體傳感器的穩(wěn)定性，集中表現(xiàn)在相關的監(jiān)測數(shù)據(jù)方面。

（二）大數(shù)據(jù)分析的實時校準

基于大數(shù)據(jù)分析的大氣網格化監(jiān)測質控技術當中，大數(shù)據(jù)技術是非常重要的一個組成部分，這項技術的運用，能夠很大程度上提升大氣網格化監(jiān)測技術得到數(shù)據(jù)的時效性。

在實際的大氣監(jiān)測工作當中，氣體傳感器容易受到空氣成分和環(huán)境條件的影響，我國整體疆域遼闊，不同地區(qū)的環(huán)境條件和空氣成分的區(qū)別都比較大，氣體傳感器在某一個地區(qū)完成校準之后，通常情況下只可以在同一個地點進行使用，不適用于其他的地區(qū)。為了解決這一問題，就可以應用大數(shù)據(jù)技術，在大數(shù)據(jù)平臺的幫助之下，可以使用國家標準方法儀器的監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時對地區(qū)內的大氣環(huán)境進行動態(tài)監(jiān)測，可以時刻監(jiān)測傳感器的數(shù)據(jù)漂移情況，一旦具有設備異常情況，能夠第一時間發(fā)現(xiàn)并且進行處理，依據(jù)實踐應用也可以發(fā)現(xiàn)，大數(shù)據(jù)技術、平臺的運用，可以避免網格化大氣監(jiān)測過程中出現(xiàn)環(huán)境問題、時間漂移等等數(shù)據(jù)不準的問題，并且進行長期、穩(wěn)定的運行，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)和信息具有高強的有效性和準確性，這對于大氣監(jiān)測工作具有重要意義。除此之外，采取國標法設備針對污染源區(qū)域進行大氣網格化監(jiān)測[7]，相關的數(shù)據(jù)和信息具有很強的法律效益，做到了大氣監(jiān)測工作的有法可循、有法可依，可以直接在環(huán)境執(zhí)法過程中進行運用。

（三）傳遞方面的校準

實際的大氣監(jiān)測過程中，除卻一系列標準的監(jiān)測工作以外，還需要保存相關的數(shù)據(jù)和信息，進行傳遞，以便進行后續(xù)更加具有針對性的處理，可以為大氣環(huán)境治理提供相對應的依據(jù)，然而，在這一數(shù)據(jù)、信息傳遞過程中，也有可能受到其他因素的影響，進而出現(xiàn)數(shù)據(jù)不準確等等問題，因此基于大數(shù)據(jù)分析的大氣網格化監(jiān)測質控技術需要貫徹落實到傳遞過程，相關的工作單位可以依據(jù)實際的情況，采用裝有國家標準方法儀器的移動校準車，進行定期的質控和校準，這樣便可以確保監(jiān)測數(shù)據(jù)和信息具有相當?shù)臏蚀_性和可靠性。同時還需要利用大數(shù)據(jù)管理平臺，針對偏離較大的傳感器設備及時報警[8]，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差比較大的情況，目前這種傳遞校準方式已經得到了普遍的運用，在化工園區(qū)、企業(yè)、特殊地區(qū)中都具有運用，并且可以避免數(shù)據(jù)信息偏差現(xiàn)象，以此來保障系統(tǒng)長期的穩(wěn)定性和可靠性。

四、結論

綜上所述，就是目前為止針對基于大數(shù)據(jù)分析的大氣網格化監(jiān)測質控技術的相關研究和分析了，從文中闡述內容中不難看出，雖然大氣網格化監(jiān)測技術具有很好的效果，但是也容易受到諸多不同類型因素的影響，在這種情況下，就需要重視基于大數(shù)據(jù)分析的大氣網格化監(jiān)測質控技術的運用，將其落實到檢測技術應用的全過程當中，切實提升大氣監(jiān)測工作的有效性，這對于國內后續(xù)大氣環(huán)境治理工作具有十分重要的作用，同時，還需要注重質控技術的研發(fā)，使得大氣網格化監(jiān)測工作實現(xiàn)良性可持續(xù)性發(fā)展。