生態(tài)環(huán)境監(jiān)管領(lǐng)域中的人工智能技術(shù)應(yīng)用研究

王加軍

（揚州市高郵生態(tài)環(huán)境局，江蘇 高郵 225600）

隨著當今社會的快速發(fā)展，環(huán)境保護和經(jīng)濟發(fā)展之間產(chǎn)生了越來越明顯的沖突，以往所采用的環(huán)境保護監(jiān)管模式明顯已經(jīng)落后，而且也無法解決現(xiàn)代化環(huán)境治理與監(jiān)管的技術(shù)需求。近年來，國家環(huán)保部門愈發(fā)重視環(huán)境保護工作，并就環(huán)境監(jiān)管以及保護工作提出了明確的要求?；谶@樣的背景，生態(tài)環(huán)境的智能化監(jiān)管成為守護綠水青山的必要途徑和手段，應(yīng)充分利用人工智能技術(shù)，配合大數(shù)據(jù)分析、云計算以及物聯(lián)網(wǎng)等各類現(xiàn)代化信息技術(shù)，將包括環(huán)境統(tǒng)計、排污檢測、空氣質(zhì)量監(jiān)測、廢水廢氣監(jiān)測、放射源監(jiān)測和超標預警等在內(nèi)的在線監(jiān)測系統(tǒng)加以整合，達到“環(huán)保一張圖、監(jiān)管全覆蓋”的效果。與此同時，還應(yīng)深度融合互聯(lián)網(wǎng)與數(shù)字化科技，優(yōu)化生態(tài)環(huán)境保護決策，從整體上提升生態(tài)環(huán)境監(jiān)管治理水平以及公共服務(wù)水平，通過人工智能技術(shù)解決環(huán)境監(jiān)管執(zhí)法人力資源不足、環(huán)保工作壓力過重等一系列問題，從而更有效、更高效地推進生態(tài)環(huán)境監(jiān)管與保護工作。

1 人工智能技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)管中的應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，包括人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)應(yīng)用、云計算以及5G技術(shù)在內(nèi)的高新技術(shù)應(yīng)用落地并實現(xiàn)了高速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域也因此迎來深度變革，這些新技術(shù)具有明顯的高效性與便利性特點，逐漸引起了環(huán)保部門的關(guān)注和重視，而以人工智能技術(shù)為首，融合了5G和物聯(lián)網(wǎng)的人工智能物聯(lián)網(wǎng)也開始在生態(tài)環(huán)境監(jiān)管領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)階段國內(nèi)各地都在生態(tài)環(huán)保監(jiān)管領(lǐng)域開展持續(xù)不懈的探索，積極推進智慧環(huán)保業(yè)務(wù)，并以此為基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)了環(huán)保生態(tài)云平臺，融合匯聚包括環(huán)保信息展示、實時數(shù)據(jù)分析、視頻結(jié)構(gòu)化處理等在內(nèi)的多項技術(shù)應(yīng)用，上級管理部門對地市數(shù)據(jù)感知的真實性與實時性得到提升，生態(tài)環(huán)境監(jiān)管保護工作更為高效，防污防治監(jiān)管水平大大提升，人工智能技術(shù)的應(yīng)用價值得到了充分的體現(xiàn)。

1.1 大氣環(huán)境監(jiān)測

“十四五”生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃明確要求聚集協(xié)同控制，深化大氣環(huán)境監(jiān)測，在鞏固城市空氣質(zhì)量監(jiān)測的同時加強PM2.5和O3的協(xié)同控制監(jiān)測，并要求提升空氣質(zhì)量預測預報水平，完善國家、區(qū)域、省、市四級環(huán)境空氣質(zhì)量預測預報體系，省市開展7～10 d預報，國家和區(qū)域開展15 d以上預報，其中通過人工智能數(shù)據(jù)傳感技術(shù)，以北斗導航系統(tǒng)、高分遙感和5G技術(shù)基礎(chǔ)的“天地”一體化大氣監(jiān)控預警系統(tǒng)，能夠?qū)崟r調(diào)用GlS監(jiān)測信息，并就其中的數(shù)據(jù)展開動態(tài)分析，進而識別大氣污染的來源、特征與成因，快速評估引起污染問題的主導因素，監(jiān)管工作也更高效、更富有針對性。

1.2 水體環(huán)境監(jiān)測

人工智能技術(shù)在環(huán)保水體方面的應(yīng)用較多，并且在水質(zhì)監(jiān)測、污水排放檢測以及水面岸線管理等方面的應(yīng)用較為突出?，F(xiàn)階段可利用5G技術(shù)和人工智能技術(shù)開展水資源監(jiān)測，實現(xiàn)水量水質(zhì)并行監(jiān)控的目的，監(jiān)測水體質(zhì)量、水位變化、降雨量、流量等關(guān)鍵指標，利用視頻算法監(jiān)測船只通行情況、排污口動態(tài)監(jiān)測、漂浮物等情況，并通過數(shù)據(jù)回傳、邊緣計算以及云端協(xié)同等多種新技術(shù)來研判數(shù)據(jù)、評估態(tài)勢，從而實現(xiàn)杜絕數(shù)據(jù)造假、溯源水體監(jiān)管以及污染指數(shù)預警等各項功能。

1.3 土壤環(huán)境監(jiān)測

按照國家出臺的“土十條”規(guī)定和土壤污染防治目標，通過感知層集成采集等pH值、重金屬含量以及陽離子交換量等土壤環(huán)境數(shù)據(jù)信息，并對這些信息進行深度挖掘、綜合分析，推進數(shù)據(jù)成果持續(xù)轉(zhuǎn)化，最終提供有效的決策支持助力。著眼于土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測、危固廢管理以及污染地塊監(jiān)測管理等多項業(yè)務(wù)功能，為土壤污染治理工作、監(jiān)管執(zhí)法、業(yè)務(wù)管理以及環(huán)境修復與決策提供必要的指導。

2 人工智能技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)管中的應(yīng)用優(yōu)勢與特點

2.1 數(shù)據(jù)應(yīng)用

從智慧環(huán)保的角度來看，環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測應(yīng)用技術(shù)是其中最關(guān)鍵的一環(huán)，利用人工智能技術(shù)管控污染源，有利于提高生態(tài)環(huán)境監(jiān)管工作的實效性。以往單純采集數(shù)據(jù)或者參考歷史遺留數(shù)據(jù)已經(jīng)無法適應(yīng)當下行業(yè)智能化的發(fā)展趨勢?，F(xiàn)階段，通過人工智能技術(shù)能夠快速研判并且分析目標場景變化，以企業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境監(jiān)測為例，某污染源企業(yè)未遵循排放規(guī)定，選擇在非排放時段排放污染氣體，環(huán)保監(jiān)測人員利用視頻煙霧算法可及時發(fā)現(xiàn)這一違規(guī)排放行為并第一時間發(fā)出警報，同時還可以實時在線展示煙霧排放數(shù)據(jù)指標，并配合錯峰生產(chǎn)電量信息以及移動源監(jiān)管數(shù)據(jù)分析等多種間接手段打造監(jiān)管閉環(huán)，根據(jù)實際情況核實響應(yīng)，切實提高監(jiān)管力度和水平，杜絕違規(guī)排放污染的現(xiàn)象。

2.2 融合匯聚

在生態(tài)環(huán)境監(jiān)管應(yīng)用中，人工智能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域極為龐大，然而人工智能技術(shù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)規(guī)模也同樣龐大，僅僅依賴人力很難有效分析這些海量的數(shù)據(jù)信息，更無法將其轉(zhuǎn)化為有價值的信息。當前人工智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用有效解決了這一問題，以水環(huán)境監(jiān)管為例，監(jiān)測人員在開展污染監(jiān)測業(yè)務(wù)時可以通過觀察水體顏色、水體泡沫濃度來評估水質(zhì)量是否符合標準，倘若僅僅著眼于顏色差異化來執(zhí)行算法學習，勢必會影響具體超標數(shù)值的判定，也就難以從較高的精度上來判別污染程度。當監(jiān)測者從素材學習中同時引入了顏色變化以及采集數(shù)據(jù)變化以后，這一問題就得到了完美的解決，算法精確度得到提升，監(jiān)管可靠性也進一步加強。

2.3 預測預警

目前，雖然科學技術(shù)不斷更新迭代，新產(chǎn)品、新設(shè)備不斷涌現(xiàn)，但是無論這些設(shè)備品質(zhì)有了怎樣的進步，或者開發(fā)出了怎樣的功能，其應(yīng)用效果不外乎是事中告警、事后溯源。而通過數(shù)據(jù)平臺的大氣模擬空氣質(zhì)量分析模塊和以氣象場數(shù)據(jù)支持為基礎(chǔ)的自動模擬分析模塊，在引入風速、風向以及污染源等關(guān)鍵參數(shù)后，則能夠?qū)Ξ斍拔廴疚飻U散區(qū)域和不同區(qū)域的濃度變化進行模擬，通過空間分析功能對污染物的擴散產(chǎn)生直觀的了解，同時也能夠向監(jiān)測者提供關(guān)于污染源對附近環(huán)境的污染演變過程，這樣的信息更為全面，也更加智能化，是開展環(huán)境質(zhì)量綜合評價，針對污染源預報預警的決策支持。

3 人工智能技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)管領(lǐng)域中的深度應(yīng)用

3.1 多維并行，全面覆蓋

以大氣環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)為例，環(huán)境監(jiān)測部門在監(jiān)測建筑工地、污染企業(yè)、大氣微站以及馬路街道等場景時，可利用自主環(huán)境監(jiān)測—體機的結(jié)合方案開展環(huán)境整治工作。譬如在出臺關(guān)于加強揚塵污染控制的指導意見后，環(huán)保部門需要著重監(jiān)測工程建設(shè)項目，加強揚塵污染的控制，并確保工程建設(shè)過程中揚塵控制的各項標準得到嚴格落實。同時還應(yīng)著眼于建設(shè)方案，針對其中的重點監(jiān)管目標實施監(jiān)測，監(jiān)測項目包括PM2.5、噪音以及溫濕度等等，并部署平臺進行統(tǒng)一監(jiān)管。平臺功能應(yīng)覆蓋視頻數(shù)據(jù)疊加、數(shù)據(jù)圖像化、一張圖操作、數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計以及分級分類報警等多項功能，密切監(jiān)測工地環(huán)境，一旦發(fā)現(xiàn)某項目治理不達標，則應(yīng)嚴格要求其停工整治，并在限定時間內(nèi)整改。如果整改不力或者整改進展緩慢，環(huán)保部門應(yīng)將其納入“黑名單”管理。

此外，在開展國土保護以及林業(yè)監(jiān)管業(yè)務(wù)工作時，一些場景需要著重考慮禁燒以及防火等需求，譬如農(nóng)田耕地、森林濕地等等。由于人工發(fā)現(xiàn)火情后的處置效率低，即便第一時間報警也會延誤最佳處置時間，導致火情快速蔓延得不到及時控制，植被損毀嚴重，同時也帶來了嚴重的大氣環(huán)境污染問題，造成極大的損失。監(jiān)測部門可以利用熱成像和煙霧算法組成“雙檢測技術(shù)”，這樣可以在火情發(fā)生后第一時間準確評估并發(fā)出警報，同時防止誤報，并利用聚焦變倍數(shù)據(jù)確定起火點距離病自動標定在GIS地圖上，救援人員根據(jù)標定地點及時前往處理火情，從而形成業(yè)務(wù)閉環(huán)。而在監(jiān)測流域、飲用水源地、湖庫以及城市黑臭水體場景時，常規(guī)儀器檢測效果不佳，監(jiān)測人員往往需要親力親為深入到監(jiān)測區(qū)域采樣檢測，人工操作效率低下。現(xiàn)階段可利用智能網(wǎng)絡(luò)傳感器來實時監(jiān)測目標區(qū)域內(nèi)的pH值、COD以及總磷、總氮等水體數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)波動狀態(tài)和信息變化區(qū)間分析來監(jiān)管、評估、分析河流斷面、污水處理廠、飲用水源地和廢水進出口情況，以此來形成數(shù)據(jù)感知聯(lián)網(wǎng)，大大提升了水體質(zhì)量檢測效率，而人工成本也得到有效控制，做到全面覆蓋、無縫隙監(jiān)管，杜絕企業(yè)的違法違規(guī)排放行為。

3.2 智能場景應(yīng)用

無組織排放場景主要是監(jiān)測環(huán)境重污染企業(yè)與工廠的排污有無偷排現(xiàn)象，利用全景監(jiān)測設(shè)備即可完成監(jiān)測目標的全景式監(jiān)控。而在全景監(jiān)控的同時，監(jiān)測者還能利用設(shè)備上的球機跟蹤放大，查看監(jiān)測畫面上的各處細節(jié)，全面感知大場景和細微之處。同時還可以在設(shè)備上加載檢測算法，設(shè)定違規(guī)排放報警程序、煙霧顏色異常報警程序，一旦發(fā)生異常情況可第一時間傳輸至監(jiān)測端，由監(jiān)測人員負責驗證，以此實現(xiàn)對企業(yè)和工廠無組織排放行為的追查跟蹤。

水體自凈能力容易受到水面漂浮物的影響而下降，而且水面漂浮物聚集也會破壞水體生態(tài)系統(tǒng)，特別是浮萍快速繁殖或者水面浮油污染，都會對水生植物、好氧微生物、魚類以及底棲動物的生存造成嚴重威脅。漂浮植物遮擋陽光射入，水面下光照減少，則會導致藻類以及沉水植物死亡；水面浮油會對水生動物以及水鳥造成污染，甚至致其死亡。在人工智能技術(shù)的支持下，可以利用水體漂浮物檢測算法，針對水面指定區(qū)域檢測漂浮物分布情況，并將檢測結(jié)果反饋至監(jiān)測端，及時通知業(yè)務(wù)人員清理漂浮物。通過這樣的智能監(jiān)測，能夠及時控制水體環(huán)境污染，維持水體生態(tài)平衡。在水環(huán)境場景監(jiān)測中，對于突發(fā)環(huán)境事故，可以利用智能技術(shù)建造水動力及水質(zhì)模型，對突發(fā)事故進行快速模擬預測，為環(huán)境管理部門提供決策依據(jù)。

4 結(jié)語

人工智能是當今時代新興的技術(shù)領(lǐng)域，人工智能技術(shù)也在持續(xù)完善和發(fā)展，雖然人工智能技術(shù)在現(xiàn)階段的應(yīng)用仍然有限，但其發(fā)展前景的廣闊是有目共睹的。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)中污染物的種類必將更多、污染物組分也會更為復雜，相應(yīng)的污染物控制、污染物排放與去除、環(huán)境污染的分析與評價工作都會面臨全新的挑戰(zhàn)。在生態(tài)環(huán)境保護備受全社會關(guān)注的背景下，人工智能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域增加了新活力，也為生態(tài)環(huán)境監(jiān)管工作提供了有力的技術(shù)支撐，也將會為生態(tài)環(huán)境治理工作提供新思路。