大氣環(huán)境網(wǎng)格化監(jiān)管及應(yīng)用

張昕宇，劉雪妍，王濤，張偉＊

（1.中新天津生態(tài)城生態(tài)環(huán)境局，天津 300467；2.羅克佳華科技集團(tuán)股份有限公司，北京 101111）

1 實(shí)施背景

1.1 完成環(huán)境質(zhì)量改善目標(biāo)

“十三五”末期，全國大氣環(huán)境質(zhì)量改善成效顯著，但區(qū)域之間仍不均衡，其中，珠三角、長三角地區(qū)空氣質(zhì)量總體基本達(dá)標(biāo)，京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市空氣質(zhì)量均有不同幅度提升改善，但細(xì)顆粒物（PM2.5）和臭氧（O3）等主要污染物濃度尚未達(dá)到《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）二級標(biāo)準(zhǔn)。

《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》明確提出，要深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)。這就對實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)治污、科學(xué)治污，提升環(huán)境信息綜合分析能力提出了更高的要求。

1.2 加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)管信息化建設(shè)

目前，環(huán)境數(shù)據(jù)信息平臺之間未完全實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，從而影響了信息化手段輔助環(huán)境決策的效力。大量環(huán)境數(shù)據(jù)資源沒有得到充分開發(fā)利用，無法提供實(shí)時數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)查詢，導(dǎo)致環(huán)境數(shù)據(jù)在部門間有斷點(diǎn)，往往針對一個查詢對象需要登錄數(shù)個平臺方能將核心信息匯聚完整。眾多監(jiān)測數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)急需運(yùn)用智能化的環(huán)境模擬模型，才可深入挖掘、分析環(huán)境變化態(tài)勢，為環(huán)境管理決策支持和業(yè)務(wù)管理提供服務(wù)，加強(qiáng)融合互通的環(huán)境監(jiān)管信息化建設(shè)勢在必行。

1.3 實(shí)現(xiàn)大氣閉環(huán)監(jiān)管場景

大氣污染防治工作目前以現(xiàn)場巡查和數(shù)據(jù)值守為主，分別側(cè)重于發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場問題和高值數(shù)據(jù)，而未能將兩者有機(jī)結(jié)合起來。這樣的工作模式在一定程度上影響了環(huán)境污染事件處置效率。而如果通過工作聯(lián)動，形成“發(fā)現(xiàn)問題—處理問題—解決問題”的閉環(huán)場景，即數(shù)據(jù)員通過平臺實(shí)時掌握區(qū)域大氣質(zhì)量變化，捕捉異常排放行為、理清污染傳輸路徑，并通過小程序（app）實(shí)現(xiàn)預(yù)警與派單，網(wǎng)格員就能夠有的放矢地開展工作，快速到達(dá)污染熱點(diǎn)區(qū)域、發(fā)現(xiàn)污染事件、監(jiān)督整改進(jìn)程、上報(bào)處置結(jié)果，數(shù)據(jù)員就能夠?qū)⑹录皶r結(jié)案并跟蹤處置效果。該場景的實(shí)施將有可能同時實(shí)現(xiàn)事件高效處置和人員績效考核。

2 網(wǎng)格化監(jiān)管技術(shù)特點(diǎn)

2.1 技術(shù)優(yōu)勢

2.1.1 設(shè)備配置靈活

大氣網(wǎng)格化監(jiān)測設(shè)備采用可插拔式傳感器技術(shù)，安裝方式與安裝位置更為靈活，同時可根據(jù)不同需求，在六項(xiàng)因子之外，擴(kuò)展總揮發(fā)性有機(jī)物（TVOCs）、總懸浮微粒（TSP）、溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等參數(shù)。將監(jiān)測設(shè)備通過網(wǎng)格化布局，對重點(diǎn)位置進(jìn)行個性化監(jiān)控，形成部署在網(wǎng)格化監(jiān)管平臺上的大氣監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。

2.1.2 多源數(shù)據(jù)融合

網(wǎng)格化監(jiān)管平臺以物聯(lián)網(wǎng)（IOT）、區(qū)塊鏈、人工智能（AI）為技術(shù)支撐，可以將不同途徑獲取的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，并在地理信息系統(tǒng)（GIS）地圖上進(jìn)行統(tǒng)一展示。通過GIS 地圖可直觀觀看監(jiān)測設(shè)備、污染源、尾氣門站的具體分布情況，網(wǎng)格員、車載設(shè)備、無人機(jī)的實(shí)時位置及走航軌跡，點(diǎn)擊圖標(biāo)可查看對應(yīng)的實(shí)時數(shù)據(jù)；可進(jìn)行數(shù)據(jù)融合的監(jiān)測終端包括但不限于大氣國控站、大氣微觀站、大氣移動站、氣象站、尾氣門站、重點(diǎn)排放源、無人機(jī)、AI 監(jiān)控視頻等。

2.1.3 提升監(jiān)管效能

網(wǎng)格化管理改變了傳統(tǒng)的大氣污染監(jiān)測模式。通過新型自動化監(jiān)測手段以高時空分辨率采集可靠準(zhǔn)確的監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了空氣質(zhì)量的實(shí)時監(jiān)測和遠(yuǎn)程監(jiān)控，大大減少了人工監(jiān)測的頻次，有效解決了目前我國普遍存在的大氣污染監(jiān)管工作和人員配備不足的問題，大幅提高了大氣污染監(jiān)管的工作效率[1]，體現(xiàn)了節(jié)約型社會和以人為本的管理理念。

2.1.4 輔助精細(xì)治理

利用現(xiàn)代信息技術(shù)，構(gòu)建預(yù)警系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)、智能分析系統(tǒng)、智能監(jiān)督執(zhí)法系統(tǒng)。通過預(yù)警系統(tǒng)可及時獲取超標(biāo)污染的因子、時間。通過統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)可查詢不同因子的數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行對比、分析，形成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表或報(bào)告。通過智能分析系統(tǒng)，重點(diǎn)分析監(jiān)測點(diǎn)位歷史污染物濃度和氣象數(shù)據(jù)以及歷史空氣質(zhì)量情況，同時結(jié)合預(yù)測預(yù)報(bào)模型，可進(jìn)行區(qū)域環(huán)境質(zhì)量的綜合分析研判。通過智能監(jiān)督執(zhí)法系統(tǒng)，對多源數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，高效解決環(huán)境污染事件，實(shí)現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)的整體調(diào)度運(yùn)營，實(shí)現(xiàn)環(huán)境事件的快速響應(yīng)、迅速派單、及時反饋等閉環(huán)處置流程。基于以上功能可做到動態(tài)監(jiān)管，為大氣污染精細(xì)化的治理提供了技術(shù)支持[2]。

2.2 技術(shù)短板

2.2.1 數(shù)據(jù)深度挖掘不足

目前，環(huán)境管理的前瞻性研究不夠；部門間還存在數(shù)據(jù)“壁壘”，數(shù)據(jù)的獲取及其準(zhǔn)確性、時效性都存在不確定因素；算法比較落后，致使數(shù)據(jù)的深度挖掘不足。建議加強(qiáng)數(shù)據(jù)挖掘深度，高效集成多類監(jiān)測數(shù)據(jù)，豐富相關(guān)數(shù)據(jù)源，推動各類數(shù)據(jù)相互印證、補(bǔ)充，解決數(shù)據(jù)不全、不準(zhǔn)、不真，監(jiān)測信息價值含量不高等問題。加強(qiáng)融合分析，釋放數(shù)據(jù)價值。強(qiáng)化數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析，充分反映環(huán)境空氣質(zhì)量、污染源排放、重大治理措施、經(jīng)濟(jì)活動變化、公眾輿論感受的關(guān)系，開展污染溯源追因、治理成效評估、精細(xì)化管控，為精準(zhǔn)治污、科學(xué)治污提供有力支撐[3]。

2.2.2 部門聯(lián)合難處理

這就要求民航航空控制自己的票價，縮小一本分利潤空間，推出一些特價航空機(jī)票，刺激市場。可以制定一些特殊區(qū)域，開設(shè)特色服務(wù)，比如提高飛機(jī)航班的準(zhǔn)點(diǎn)性，針對高收入群體設(shè)立專門的VIP區(qū)域等。要提高服務(wù)意識，熱情細(xì)心的對旅客進(jìn)行更好的服務(wù)。

環(huán)境污染防治需要多個部門聯(lián)動和配合，而行政體制還存在一定的“條塊分割”問題，部門之間往往缺乏溝通[4]。處理問題時，部門間工作流程運(yùn)轉(zhuǎn)不暢，工作效率較低[5]。為建立聯(lián)防聯(lián)控機(jī)制需堅(jiān)持政府主導(dǎo)、社會參與，進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)[6]，構(gòu)建政府、公眾、社會等多元主體平等協(xié)商的治理體制，建立合作機(jī)制和相互協(xié)調(diào)的組織結(jié)構(gòu)，形成長效的聯(lián)動機(jī)制。

2.2.3 公眾參與甚微

很多公眾不清楚如何具體參與網(wǎng)格化治理。基于此情況，建議制定完善的公眾參與機(jī)制：（1）保障公眾的知情權(quán)。暢通信息溝通渠道，充分利用大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)媒體宣傳平臺，豐富信息宣傳方式，充分構(gòu)建政府部門、企業(yè)與公眾的對話機(jī)制。（2）拓寬公眾參與渠道。除了來電、來訪、來信等傳統(tǒng)渠道之外，還可以充分利用微博、微信等新媒體的傳播功能，收集公眾的意見和訴求，拓寬公眾參與前端治理的深度和廣度。（3）培養(yǎng)公民的公共精神，提高公眾的參與意識。

3 大氣網(wǎng)格化閉環(huán)監(jiān)管體系

3.1 點(diǎn)位選址

設(shè)置微觀站監(jiān)測點(diǎn)位，應(yīng)綜合考慮氣象條件（主導(dǎo)風(fēng)向）、污染源分布等，做好本底調(diào)查和數(shù)據(jù)摸底，完成選址論證，為今后大氣質(zhì)量分析提供有效數(shù)據(jù)支撐。現(xiàn)場的布點(diǎn)原則為質(zhì)量控制布點(diǎn)，用于網(wǎng)格化監(jiān)測設(shè)備傳遞與平行比對，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量；采取道路揚(yáng)塵布點(diǎn)、區(qū)域背景布點(diǎn)、隨源布點(diǎn)、網(wǎng)格式布點(diǎn)等多種方式結(jié)合布點(diǎn)。

3.2 差異監(jiān)測

根據(jù)熱點(diǎn)區(qū)域污染物不同，為部分微觀站配置個性化監(jiān)測因子，并同時做好空白區(qū)域?qū)φ毡O(jiān)測，才能準(zhǔn)確掌握特征污染物的污染分布狀況。在一般區(qū)域配置顆粒物（PM10）、PM2.5、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）和O3監(jiān)測因子，以及溫濕度、風(fēng)速、風(fēng)向監(jiān)測因子；在邊界點(diǎn)位及加油站、汽修、化工、包裝印刷、醫(yī)藥、餐飲聚集區(qū)域等配置揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）監(jiān)測因子。

3.3 多維溯源

3.4 現(xiàn)場治理

通過布設(shè)在交通工具上的車載設(shè)備的定位功能、手機(jī)的定位功能，使網(wǎng)格員的位置及運(yùn)動軌跡實(shí)時展現(xiàn)在生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)AI 監(jiān)測監(jiān)管系統(tǒng)中，以便調(diào)派最近的網(wǎng)格員及時趕到事發(fā)生現(xiàn)場，節(jié)約時間成本[9]。

網(wǎng)格員手中的終端設(shè)備（手機(jī)）都部署了環(huán)境監(jiān)管app，可以查看污染事件數(shù)量及事件處于不同狀態(tài)的數(shù)量，包括待派遣、待處理、待核查、待結(jié)案和已結(jié)案的數(shù)量，同時還可以查看案件發(fā)生的趨勢變化及各區(qū)域的案件處理排名情況。網(wǎng)格員還可以上報(bào)污染事件、發(fā)現(xiàn)污染源、處理派發(fā)任務(wù)。當(dāng)有任務(wù)派發(fā)下來時，會向注冊手機(jī)號發(fā)出短信提醒，以便及時處理，如果半小時內(nèi)未能處理事件，系統(tǒng)將會向上一級管理機(jī)構(gòu)發(fā)送短信告知。

4 應(yīng)用案例

組建24h 數(shù)據(jù)分析、預(yù)警預(yù)判、污染事件處理的專業(yè)化技術(shù)團(tuán)隊(duì)，基于標(biāo)準(zhǔn)站數(shù)據(jù)、微觀站數(shù)據(jù)、污染源數(shù)據(jù)、AI 識別、污染事件處理等，形成從數(shù)據(jù)分析到污染處置的全流程管理，為大氣環(huán)境管理和執(zhí)法提供科學(xué)依據(jù)。

4.1 數(shù)據(jù)分析

以標(biāo)準(zhǔn)站各項(xiàng)監(jiān)測因子的數(shù)據(jù)為主，如遇數(shù)據(jù)突升、數(shù)據(jù)異常、排名靠后等情況，借助平臺中的其他數(shù)據(jù)，如微觀站、建筑工地、污染企業(yè)、尾氣門站、環(huán)境污染AI 監(jiān)測監(jiān)管系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，及時分析、及時派單、找準(zhǔn)污染來源及成因，迅速遏制污染勢頭，確保區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量。

4.2 預(yù)警提醒

根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)置空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）及六參數(shù)的目標(biāo)值，生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)AI 監(jiān)測監(jiān)管系統(tǒng)會根據(jù)當(dāng)前設(shè)置值模擬計(jì)算各參數(shù)（PM2.5、PM10、CO、NO2、O3、SO2）當(dāng)前累計(jì)值及剩余控制量、優(yōu)良天數(shù)的剩余天數(shù)等情況，同時支持日度目標(biāo)、月度目標(biāo)、年度目標(biāo)的計(jì)算；系統(tǒng)模擬計(jì)算如優(yōu)良天數(shù)要達(dá)到的設(shè)定目標(biāo)值，所需的當(dāng)年累計(jì)和剩余天數(shù)情況。實(shí)際數(shù)據(jù)超過所設(shè)定的警戒值時，系統(tǒng)平臺會有預(yù)警提醒功能，起到預(yù)警管控的目的。

4.3 事件處置

為解決環(huán)境事件處置不及時、環(huán)境監(jiān)測事件和監(jiān)管平臺不聯(lián)動、環(huán)保工作人員信息不通暢的問題，需建立網(wǎng)格化監(jiān)管工作機(jī)制，建設(shè)網(wǎng)格化環(huán)境監(jiān)管平臺。網(wǎng)格化環(huán)境監(jiān)管平臺以“屬地管理、分級負(fù)責(zé)、全面覆蓋、責(zé)任到人”為原則，利用信息化手段把網(wǎng)格化監(jiān)管工作落到實(shí)處，真正發(fā)揮每個子網(wǎng)格的作用，需要用信息化手段建立一個科學(xué)的工作平臺，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格員全覆蓋、管理機(jī)構(gòu)全登記、工作情況全留痕、績效考核全量化。真正實(shí)現(xiàn)流程化、數(shù)字化、自動化的智能運(yùn)轉(zhuǎn)，從而為污染防治提供有力支撐。

以2021 年3 月21 日10 時閉環(huán)事件為例，數(shù)據(jù)分析人員在值守時發(fā)現(xiàn)某一個點(diǎn)位的PM10濃度高于周邊其他點(diǎn)位，及時通過網(wǎng)格化監(jiān)管系統(tǒng)進(jìn)行了派單處理。網(wǎng)格員通過app 的事件提醒功能，立即出發(fā)至高值點(diǎn)位進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)點(diǎn)位周邊存在渣土裸露未覆蓋的現(xiàn)象，并通知相應(yīng)負(fù)責(zé)人進(jìn)行了處理。網(wǎng)格員通過環(huán)境監(jiān)管app 將問題描述、處理過程和處理結(jié)果進(jìn)行錄入并上傳至平臺。網(wǎng)格長對此次事件進(jìn)行了審核，并辦結(jié)。

5 結(jié)語

大氣污染網(wǎng)格化管理是一個系統(tǒng)而復(fù)雜的過程，在IOT、區(qū)塊鏈、AI 的技術(shù)支撐下，雖然具備先天技術(shù)優(yōu)勢，但也面臨實(shí)際應(yīng)用問題。為此，只有在實(shí)踐中不斷探索，優(yōu)化治理結(jié)構(gòu)、深挖數(shù)據(jù)來源、強(qiáng)化部門聯(lián)動、優(yōu)化公眾參與，才能最大限度發(fā)揮網(wǎng)格化監(jiān)管機(jī)制在環(huán)境管理中輔助決策的作用，有利于實(shí)現(xiàn)閉環(huán)治理、協(xié)同共治的大氣污染治理愿景。