大數據背景下計算機技術在環境監測質量管理中的應用研究

趙偉瓊

關鍵詞：大數據；計算機技術；環境監測質量管理

改革開放至今，全球環境問題日益凸顯，解決環境問題也越來越困難。目前，環境監測質量管理中傳統計算機分析方法都無法適應當前實際情況。而計算機技術可有效分析及解決各種環境問題，在很多方面都有其優越性。利用計算機技術，對海量環境信息進行歸類、儲存，通過計算機技術，快速、方便地查找所需信息。同時，為科研工作者提供交流平臺，使其可共享有關環境問題研究成果，從而達到共同的目的。因此可以看出，計算機技術在環保方面有著舉足輕重的地位。

一、大數據背景下計算機技術對于提高環境監測質量管理的重要性

作為信息時代發展必然產物，大數據成為當前國際上最為活躍的研究課題。我國十分重視大數據在各個領域發展與應用，國務院于2015 年出臺《促進大數據發展行動綱要》把大數據作為國家發展戰略。國內外學者將大數據定義為海量數據交互，數據更新快、數據類型及覆蓋范圍大。廣義地說，就是通過運用現代信息科技，對某一具體對象大量有限數據進行持續采集及分析，從而探索、揭示及預測事物發展內在規律及發展趨勢。大數據具有規模大、流動快、種類多、價值高等四大特征。

環境大數據在環境管理中，主要以“生態環境大數據”為核心，該項目作為具有創新意義的啟動項目，對推動我國環境治理體系及治理能力現代化具有重要意義。2016 年原環保部辦公廳《生態環境大數據建設總體方案》提出，要在今后5 年內，通過生態環境大數據建設與應用，使生態環境決策科學化、環境監管科學化、環境管理科學化、環境公共服務便民化。如有學者通過對內蒙古環境大數據研究，認為建立及應用環境大數據，是順應新形勢、新要求、全面提高環境監管水平有力手段。環境大數據發展與應用將有助于促進信息資源整合與開放共享，促進數字中國建設。生態環境大數據構建能夠有效地改善當前環境治理狀況，是促進我國環境發展的主要目標。從這一點可看出，我國政府十分重視環境大數據在環境治理中的重要性，而眾多學者也都從不同角度提出環境大數據構建的想法。

此外，大數據在環保方面有著巨大發展潛力。有學者認為提出要構建能夠將環境數據相互聯系、共享、相互支持的環境數據共享平臺，為環境管理發展提供技術支持。加快生態文明建設大數據開放平臺建設，一方面需要搭建大數據公共云平臺，整合及收集部門分散數據，促進信息互聯互通，另一方面需要建立信息在線數據庫，方便公眾查詢、獲取生態文明建設信息并監督政府生態文明建設。有學者提出要建設生態環境大數據服務平臺，發揮政府主導作用，促進各市場主體、社會組織、教育機構等各類團體及個人共同參與，推動建立便捷高效生態環境公共服務體系。建立統一環境信息公開平臺，增強公眾參與能力，加強與政府溝通機制，使其更好地發揮其社會作用。另有學者認為，通過構建生態環境大數據平臺，可實現政府信息全面共享，有利于環境政策科學制定。在網絡環境大數據環境下，通過建立由政府、企業、社會等多方主體共同參與環境大數據平臺，可提高環境治理能力、促進環境治理能力現代化。

二、大數據背景下計算機技術在環境監測質量管理的關鍵技術

（一）辦公自動化的應用

該系統采用目前最先進系統LotusNotes（OA），結合先進電子郵件系統、多媒體數據庫、多層安全系統等技術針對客戶實際需求制定一套完整辦公自動化管理軟件，增強工作透明度，節省辦公成本，提高工作效率。通過建立以數據庫為基礎內外信息平臺建立信息公開系統，實現電子辦公室，使得分散在不同地區環保監測員不受地理空間制約，整體反應及速度都得到極大提高，環境監測管理朝著實時、簡潔化方向不斷發展，不僅提高環境監測管理效率，且還大大節約人力、物力。

（二）網絡技術

大數據時代來臨，大數據已經在各行各業中得到廣泛應用。當前，國內外學者對大數據研究多集中在金融、醫療等領域，而環境大數據正是基于大數據研究而產生。從宏觀角度來看，環境大數據是利用大數據概念、技術及方法，解決環境領域數據采集、存儲、計算及應用等一系列問題，是大數據理論及技術在環境領域上的應用及實踐。環境大數據具有大數據共性，可以有效解決傳統技術手段難以有效收集、處理及應用的生態環境數據。加之隨著互聯網技術飛速發展，互聯網技術也逐漸成為人們日常生活及工作中必不可少的手段。基于3S 技術環境監控信息建設需要綜合、細致地思考On-Line 網絡GIS 技術，Java 技術的出現為環境監測構建3S 系統提供了有力支撐。

（三）空間模型管理與模擬技術

空間模型管理與模擬技術的出現使得環境監測工作由“點”向“面”延伸，同時空間模型管理與模擬技術在一定程度上提高了環境監測對各種環境污染事件的預測能力，對于建立基于環境應急服務監測與評價體系具有重要意義。

（四）遙感技術的應用

在現代GIS 中遙感影像及數據是其核心資源。遙感影像是包含多種地理因素綜合地理信息資源，同時也是具有空間意義信息，能夠為地理現象空間分布提供可靠定位及定量數據。

遙感資料可全面加強地理復合體圖像及概念，同時也可提供具有全球性特征可視地形真實圖像，由表及里，以間接形式從中得到更為豐富二次信息。因此，遙感技術綜合利用物理、數學、地質法則方法來進行數據采集技術。

目前，遙感技術與GIS 網絡技術緊密結合，可為環境變化研究提供多維、動態網絡數據。在環境變化監測方面，要全面掌握及認識全球范圍內大氣中含有放射性及化學成分微量氣體時空分布及變化規律，特別是CO，CO2，N2O，CH4，SO2 等。數值模型在環境變遷研究中起到至關重要作用，其水平分辨率要接近目前數值模型。利用這些先進技術，不但能另使用者在最短時間內掌握與環境有關地理地圖資料，還能獲得與之相關報表、地圖、文字、多媒體資料（聲、視、動畫、圖像）等，使用者能夠全方位掌握我國環境情況，使GIS 空間性、綜合性優勢作用充分發揮。

三、大數據背景下計算機技術在環境監測質量管理的建議

（一）以整體為核心的控制因素

由于生態環境質量與國民生活密切相關，因此，對其進行快速、準確及合理的評價較為關鍵。此外，盡管GIS、遙感等技術在我國生態環境質量評估中得到廣泛應用，但是目前還沒有成熟、業務化評價體系。大多數都是以GIS 為主，只有少量地理信息資源，只有一些簡單地理信息資源，比如圖像裁剪、鑲嵌、變換、幾何校正、分類等。同時，生態環境質量與植被、大氣、水、噪聲等諸多因素之間存在著密切聯系，對此，應建立一套高效、快捷方法來反映環境質量，按照《生態環境質量評價規范》要求建立基于GIS 技術生態環境質量評估業務系統。

（二）加強數據收集適用性，提高數據傳播力度

隨著計算機技術的飛速發展，計算機數據處理及統計能力得到極大提高。近幾年，隨著全球環境問題突出，環境指標及相關數據數量也在不斷增加。環境科學研究包括大量數據、圖像及模型數據處理這些工作，單純靠人工進行分析是很困難的。同時，在進行數據處理時，其計算結果精確度及精確度將會受到影響，從而對最終評價指標產生影響。科學有效運用計算機技術可有效地解決上述問題。利用計算機技術可使測量結果準確度得到顯著提高，使環境質量得到更好控制，并能更好地完成環境治理。同時，它還可對海量復雜數據進行統計、分類、存儲，使環保方面海量信息得以系統化，無論是在大量數據處理上，還是在計算及處理數據上，計算機都有著巨大優勢。此外，計算機網絡為人們提供基于互聯網信息資源檢索平臺。

通過計算機網絡，可有效地進行各種環境保護方面信息交換，從而使新環保觀念得到不斷優化。利用計算機及網絡技術，可方便地收集各種需要資料，并能及時掌握環境科學發展趨勢，加速研究。以往，從書籍中查找信息，不但耗時耗力，還可參考 文獻數量很少，能接觸到外國文獻更是寥寥無幾。由于國內網絡信息資源快速更新，使得很多最新文獻能夠在很短時間內被收錄。另外，隨著計算機技術飛速發展，各類學科專業網站及網上學術論壇涌現，對環境科學發展及信息傳播起到積極推動作用。計算機正逐步成為環保領域中重要研究手段。在解決某些環境問題時，應該建立環境治理模型。傳統環境治理技術無法構建模型，只能通過人工抽象來進行分析，限制它應用。而運用計算機技術，則可將MATLAB 與神經網絡與遺傳算法相結合。在解決各種環保問題方面，取得很好成效。

此外，計算機軟件具有很強的文字、圖形編輯能力，操作簡單、快捷，而且易于修改。通過 Visio 軟件，可以實現簡單、清楚的流程。利用 PPT、 Flash 等軟件，將實驗結果生動、形象展現。

（三）計算機逐漸在環境監測方面推廣

近年來，計算機已被廣泛地用于環境污染監測、環境影響評價及環境污染統計。同時，計算機在這幾個方面運用，也顯示出很好的運用效果。

在環境監測方面，計算機涉及的環境監測包括大氣環境監測、水環境監測、土壤監測、放射性監測、環境噪聲監測等。計算機運算速度極快，可應付各種復雜多變的監控任務。利用自己強大數據儲存、分類功能，構建大量數據信息庫，對數據進行統計、分析、報告，并利用互聯網進行有效數據發布。另外，利用GIS 技術對河流、湖泊、海域進行環境監測與質量評估，還可利用GIS 技術，繪制出環境專題圖。通過繪制污染源分布圖、大氣質量分布圖等專題圖的分析，可更好地掌握各地區環境狀況，以便有針對性地進行環保工作，因此你可以看出，面對大規模生態環境保護及治理，應運用計算機網絡技術、衛星遙感技術、計算機管理軟件等手段，才能得到較好治理效果。

（四）數據一體化管理與共享

遙感影像分析是地理信息系統與地理信息系統重要組成部分，需要解決兩個平臺間互用性問題。其主要問題有兩個：一是GIS 及遙感資料統一格式。因為要使用標準文檔格式，使得處理流程更加煩瑣。二是，這兩個系統都支持彼此檔案。該方法無需將現有文件進行格式轉換，便于操作。

遙感資料多以網格形式儲存，GIS 資料一般采用向量格式，采用集成方式，既能支持兩種不同檔案，又能進行分布式管理。由于遙感圖像采集費用比較高，而且所占存儲空間很大，因此，為每個人都配有對應圖像，會造成很大費用。而遙感圖像應用特征則是多個用戶頻繁地對同一圖像進行對應操作，即以共享方式利用圖像。基于Web 服務共享模式可將服務器軟件資源及硬件資源整合起來，以便于最終用戶應用。柵矢數據集與分布式管理ArcGIS 核心數據模型Geodatabase，其主要功能是根據特定數據規則對空間及屬性進行存儲，并對其進行放縮管理。這是很好綜合利用GIS 及遙感數據存儲模式。

其主要包括三個層次：FileBasedGeodatabase、PersonalGeodatabase、Enterprise（SDE）Geodatabase。其中Enterprise（SDE）Geodatabase 支持分布式管理與儲存，ENVI 完全支持ArcGISGeodatabase 各個級別的讀寫， 在ENVI、ENVIZoom、ENVIEX 中都可以通過菜單RemoteConnectionManager 打開相應的面板，也可通過SavetoArcGISGeodatabase 菜單將數據保存到Geodatabase。

（五）生態環境質量評價

在對圖像進行裁剪、增強、幾何校正、圖像變換、分類及后分類等過程基礎上，得到圖像分類圖。通過對各地類匹配關系、侵蝕度等級、各指數標準化指數綜合分析，得到NDVI 指數、生物豐度指數、環境質量指數、水網密度指數、植被覆蓋度指數、生態環境質量指數、污染負荷指數等指標。生態環境質量評估菜單主要由以下幾個部分組成：新評估區域土層、標準化因子配置、生物豐度、水網密度、植被覆蓋指數、環境質量指數。

四、結束語

總而言之，計算機在環保領域有著舉足輕重的作用。利用計算機技術不僅可對各種環境問題進行科學有效監測，而且可有效地向科研工作者傳遞及反映環境問題。近幾年，隨著計算機技術發展，我國環保事業也得到極大發展，但仍有一些缺陷。在今后應用中，有關科研工作者要不斷積累經驗，不斷提升技術及操作能力，使計算機技術能夠更好地運用于環保領域，從而解決今后我國面臨的環境問題。