在線監(jiān)測技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的有效應(yīng)用探討

盧巧梅

（哈密市污染監(jiān)控綜合信息中心，新疆 哈密 839000）

引言

在線監(jiān)測是指對監(jiān)控對象進行遠程實時監(jiān)管的作業(yè)手段，相較于傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)，在線監(jiān)測能夠?qū)崿F(xiàn)全天候地監(jiān)管，具有及時性以及有效性，所以在線監(jiān)測也就成為現(xiàn)階段監(jiān)測行業(yè)的關(guān)鍵一環(huán)。環(huán)境監(jiān)測作為針對環(huán)境污染狀況以及變化狀況進行監(jiān)督的作業(yè)，需要長時間地對區(qū)域環(huán)境進行監(jiān)督，及時地發(fā)現(xiàn)其在一定時間段內(nèi)的變化，以分析其污染程度和擴散速度。隨著城市化進程的加快，環(huán)境污染狀況越發(fā)嚴重，傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)就難以滿足需要，要求相關(guān)人員結(jié)合實際需要引進在線監(jiān)測，實現(xiàn)對環(huán)境狀況的長時間監(jiān)測以及實時監(jiān)測。但是實際作業(yè)環(huán)節(jié)，在線監(jiān)測本身技術(shù)性很強，再加上環(huán)境狀況變化較為復(fù)雜，因此，在線監(jiān)測技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測環(huán)節(jié)的應(yīng)用中存在一些難點，很大程度上制約監(jiān)測作業(yè)的落實。在此背景中，相關(guān)單位就需要加強對二者的研究，結(jié)合技術(shù)特點以及污染狀況合理地制定應(yīng)用策略，以實現(xiàn)對環(huán)境的有效監(jiān)測。

1 在線監(jiān)測技術(shù)概述

在線監(jiān)測是指在實時或準(zhǔn)實時的基礎(chǔ)上對特定對象或環(huán)境參數(shù)進行監(jiān)測和測量的過程。它利用傳感器、儀器或監(jiān)測設(shè)備，通過連續(xù)或定期采集數(shù)據(jù)來監(jiān)測、評估和控制各種物理、化學(xué)、生物或環(huán)境參數(shù)。在線監(jiān)測可以提供對系統(tǒng)運行狀況的實時反饋，幫助進行過程控制、預(yù)警和故障診斷。它能夠幫助我們更好地了解、管理和保護環(huán)境、提高生產(chǎn)效率和能源利用效率[1]。由于其優(yōu)勢較大，所以在線監(jiān)測可以應(yīng)用于多個領(lǐng)域，包括環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)監(jiān)測、能源監(jiān)測等方面。在環(huán)境監(jiān)測中，在線監(jiān)測可以用于監(jiān)測大氣質(zhì)量、水質(zhì)、土壤污染、噪音和輻射水平等。環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)，見圖1。

圖1 環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)

2 環(huán)境監(jiān)測概述

2.1 環(huán)境監(jiān)測的概念

環(huán)境監(jiān)測是指對生態(tài)環(huán)境中的各種物理、化學(xué)、生物指標(biāo)和污染物進行系統(tǒng)性地、持續(xù)性地監(jiān)測和評估的過程。旨在了解環(huán)境的狀況、變化趨勢，評估環(huán)境質(zhì)量，為環(huán)境保護和管理提供依據(jù)。由于環(huán)境監(jiān)測的對象是復(fù)雜多變的氣候，所以環(huán)境監(jiān)測涵蓋了多個方面，包括大氣、水體、土壤、生物多樣性等。在大氣環(huán)境監(jiān)測中，常見的監(jiān)測指標(biāo)包括空氣中的污染物（如PM2.5、二氧化硫、臭氧等）、氣象參數(shù)（如溫度、濕度、風(fēng)速等）等。水體環(huán)境監(jiān)測主要關(guān)注水質(zhì)參數(shù)，如水中的溶解氧、化學(xué)需氧量、重金屬等。土壤監(jiān)測主要評估土壤的營養(yǎng)狀況、污染程度等。而生物多樣性監(jiān)測則關(guān)注生物群落的組成、分布以及動植物的數(shù)量和種類等。環(huán)境監(jiān)測的目的是及時、準(zhǔn)確地獲取環(huán)境的信息，包括環(huán)境狀況、變化趨勢和影響因素，以確保環(huán)境質(zhì)量得到長期保障。通過環(huán)境監(jiān)測，可以及早發(fā)現(xiàn)環(huán)境問題和風(fēng)險，制定相應(yīng)的環(huán)境保護和管理策略，實施預(yù)防和控制措施，減少環(huán)境污染，保護生態(tài)系統(tǒng)。此外，環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)還用于政策制定、環(huán)境影響評價、環(huán)境監(jiān)管等方面。

2.2 環(huán)境監(jiān)測的難點

在生態(tài)環(huán)境管理領(lǐng)域中，環(huán)境監(jiān)測工作的重要性是非常大的，其服務(wù)內(nèi)容涵蓋也較為廣泛，見圖2。

圖2 環(huán)境監(jiān)測服務(wù)的內(nèi)容

在實際作業(yè)環(huán)節(jié)，環(huán)境監(jiān)測需要對復(fù)雜多變的環(huán)境狀況以及污染狀況進行監(jiān)督，作業(yè)就存在一些難點，制約監(jiān)測的落實，需要相關(guān)人員加強對隱患的研究，以規(guī)避其影響。首先是生態(tài)環(huán)境的復(fù)雜性，環(huán)境是復(fù)雜而動態(tài)的系統(tǒng)，涉及多種物理、化學(xué)和生物過程。環(huán)境監(jiān)測需要考慮和處理多個參數(shù)的相互作用和變化趨勢，這增加了監(jiān)測的復(fù)雜性。其次是數(shù)據(jù)質(zhì)量問題，監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量和一致性對于正確評估和比較不同監(jiān)測站點、時間段和地區(qū)的數(shù)據(jù)非常重要。然而，數(shù)據(jù)收集和處理中可能存在誤差、漏報和數(shù)據(jù)缺失等問題，這可能影響監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。而且監(jiān)測數(shù)據(jù)通常是大量和復(fù)雜的，需要進行有效地處理和分析才能提取有用的信息，可能涉及數(shù)據(jù)分類、質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)插值、統(tǒng)計分析等技術(shù)和方法；然后是設(shè)備以及技術(shù)方面的問題，環(huán)境監(jiān)測需要使用各種傳感器等儀器和設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集。然而，這些設(shè)備的準(zhǔn)確性、靈敏度和穩(wěn)定性等方面會影響監(jiān)測結(jié)果的可信度。

實際作業(yè)環(huán)節(jié)，監(jiān)測站點的選擇和布局對于獲得代表性的、全面的監(jiān)測數(shù)據(jù)非常重要。這需要考慮到地理條件、環(huán)境特征、人口分布等因素，并確保在不同區(qū)域、不同環(huán)境介質(zhì)中都能得到合適的監(jiān)測覆蓋，難度很大。此外就是數(shù)據(jù)的利用問題，監(jiān)測數(shù)據(jù)的交流和利用對于環(huán)境管理、政策制定和公眾參與都具有重要意義[2]。然而，將監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可理解和有意義的信息，并將其傳達給相關(guān)利益相關(guān)方可能存在挑戰(zhàn)。這些狀況的存在都一定程度上影響監(jiān)測作業(yè)的落實或者是制約環(huán)境監(jiān)測的質(zhì)量，需要相關(guān)人員加強重視。

3 在線監(jiān)測技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測環(huán)節(jié)的優(yōu)勢與落實難點

3.1 在線監(jiān)測技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的優(yōu)勢

3.1.1 實現(xiàn)實時監(jiān)測

在線監(jiān)測技術(shù)能夠提供實時或接近實時的監(jiān)測數(shù)據(jù)，幫助及時感知環(huán)境的變化和污染事件。這有助于快速響應(yīng)和采取必要的措施，以保護人民健康和環(huán)境安全。

3.1.2 采樣效率高

在線監(jiān)測技術(shù)能夠進行高頻率的數(shù)據(jù)采樣，提供更準(zhǔn)確和精細的監(jiān)測結(jié)果。相比之下，傳統(tǒng)的離線監(jiān)測方法可能只能提供有限次數(shù)的采樣，難以全面地捕捉環(huán)境的變化趨勢；此后還能實現(xiàn)多參數(shù)監(jiān)測，在線監(jiān)測技術(shù)可以同時監(jiān)測多個環(huán)境參數(shù)，如空氣質(zhì)量、水質(zhì)、土壤污染等。這就使得對環(huán)境的綜合評估更加全面，有助于全面了解環(huán)境的狀況和影響因素；然后是網(wǎng)絡(luò)傳輸與數(shù)據(jù)共享的特點，在線監(jiān)測技術(shù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)即時的數(shù)據(jù)共享和遠程訪問。監(jiān)測數(shù)據(jù)可以上傳到云平臺或相關(guān)數(shù)據(jù)庫，供政府、科研機構(gòu)、企業(yè)和公眾等多個利益相關(guān)方使用。這有助于加強技術(shù)研究、政策制定與公眾參與；之后還實現(xiàn)了自動化作業(yè)，在線監(jiān)測技術(shù)采用自動化的儀器和設(shè)備，無需人員連續(xù)操作和監(jiān)控。這降低了人力成本，并提高了監(jiān)測的效率和可靠性[3]。

此外，自動化操作還能夠減少人員暴露于有害環(huán)境物質(zhì)的風(fēng)險。再就是成本的降低，在線監(jiān)測技術(shù)具有較低的運維成本和資源投入。相比于傳統(tǒng)的離線監(jiān)測方法，它們可以更節(jié)約時間、人力和實驗室設(shè)備。這使得在線監(jiān)測技術(shù)在長期運行和大范圍應(yīng)用中更具可行性和經(jīng)濟性。在線監(jiān)測技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中具有多種優(yōu)勢，為保護環(huán)境、優(yōu)化資源利用等提供了強有力的支持，需要加強對其的研究。

3.2 在線監(jiān)測技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用難點

在線監(jiān)測技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中也面臨一些應(yīng)用難點，主要有儀器精度與準(zhǔn)確性問題、標(biāo)準(zhǔn)化與互操作性問題、數(shù)據(jù)處理與分析問題、設(shè)備維護與故障排除問題以及整體系統(tǒng)優(yōu)化與集成問題等。這些問題的存在直接影響在線監(jiān)測技術(shù)的落實，就需要相關(guān)人員結(jié)合實際需要進行解決。環(huán)境在線監(jiān)測的組成，見圖3。

圖3 環(huán)境在線監(jiān)測的組成

4 在線監(jiān)測技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的有效應(yīng)用

4.1 監(jiān)測流程的掌握

在線監(jiān)測技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測環(huán)節(jié)的應(yīng)用關(guān)鍵在于流程的掌握，要求相關(guān)人員結(jié)合環(huán)境監(jiān)測作業(yè)需要以及在線監(jiān)測特點進行合理設(shè)計，以充分發(fā)揮在線監(jiān)測的功能。

4.1.1 監(jiān)測目標(biāo)的確定

另一方面，刑法本身存在的合理性也需要公眾認同的支持。“刑法如果得不到公眾的認同，它就是施行暴政的工具，從而與社會的法治觀念格格不入。只有保持刑法與市民感覺或規(guī)范意識之間的一致性或張力，獲得公眾對刑法的認同感，才不會使刑事司法活動成為一個脫離公眾的‘異物’”。［8］

作業(yè)前需要明確監(jiān)測的環(huán)境參數(shù)和監(jiān)測目標(biāo)，例如空氣質(zhì)量、水質(zhì)、噪聲水平等，然后根據(jù)實際需要選擇合適的在線監(jiān)測技術(shù)和儀器設(shè)備。

4.1.2 技術(shù)的選擇

要根據(jù)監(jiān)測目標(biāo)和特定環(huán)境條件，選擇合適的在線監(jiān)測技術(shù)。例如，光學(xué)傳感器、氣相色譜儀和水質(zhì)傳感器等，可以用于不同環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測。

4.1.3 布局設(shè)計

人員需要合理布置監(jiān)測站點，以覆蓋不同區(qū)域和環(huán)境條件，確保監(jiān)測站點的網(wǎng)絡(luò)連接穩(wěn)定，并選擇合適的數(shù)據(jù)傳輸方式進行信息傳遞。

4.1.4 信息處理

相關(guān)單位需要制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的可比性和一致性。這包括數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、儀器校準(zhǔn)和監(jiān)測操作規(guī)程等。并在此基礎(chǔ)上開發(fā)適用的算法和方法，對在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理和分析。這包括數(shù)據(jù)清洗、校準(zhǔn)、異常檢測和數(shù)據(jù)挖掘等，以提取有意義的信息和趨勢[4]。還可以建立數(shù)據(jù)共享平臺和數(shù)據(jù)庫，使得監(jiān)測數(shù)據(jù)對政府、科研機構(gòu)、企業(yè)和公眾等多個利益相關(guān)方可用。促進數(shù)據(jù)的交流、分析和應(yīng)用，為環(huán)境決策和公眾參與提供支持。

4.2 監(jiān)測方式的選擇

環(huán)境監(jiān)測中，在線監(jiān)測技術(shù)類型較多，而且不同技術(shù)適用范圍存在差異，所以，在線監(jiān)測技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測環(huán)節(jié)的應(yīng)用，就需要合理地選擇監(jiān)測方式。首先，傳感器監(jiān)測，該技術(shù)使用各種傳感器技術(shù)，如光學(xué)傳感器、氣體傳感器、水質(zhì)傳感器等，直接監(jiān)測環(huán)境中的物理、化學(xué)參數(shù)。傳感器將環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)化為電信號，并通過連接到在線監(jiān)測系統(tǒng)的方式進行實時數(shù)據(jù)采集和傳輸。其次，遙感監(jiān)測，利用遙感技術(shù)，通過衛(wèi)星或無人機等遠程平臺獲取大范圍、高分辨率的環(huán)境數(shù)據(jù)。遙感監(jiān)測可以提供區(qū)域性的環(huán)境參數(shù)監(jiān)測，如土壤濕度、植被指數(shù)、溫度分布等。第三，大數(shù)據(jù)技術(shù)以及計算機技術(shù)，相關(guān)人員可以借助計算機建立模型，通過建立環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)模型，對歷史和實時數(shù)據(jù)進行分析和建模，可以預(yù)測環(huán)境參數(shù)的變化趨勢和影響因素。利用數(shù)據(jù)挖掘和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進行深入分析和挖掘，發(fā)現(xiàn)隱藏的關(guān)聯(lián)和規(guī)律，這有助于識別與環(huán)境參數(shù)相關(guān)的因素，并優(yōu)化環(huán)境監(jiān)測和管理策略[5]。

此外，則是自動化控制以及遠程操作技術(shù)，在線監(jiān)測技術(shù)可以與自動化控制系統(tǒng)集成，實現(xiàn)對環(huán)境參數(shù)的遠程監(jiān)測和智能調(diào)控。通過實時接收監(jiān)測數(shù)據(jù)，并根據(jù)設(shè)定的閾值和規(guī)則進行自動化控制。這就要求作業(yè)人員結(jié)合環(huán)境監(jiān)測的實際需要合理進行選擇。

4.3 不同環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用情況

實際的環(huán)境監(jiān)測中，由于環(huán)境狀況涉及面較廣，所以在線監(jiān)測的應(yīng)用也需要根據(jù)不同的領(lǐng)域進行轉(zhuǎn)化。

4.3.1 大氣環(huán)境監(jiān)測

在線監(jiān)測技術(shù)可用于監(jiān)測大氣中的污染物濃度，如二氧化硫、氮氧化物、臭氧等，以評估空氣質(zhì)量。傳感器和氣象站可以實時監(jiān)測溫度、濕度、風(fēng)速和風(fēng)向等氣象數(shù)據(jù)。

4.3.2 水環(huán)境監(jiān)測

在線監(jiān)測技術(shù)可用于監(jiān)測水體中的水質(zhì)參數(shù)，如水溫、pH值、溶解氧、濁度和含有害物質(zhì)的濃度等。這有助于評估水環(huán)境的健康狀況，及時發(fā)現(xiàn)和處理污染事件；然后是土壤環(huán)境的監(jiān)測，在線監(jiān)測技術(shù)可用于監(jiān)測土壤中的濕度、溫度、鹽度、重金屬含量等參數(shù)。這幫助農(nóng)業(yè)管理者優(yōu)化灌溉和施肥策略，保護土壤生態(tài)系統(tǒng)。

4.3.3 對影響因素的監(jiān)測

在線監(jiān)測技術(shù)可用于實時監(jiān)測城市、工業(yè)區(qū)和交通路段等地區(qū)的噪聲水平。這有助于評估噪聲對人群健康和居住環(huán)境的影響，并采取相應(yīng)的噪聲控制措施[6]。還能用于監(jiān)測核電站周圍和工業(yè)區(qū)域中的輻射水平。這有助于及時掌握輻射泄漏事件的情況，并采取必要的防護和疏散措施。此外就是生物監(jiān)測，在線監(jiān)測技術(shù)可用于監(jiān)測野生動植物棲息地的狀況，例如監(jiān)測鳥類、蝴蝶和植被的分布和數(shù)量，這有助于保護生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)更加健康。

5 結(jié)語

環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)可以及早發(fā)現(xiàn)空間環(huán)境的變化，迅速對環(huán)境污染進行預(yù)警，并且能夠?qū)崟r跟蹤污染源，從而更好地為環(huán)境監(jiān)管、治理提供有力的支持。與此同時，環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)還在一定程度上推動了環(huán)境信息網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，使環(huán)境監(jiān)測與治理工作更加便捷，促進了環(huán)保產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化進程。所以在實際作業(yè)環(huán)節(jié)中，相關(guān)人員應(yīng)結(jié)合實際需要，建立起專業(yè)的在線監(jiān)測機制，合理地將該技術(shù)引進到環(huán)境監(jiān)測中。