自动监测数据应用能力评价方法的探讨

2015-04-27钱贵龙

资源节约与环保 2015年12期

关键词：数据量个数时段

杨帆余靖钱贵龙

（1浙江环茂自控科技有限公司浙江杭州310053 2浙江省辐射环境监测站浙江杭州310012）

自动监测数据应用能力评价方法的探讨

杨帆1余靖2钱贵龙2

（1浙江环茂自控科技有限公司浙江杭州310053 2浙江省辐射环境监测站浙江杭州310012）

当前传输有效率指标在实际管理和应用中存在的不足，本文提出在当前传输有效率考核基础上，结合日常运维管理工作对自动监测数据准确性的保障措施，建立一组能反映自动监控日常运行的各个不同阶段的水平的评价指标体系，其中传输率和有效率可以用于评价自动监控终端的基本运行质量，完整率可用于评价该系统最终的准确和可信程度，即应用能力的评价。本文还对各指标的具体计算进行例证，并提出在具体管理中拓展应用的建议。

自动监测；应用能力；评价方法；传输有效率

“十一五”以来，污染源自动监控系统的建设和运行作为加强环境监管，实施总量减排等环保工作的重要手段，发挥出越来越重要的作用。随着环保工作的不断推进，自动监控系统的应用需求越来越多，要求也越来越高，自动监控系统的运行质量到底如何，到达什么样的水平层次，能为其他环保工作提供支撑，需要对其有一个科学准确的应用能力方面的评价方法。

1 应用能力评价工作的发展

自动监控系统在建设阶段，主要考察的是联网率，环保部在“十一五”期间对国控重点源自动监控系统仅提出了75%以上联网的要求。有些省份在此基础上，根据技术规范，要求企业治污设施运行时间90%以上要有自动监测数据，并提出了有效数据获取率等概念，但此时如何准确获取设施运行时间以及自动监测数据何为有效，并没有做过多的定义，因此无法准确计算获取该指标。这一阶段，自动监控系统更多的只是发挥监控预警功能，即数据达到或者超过设定的值就开始预警，继而开展人工检查和监测。

随着自动监控工作的推进，以及减排工作对监控系统的需求，从2013年起，环境保护部提出了传输有效率的概念，对自动监测的数据状态提出了定义，全国各地逐步开展了以传输有效率考核为手段的，一系列加强自动监控运行管理的工作，取得了良好的效果。但是在系统的应用过程中，仍然发现有大量的数据虽然被判定为有效，但实际上并不能真实反映日常数据的准确性，究其原因是认定有效的前提太过宽泛，每季度开展1次的监督考核，并不能真实反映日常运行中的实际水平。另一方面，将传输有效率的单一性无法体现出系统运行管理各方的实际工作质量和成果。

2 评价方法的改进

基于当前传输有效率指标在实际管理和应用中存在的不足，结合日常运维管理工作对自动监测数据准确性的保障措施，建立一组能反映自动监控日常运行的各个不同阶段的水平的评价指标体系，既可以用于评价自动监控终端的基本运行质量，又可以用于评价该系统最终的准确和可信程度，即应用能力的评价。

本文根据环境保护部当前关于自动监控系统传输有效率考核的方法，结合日常运行维护和管理工作的实施情况，通过研究，提出传输率、有效率、完整率3个指标为一体的综合评价体系，3个指标该具有相同的评价基础和范围，即以排污单位实际排放污染物的时间和实施自动监控的污染因子数的乘积作为统一的评价范围。

传输率是自动监测设备传输至环保监控平台的数据量与应收数据量的百分比，较之前的评价方法考虑了监控因子数量的因素，而不是单纯的设备是否联通的概念。

有效率为实际收到的有效数据量与应收数据量的百分比，是自动监控系统初始运行质量的评价指标。数据是否有效可以设置一系列的规则进行认定审核，从方法上摒弃了一季度一次的有效性认定带来的不确定性以及脱管带来的无据性，更多地考虑并发挥日常维护和巡检管理等工作在数据质量保障方面的作用，并作为自动监控终端初始运行质量的评价指标。

完整率是经自动监控设备所有方在数据无效的时候开展人工监测等合法方式开展修约，并经审核最终确定为有效的数据量与初始认定为有效的数据量之和与应收数据量的百分比，就是最终有多少数据以及比例是能被各方认可是可用的数据，即可作为自动监测数据应用能力的评价指标。

3 评价方法的实现

3.1 传输率的计算

传输率即某一考核时间段环保监控平台实际收到数据个数之和与应收数据个数之和的百分比，其考核指向网络运营商是否能提供稳定的传输网络，被监控站点是否具有规范稳定运行的数采仪。由于国家传输有效率考核中涉及的日均值，仅仅是一个统计数据，在设备运行质量评价以及总量计算时并无多大意义，而平时接收的实时数据（分钟值）数据量大且重复性高。因此从可行性以及污染源排放量计算方法两方面考虑，我们仅对时均值进行评价。

因此，传输率的计算公式如下：

其中：P—评价时段内的传输率

A—某因子评价时段内实收时均值个数

D—某因子评价时段内缺失时均值个数

H—某因子评价时段内小时数

n—监控因子数

例如，某个站点共监测COD、pH，氨氮、总磷和流量5个因子，在一个月内（以720h计）停运了100h，理论应收数据为5×（720-100）=3100，实际收到时均值个数分别为COD 600个，pH值610个，氨氮560个，总磷500个，流量610个，则传输率为（600+610+560+500+610）/（620×5）=92.9%。

在实际计算时，不论数据的状态是否有效、是否超标数据，只需要准确记录该站点停运的时间段，确保分母的准确性即可，而分子由上位监控平台根据选择的评价时间段进行自动统计，如果停运期间仍接收到数据的，应该予以剔除。

3.2 有效率M的考核

有效率是自动监测设备传输至上位监控平台的有效数据量与应收数据量的百分比，是自动监控系统初始运行质量的评价指标。有效率的计算必须建立在所有数据只赋予一种状态的基础上，即有效、无效、缺失、停运四种状态，为了发挥日常运维和巡检管理等工作的效能，在数据有效的认定方面采用排除法。无效的状态“包括非法、失控、故障等，非法是指在自动监测设备未验收、未开展监督考核、监督考核不合格或者超出监督考核有效期这四种情况下的数据状态。失控指设备在日常运行期间质控结果超出误差范围和重新校准之前，这期间产生的自动监测数据的状态。故障是指在设备运行正常情况下数据出现超量程、极小幅度变化以及明显不符合（数据与现实的或相关数据之间的）逻辑的状态”[1]。排除无效的若干种状态后即可认定为有效。导致无效的几类原因可以在监控平台的计算机程序上进一步细化。因此，有效率的计算公式如下：

其中：M—评价时段内的有效率

A—某因子评价时段内实收时均值个数

B—某因子评价时段内有效时均值个数

C—某因子评价时段内失控时均值个数

H—某因子评价时段内小时数

n—监控因子数

例如，在上述站点这个月内，出现了四个方面的无效状态，（1）由于监督考核工作不及时导致超期2天；（2）由于COD、总磷运维不及时导致质控超期1天；（3）pH和氨氮质控失控经过6个小时维修后恢复正常；（4）通过网络巡检发现COD、氨氮设备出现异常，经现场调查为设备故障确认数据为无效，30h后恢复正常，但其中有20h数据未上传，实际在平台上至有10个数据被确认因故障而无效。因此，五个因子分别出现了COD（48+24+10=82个）、pH（48+6=54个）、氨氮（48+6+10=64个）、总磷（48+24=72个）、流量（48个）无效数据。则有效率=[（600-82）+（610-54）+（560-64）+（500-72）+（610-48）]/（620*5）=82.6%。

通过这一指标对自动监控站点基本运行质量进行评价。从该指标的定义以及评价的规则上，可以体现出环保部门的监督管理以及日常运维的质控保障的效果。要使其提升到一定水准，除环保部门做好例行的监督考核工作之外，企业或者第三方运营单位必须按照有关技术规范按期开展日常维护，质控比对，实样比对，同时加强自我巡检，提升故障响应和排除的时间，该指标越高，说明运维质量越好，人工干预越少，数据可信度越高。

3.3 完整率N考核规则

由于存在各种各样的原因导致原始数据不可能全部有效，因此如果当有效率低于某一应用中的要求时，自动监控数据进行统计计算时就会存在缺失和不足，需要进行人工干预。完整率是在有效率基础上，对无效和缺失的数据按照技术规则经修约成为有效数据后，最终所有有效的数据占应收数据的百分比，就是最终有多少数据以及比例是能被各方认可是可用的数据，作为自动监测数据应用能力的评价指标。同时可以计算修约率用于体现人工干预的程度，因此，完整率的计算公式如下：

其中：N—评价时段内的完整率

M—评价时段内的有效率

E—某因子评价时段内按要求开展修约的时均值个数

F—某因子评价时段内未按要求开展修约的时均值个数

H—某因子评价时段内小时数

n—监控因子数

R—评价时段内的修约率,公式如下：

R=（E1+E2+…+En）/[（C1+D1）+（C2+D2）+…+（Cn+Dn）]

C—某因子评价时段内失控时均值个数

D—某因子评价时段内缺失时均值个数

例如，在上述站点这个月内，五个因子无效数据和缺失数据之和分别为COD（82+20=102个）、pH值（54+10=64个）、氨氮（64+60=124个）、总磷（72+120=192个）、流量（48+10=58个），分别及时修约的个数为COD90个、pH值60个、氨氮100个、总磷160个、流量58个。因此修约率为（90+60+100+160+58）/（102+64+ 124+192+58）=86.7%，而完整率为82.6%+（90+60+100+160+58）/（620*5）=97.7%。

通过这一指标对自动监控站点最终可用数据情况进行评价，直接反应自动监测数据的应用能力。理论上如果修约工作均及时准确，则完整率将达到100%，但如果无效和缺失的数据没有及时修约或者修约结果未获得环保部门认可，则数据依旧为无效，就不在完整率的统计之内。这就需要自动监控设备运营方在发现问题并尽快修复的同时，尽全力开展其他方式通过人工干预的方式弥补排放监控的缺失。而完整率与有效率之差即为人工干预的程度，在具体应用过程中可以设置完整率的要求和干扰程度的置信区间。