大数据背景下计算机技术在环境监测质量管理中的应用研究

赵伟琼

关键词：大数据；计算机技术；环境监测质量管理

改革开放至今，全球环境问题日益凸显，解决环境问题也越来越困难。目前，环境监测质量管理中传统计算机分析方法都无法适应当前实际情况。而计算机技术可有效分析及解决各种环境问题，在很多方面都有其优越性。利用计算机技术，对海量环境信息进行归类、储存，通过计算机技术，快速、方便地查找所需信息。同时，为科研工作者提供交流平台，使其可共享有关环境问题研究成果，从而达到共同的目的。因此可以看出，计算机技术在环保方面有着举足轻重的地位。

一、大数据背景下计算机技术对于提高环境监测质量管理的重要性

作为信息时代发展必然产物，大数据成为当前国际上最为活跃的研究课题。我国十分重视大数据在各个领域发展与应用，国务院于2015 年出台《促进大数据发展行动纲要》把大数据作为国家发展战略。国内外学者将大数据定义为海量数据交互，数据更新快、数据类型及覆盖范围大。广义地说，就是通过运用现代信息科技，对某一具体对象大量有限数据进行持续采集及分析，从而探索、揭示及预测事物发展内在规律及发展趋势。大数据具有规模大、流动快、种类多、价值高等四大特征。

环境大数据在环境管理中，主要以“生态环境大数据”为核心，该项目作为具有创新意义的启动项目，对推动我国环境治理体系及治理能力现代化具有重要意義。2016 年原环保部办公厅《生态环境大数据建设总体方案》提出，要在今后5 年内，通过生态环境大数据建设与应用，使生态环境决策科学化、环境监管科学化、环境管理科学化、环境公共服务便民化。如有学者通过对内蒙古环境大数据研究，认为建立及应用环境大数据，是顺应新形势、新要求、全面提高环境监管水平有力手段。环境大数据发展与应用将有助于促进信息资源整合与开放共享，促进数字中国建设。生态环境大数据构建能够有效地改善当前环境治理状况，是促进我国环境发展的主要目标。从这一点可看出，我国政府十分重视环境大数据在环境治理中的重要性，而众多学者也都从不同角度提出环境大数据构建的想法。

此外，大数据在环保方面有着巨大发展潜力。有学者认为提出要构建能够将环境数据相互联系、共享、相互支持的环境数据共享平台，为环境管理发展提供技术支持。加快生态文明建设大数据开放平台建设，一方面需要搭建大数据公共云平台，整合及收集部门分散数据，促进信息互联互通，另一方面需要建立信息在线数据库，方便公众查询、获取生态文明建设信息并监督政府生态文明建设。有学者提出要建设生态环境大数据服务平台，发挥政府主导作用，促进各市场主体、社会组织、教育机构等各类团体及个人共同参与，推动建立便捷高效生态环境公共服务体系。建立统一环境信息公开平台，增强公众参与能力，加强与政府沟通机制，使其更好地发挥其社会作用。另有学者认为，通过构建生态环境大数据平台，可实现政府信息全面共享，有利于环境政策科学制定。在网络环境大数据环境下，通过建立由政府、企业、社会等多方主体共同参与环境大数据平台，可提高环境治理能力、促进环境治理能力现代化。

二、大数据背景下计算机技术在环境监测质量管理的关键技术

（一）办公自动化的应用

该系统采用目前最先进系统LotusNotes（OA），结合先进电子邮件系统、多媒体数据库、多层安全系统等技术针对客户实际需求制定一套完整办公自动化管理软件，增强工作透明度，节省办公成本，提高工作效率。通过建立以数据库为基础内外信息平台建立信息公开系统，实现电子办公室，使得分散在不同地区环保监测员不受地理空间制约，整体反应及速度都得到极大提高，环境监测管理朝着实时、简洁化方向不断发展，不仅提高环境监测管理效率，且还大大节约人力、物力。

（二）网络技术

大数据时代来临，大数据已经在各行各业中得到广泛应用。当前，国内外学者对大数据研究多集中在金融、医疗等领域，而环境大数据正是基于大数据研究而产生。从宏观角度来看，环境大数据是利用大数据概念、技术及方法，解决环境领域数据采集、存储、计算及应用等一系列问题，是大数据理论及技术在环境领域上的应用及实践。环境大数据具有大数据共性，可以有效解决传统技术手段难以有效收集、处理及应用的生态环境数据。加之随着互联网技术飞速发展，互联网技术也逐渐成为人们日常生活及工作中必不可少的手段。基于3S 技术环境监控信息建设需要综合、细致地思考On-Line 网络GIS 技术，Java 技术的出现为环境监测构建3S 系统提供了有力支撑。

（三）空间模型管理与模拟技术

空间模型管理与模拟技术的出现使得环境监测工作由“点”向“面”延伸，同时空间模型管理与模拟技术在一定程度上提高了环境监测对各种环境污染事件的预测能力，对于建立基于环境应急服务监测与评价体系具有重要意义。

（四）遥感技术的应用

在现代GIS 中遥感影像及数据是其核心资源。遥感影像是包含多种地理因素综合地理信息资源，同时也是具有空间意义信息，能够为地理现象空间分布提供可靠定位及定量数据。

遥感资料可全面加强地理复合体图像及概念，同时也可提供具有全球性特征可视地形真实图像，由表及里，以间接形式从中得到更为丰富二次信息。因此，遥感技术综合利用物理、数学、地质法则方法来进行数据采集技术。

目前，遥感技术与GIS 网络技术紧密结合，可为环境变化研究提供多维、动态网络数据。在环境变化监测方面，要全面掌握及认识全球范围内大气中含有放射性及化学成分微量气体时空分布及变化规律，特别是CO，CO2，N2O，CH4，SO2 等。数值模型在环境变迁研究中起到至关重要作用，其水平分辨率要接近目前数值模型。利用这些先进技术，不但能另使用者在最短时间内掌握与环境有关地理地图资料，还能获得与之相关报表、地图、文字、多媒体资料（声、视、动画、图像）等，使用者能够全方位掌握我国环境情况，使GIS 空间性、综合性优势作用充分发挥。

三、大数据背景下计算机技术在环境监测质量管理的建议

（一）以整体为核心的控制因素

由于生态环境质量与国民生活密切相关，因此，对其进行快速、准确及合理的评价较为关键。此外，尽管GIS、遥感等技术在我国生态环境质量评估中得到广泛应用，但是目前还没有成熟、业务化评价体系。大多数都是以GIS 为主，只有少量地理信息资源，只有一些简单地理信息资源，比如图像裁剪、镶嵌、变换、几何校正、分类等。同时，生态环境质量与植被、大气、水、噪声等诸多因素之间存在着密切联系，对此，应建立一套高效、快捷方法来反映环境质量，按照《生态环境质量评价规范》要求建立基于GIS 技术生态环境质量评估业务系统。

（二）加强数据收集适用性，提高数据传播力度

随着计算机技术的飞速发展，计算机数据处理及统计能力得到极大提高。近几年，随着全球环境问题突出，环境指标及相关数据数量也在不断增加。环境科学研究包括大量数据、图像及模型数据处理这些工作，单纯靠人工进行分析是很困难的。同时，在进行数据处理时，其计算结果精确度及精确度将会受到影响，从而对最终评价指标产生影响。科学有效运用计算机技术可有效地解决上述问题。利用计算机技术可使测量结果准确度得到显著提高，使环境质量得到更好控制，并能更好地完成环境治理。同时，它还可对海量复杂数据进行统计、分类、存储，使环保方面海量信息得以系统化，无论是在大量数据处理上，还是在计算及处理数据上，计算机都有着巨大优势。此外，计算机网络为人们提供基于互联网信息资源检索平台。

通过计算机网络，可有效地进行各种环境保护方面信息交换，从而使新环保观念得到不断优化。利用计算机及网络技术，可方便地收集各种需要资料，并能及时掌握环境科学发展趋势，加速研究。以往，从书籍中查找信息，不但耗时耗力，还可参考 文献数量很少，能接触到外国文献更是寥寥无几。由于国内网络信息资源快速更新，使得很多最新文献能够在很短时间内被收录。另外，随着计算机技术飞速发展，各类学科专业网站及网上学术论坛涌现，对环境科学发展及信息传播起到积极推动作用。计算机正逐步成为环保领域中重要研究手段。在解决某些环境问题时，应该建立环境治理模型。传统环境治理技术无法构建模型，只能通过人工抽象来进行分析，限制它应用。而运用计算机技术，则可将MATLAB 与神经网络与遗传算法相结合。在解决各种环保问题方面，取得很好成效。

此外，计算机软件具有很强的文字、图形编辑能力，操作简单、快捷，而且易于修改。通过 Visio 软件，可以实现简单、清楚的流程。利用 PPT、 Flash 等软件，将实验结果生动、形象展现。

（三）计算机逐渐在环境监测方面推广

近年来，计算机已被广泛地用于环境污染监测、环境影响评价及环境污染统计。同时，计算机在这几个方面运用，也显示出很好的运用效果。

在环境监测方面，计算机涉及的环境监测包括大气环境监测、水环境监测、土壤监测、放射性监测、环境噪声监测等。计算机运算速度极快，可应付各种复杂多变的监控任务。利用自己强大数据储存、分类功能，构建大量数据信息库，对数据进行统计、分析、报告，并利用互联网进行有效数据发布。另外，利用GIS 技术对河流、湖泊、海域进行环境监测与质量评估，还可利用GIS 技术，绘制出环境专题图。通过绘制污染源分布图、大气质量分布图等专题图的分析，可更好地掌握各地区环境状况，以便有针对性地进行环保工作，因此你可以看出，面对大规模生态环境保护及治理，应运用计算机网络技术、卫星遥感技术、计算机管理软件等手段，才能得到较好治理效果。

（四）数据一体化管理与共享

遥感影像分析是地理信息系统与地理信息系统重要组成部分，需要解决两个平台间互用性问题。其主要问题有两个：一是GIS 及遥感资料统一格式。因为要使用标准文档格式，使得处理流程更加烦琐。二是，这两个系统都支持彼此档案。该方法无需将现有文件进行格式转换，便于操作。

遥感资料多以网格形式储存，GIS 资料一般采用向量格式，采用集成方式，既能支持两种不同档案，又能进行分布式管理。由于遥感图像采集费用比较高，而且所占存储空间很大，因此，为每个人都配有对应图像，会造成很大费用。而遥感图像应用特征则是多个用户频繁地对同一图像进行对应操作，即以共享方式利用图像。基于Web 服务共享模式可将服务器软件资源及硬件资源整合起来，以便于最终用户应用。栅矢数据集与分布式管理ArcGIS 核心数据模型Geodatabase，其主要功能是根据特定数据规则对空间及属性进行存储，并对其进行放缩管理。这是很好综合利用GIS 及遥感数据存储模式。

其主要包括三个层次：FileBasedGeodatabase、PersonalGeodatabase、Enterprise（SDE）Geodatabase。其中Enterprise（SDE）Geodatabase 支持分布式管理与储存，ENVI 完全支持ArcGISGeodatabase 各个级别的读写， 在ENVI、ENVIZoom、ENVIEX 中都可以通过菜单RemoteConnectionManager 打开相应的面板，也可通过SavetoArcGISGeodatabase 菜单将数据保存到Geodatabase。

（五）生态环境质量评价

在对图像进行裁剪、增强、几何校正、图像变换、分类及后分类等过程基础上，得到图像分类图。通过对各地类匹配关系、侵蝕度等级、各指数标准化指数综合分析，得到NDVI 指数、生物丰度指数、环境质量指数、水网密度指数、植被覆盖度指数、生态环境质量指数、污染负荷指数等指标。生态环境质量评估菜单主要由以下几个部分组成：新评估区域土层、标准化因子配置、生物丰度、水网密度、植被覆盖指数、环境质量指数。

四、结束语

总而言之，计算机在环保领域有着举足轻重的作用。利用计算机技术不仅可对各种环境问题进行科学有效监测，而且可有效地向科研工作者传递及反映环境问题。近几年，随着计算机技术发展，我国环保事业也得到极大发展，但仍有一些缺陷。在今后应用中，有关科研工作者要不断积累经验，不断提升技术及操作能力，使计算机技术能够更好地运用于环保领域，从而解决今后我国面临的环境问题。