数字化监测系统在大气监测中的应用

安徽省滁州生态环境监测中心 潘淙

随着大数据、云计算以及无人机等一系列的高精尖技术的快速发展，我国的数字技术愈发的成熟，各行各业也陆续使用数字化技术，比如说水质监测工程系统中使用了智能化监测系统来实时监控水质问题；动物勘察系统使用了数据化监测来观察动物迁移存活等方面的活动轨迹。这无一不说明着数据化监测系统的重要性，它不仅能够实时掌握关键的信息，还能通过智能大数据分析出所蕴藏危险的可能性或是通过智能数据预测出接下来的监控物变化等一系列的功能，以方便相关监管部门进行有效的控制。

一、数字技术在大气监测中的应用现状

（一）目前数字化监测系统的使用情况

经过对我国大气监测系统中智能数字化技术的使用效率进行分析可知，虽然数字化监测系统经过长期的实践改良运用，基本上大部分功能均可应用在大气监测中，并且已经实现了基本所需的服务，但其综合性并没有真正全面地体现在大气监测中。当前阶段大数据以及数字化是现代社会一个蓬勃发展的新兴领域，其在大气监测系统中的全面性并没有很明显地体现出来，现阶段的大气监测部门使用数据化监测系统主要是用来预测天气变化以及对无人机所收集的大量数据进行简单的整合、计算、分析，而且目前数字化监测系统是集收集数据、分析数据以及实时数据监测等功能为一体的数字化智能系统，它不仅能够通过无人机进行探测，还可以利用其进行远程监控，可谓是综合性能极强的系统，但相关部门并没有将其实时监测和管控的功能进行使用。

（二）数字化技术与大气监测的融合情况

以往大气的监测主要是通过大量的人工监测和人工运算，所以经常会有预测不准、结果反馈不及时以及大气环境监管不到位的情况出现。而数字化技术的出现则将大量的人工数据计算精简化，利用智能系统收集的大量数据信息进行统一核算，这就是大数据技术。大数据在对数据进行分析与整理的过程中，并非仅对数据实行简单的处理和总结，而是使用高速的运算来对广泛的数据实施整合计算，从而获得更加真实的结果[1]。将大数据放入服务器端进行高速的运算，不仅缓解了人工计算的压力，还使结果相比人工计算来说更加的准确可靠。在客户端的数据采集、数据接收、记录分析等方面，大气监测系统将其汇总，发送至服务器端进行数据核算、数据查询。大气监测系统也应用的炉火纯青，虽然大气监测系统可以有效地应用到了监测的各个基本环节，但其综合功能还有待拓展。

二、数字化监测对大气环境监控的重要性

近年来，数字化监测系统得普及应用能够实现对某一区域大气环境的全天候、实时监测，工作人员按照监测获取的数据信息来制定有针对性的防控方案，尤其是雾霾相对严重的地区，借助于对雾霾的监测能够提前预报或采取其他相关措施，从而更好地为人们的身体健康提供保障[2]。虽说对大气环境的数字化监控已经全面实现，并为人民生活带来了健康保障，为市民的生活出行带来了不少的便利，但大气环境监测系统的数字化进程还有待改进，将整个数字化监测系统的应用进行拓展是长期性、不可松懈的工作。大气监测系统的应用重要性在于，一方面，大气的实时监测关乎着大气环境的污染情况的治理工作的好坏，而大气环境污染的治理与市民身体健康、生态系统等方面息息相关，大气实时监测关乎着人们生活的方方面面。另一方面，大气环境信息的预测为市民的出行提供了极大的便利，出门要不要带伞，需不需要做好雾霾防护等疑问都得到了很好的预测解答，给居民带来了无可比拟的便利性。总的来说，数字化监测系统在大气监测中的应用有着非同寻常的意义。

三、数字化监测系统的应用

（一）天眼数据收集

大气实时监测的实现是需要先经过大量的数据收集，而数据的收集一般而言采用的是两种方式；一种是利用我国各个地方所建立的气象站点获取数据，另一种则是利用无人机进行数据采集。气象站点是通过各种感应进行大气环境数据收集的，每一个气象站点都装有特定的感应器，可以实时的监控到这一片低空区域的气压、气温、空气湿度、降水量、蒸发量、风向、风速、日照时长以及地温等相关方面的数据信息，方便气象站工作人员针对这些收集到的信息进行分析、处理，从而能够及时地对这片区域的大气环境更好地掌控。虽然气象站点所收集的数据较为多样化，并为气象人员的基础数据分析带来了可靠的数据信息来源，但由于气象监测站造价成本高、维护困难、所覆盖的监测范围不够广，因此使得相关部门仅凭气象站的数据作出的分析报告既不够全面又不够精准，而无人机进行数据采集则很好地弥补了这一方面的问题。由于大气环境复杂，再加上高空取照时成像不够清晰，一般气象监测无人机的摄像技术中心会加一个高光谱视频成像仪。高光谱视频成像仪是光电领域尖端的探测和成像技术成果之一，解决了传统扫描式光谱仪数据量大、成像时间长、云台稳定性要求高以及无法拍摄动态场景等弊端[3]。而这种独特的技术对高空中的光谱以及一些气象站点未覆盖采集的信息进行数据信息上的补足，再结合计算机技术，将气象站数据与无人机数据进行整合，得出一份完整、全面的大气环境报告，相比以前采用人工取样、人工演算这种方式所带来的信息延迟性来说，数字化监测系统使得大气信息的获取和大气情况推演变得更加实时化，大大提高了相关部门的工作效率，并造福了人民群众的生活出行。

（二）数据分析排查

数字化监测系统在大气监测工作中不仅担任着数据收集的功能，其服务器还可以对收集来的各种各样的数据信息进行存储、对比、分析和排查，这使得大气监测系统更加综合化，而不是单一的收集数据信息。数字化大气监测采用Springboot框架进行系统网站的搭建，相较于以前使用的前后端一体化技术所带来的维护困难、每次信息请求时服务器压力大等缺点，Springboot则是采用系统前端与系统后端分离的模式这样既可以满足后端数据信息处理的高并发、高可用、高性能以及数据存储安全、数据查询业务等一系列功能，还可以满足前端追求页面表现、速度流畅、兼容性强、用户体验等一系列功能，使得整个系统的运行更加地流畅化，用户使用体验感更好。通过数字化监测系统在服务器端利用算法对大气环境数据信息进行大量的测试对比，并对数据存储以及客户端实时收集的数据进行运算，得出一份合理、科学的分析报告，并且能够提出相应的解决方案，这在很大的程度上降低了气象监测局的工作繁杂程度并大大地提高了他们的工作效率。而且由于数字化监测具有科学化分析的功能，对于一些可能出现的大气污染以及大气环境的未来变化，它也有一个很好的排查作用，该系统可以利用数据库中所存储的数据进行查询，从而监测某一地区的大气环境变化趋势，再通过该变化趋势将可能的污染源进行排查，从而使得工作人员能够提前发现问题，将污染防治在萌发阶段，而目前气象监测人员并未将数字化监测系统的排查功能全面的运用。因此，想要让数字化监测系统更好地服务于大气监测，我们必须将这个问题妥善处理。

（三）利用数据信息进行大气预测

在过去，传统的天气预测其结果往往难以令人称心如意，实际的天气情况总是会与预报信息有所出入，并且，我们获得天气预报的方式通常是从天气预报中获取，但由于预报站点固定为几个重点城市，所以周边民众无法对于当地的信息了解的更加详细。随着智能手机的大量普及以及数字化监测系统的全面应用推广，人们获得天气信息则更加地及时、精准。而通过数字化大气监测系统，不仅可以对天气情况进行实时预报，还可以对空气质量和空气湿度以及风力进行监测，并为人们的出行提供相应的建议，增强公众对天气预报的认可度，帮助公众及时做好防护工作，降低由于大气污染问题而造成身体上的伤害，从而提高人们的身体素质，减少因空气质量患病的概率[4]。而这些都离不开大气监测系统中的智能数字化测量功能，它能够实时地对大气中的物质，比如湿度、温度以及颗粒物等进行有效的测量并进行实时分析。一方面数字化监测系统所提供的监测数据可以为民众的出行提供便利，并在很大程度上减轻相关工作人员的工作负担；另一方面，科学研究人员可以很好地利用数字化监测系统所提供的数据进行高效地研究分析，并制定出完美的解决方案，且专家人员也可利用该数据基于我国的大气环境信息为我国的未来发展提出更加具有建设性的意见。比如，当大气科研人员需要对空气中的有害颗粒物的浓度以及空气质量进行测评的时候，他们可以调用该系统所存储的数据信息，对该地区的空气质量进行全面分析，对于存在的污染源以及可能出现的污染进行有效地防治，从而给该地区的发展提出科学合理的建设性意见。这样不仅有利于该地区的可持续发展，也保障了人民的身心健康，在规范排污行为的同时，还降低了大气污染。

（四）利用数据信息进行大气污染监测

那么如何应用数字化监控进行大气污染监测的防控板块呢？我们从天眼数据收集中可以知道想要实现数字化监测的重点在于数据的收集，然后通过客户端将收集来的数据传输到服务器中进行存储运算，使得数字可视化的实现。由于采用的是前后端分离的开发技术，数据运转的每一个过程都是独立进行的，当一个板块的功能出现问题时不会影响到其他板块的正常运行，而且这样在数据收集传输的过程中，数据信息流也不容易出现错误。由于我国地域辽阔，而且有比较复杂的地形环境以及存在相对比较偏远且信号较弱的地区，使得我们在获取数据时有很大的阻力，而无人飞机高光谱视频成像仪的引入使用，使得边远地区、复杂地形等人工取样较为困难的地方利用远程监控的方式将智能自动化数据采集发挥得淋漓尽致，进而使得数据的获取更加全面，让数字化技术利用数据监测进行推演更加精准。而且对于一些树木较多的地区以及工厂密集地区，都会通过安装特殊的摄像头，利用视频识别系统，对于一些易造成大气污染的地方进行重点监控，一方面，它可以利用数据可视化技术实时监测到异常的燃烧情况并报警，另一方面，对于超标的大气污染排放地区也会进行预警，从而方便有关部门高效的开展治理工作。

（五）大气环境质控的数字化应用

数字化监测系统在控制大气环境质量的方面起到了不可代替的作用，大气环境质量问题是现阶段大众十分关注的问题，通过科学合理地应用这个系统，提供数字化以并运用数字化的功能，在控制环境质量等多个环节中都能发挥出积极的作用[5]。大气监测系统能够利用智能数字化技术将空气中的颗粒污染物和一些其他物质类型的污染物进行采集，然后对其全面的监测、分析，以达到一个全面的大气质量管控。比如，该系统可以将空气中的氮氧化物浓度进行全面的系统性分析，或是将一氧化碳、碳氢化合物以及二氧化硫等有害气体等进行收集，将其成分物质进行二次深入分析，然后结合收集气体的位置信息等相关的数据进行全面的排查监测，提出一份针对性的分析报告，系统可以根据提出的分析报告再次提出针对性的合理化建议。当数字化监测系统将大气数据分析报告整合出来并提出了科学合理的建设性意见之后，该系统还可以利用过去所存储的数据信息进行全方位的核算，将未来月度或季度的信息数据进行一个整合性的比较核查。利用现阶段实时采集的信息将过去、现在、未来三个阶段的分析报告进行全方位的总结，以便工作人员能够作出正确合理的决策。这不仅减轻了气象人员的工作负担，还使得大气监测变得更加地合理、科学化，让数据说话，让科学为人类服务，不仅在生活上给人们带来了便利，还大大提高了大气监测的工作效率。

总而言之，通过智能监控系统对大气环境进行实时的监控，再结合大数据进行一系列科学、合理的云计算。在此基础之上，能够为监管部门带去不少的便利，为监测部门预测天气情况、实时管控大气环境以及处理大气环境污染问题提供了强有力的数据支撑，也保护了民众的身体健康安全。数字化监控系统不仅提高了人民群众的生活便利性，让人们能够实时在智能手机上获得出行指南，还使得相关工作部门的工作质量大幅提升，让相关的工作流程简单高效化，监控变得更加方便快捷。将数字化监控系统全面应用到大气监测中，让大气监测系统与智能技术相结合，进而使得我国大气环境监测水平得到质的提升。

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大气污染是由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此危害了人体的舒适、健康和福利或环境的现象。

大气污染物由人为源或者天然源进入大气（输入），参与大气的循环过程，经过一定的滞留时间之后，又通过大气中的化学反应、生物活动和物理沉降从大气中去除（输出）。如果输出的速率小于输入的速率，就会在大气中相对集聚，造成大气中某种物质的浓度升高。当浓度升高到一定程度时，就会直接或间接地对人、生物或材料等造成急性、慢性危害，大气就被污染了。

大气污染物是指由于人类活动或自然过程排入大气的并对环境或人产生有害影响的那些物质。大气污染物按其存在状态可分为两大类：一种是气溶胶状态污染物，另一种是气体状态污染物；若按形成过程分类则可分为一次污染物和二次污染物。一次污染物是指直接从污染源排放的污染物质，二次污染物则是由一次污染物经过化学反应或光化学反应形成的与一次污染物的物理化学性质完全不同的新的污染物，其毒性比一次污染物强。

凡是能使空气质量变差的物质都是大气污染物。大气污染物已知的约有100多种。

有自然因素（如森林火灾、火山爆发等）和人为因素（如工业废气、生活燃煤、汽车尾气等）两种，并且以后者为主要因素，尤其是工业生产和交通运输所造成的。主要过程由污染源排放、大气传播、人与物受害这三个环节所构成。

火山喷发：排放出H2S、CO2、CO、HF、SO2及火山灰等颗粒物。

森林火灾：排放出CO、CO2、SO2、NO2、HC等。

自然尘：风沙、土壤尘等。

森林植物释放：主要为萜烯类碳氢化合物。

海浪飞沫颗粒物：主要为硫酸盐与亚硫酸盐。