文章關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)模型分析，人工智能系統(tǒng)分析法，微型空氣質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備，空氣質(zhì)量監(jiān)測站，網(wǎng)格化微型監(jiān)測站，微型空氣站的優(yōu)勢，網(wǎng)格化空氣站的實(shí)踐優(yōu)異性能

平原地區(qū)3×3公里、山區(qū)8×8公里，霧霾圍城重壓下，北京破釜沉舟做了一次大膽的嘗試，將自己劃分成無數(shù)的網(wǎng)格，安放了1500多個小型方盒子，像一個個血壓計一樣，時刻觀察身體哪個部位突然的PM2．5指數(shù)異常。

2014年，一次出國學(xué)習(xí)的機(jī)會，北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測中心（以下簡稱監(jiān)測中心）大氣室工程師王欣偶然了解到國外大氣監(jiān)測的最前沿動向，于是有了上述國內(nèi)“網(wǎng)格化監(jiān)測”的最早雛形。

不過，在王欣等人當(dāng)初提出這個構(gòu)想時，還找不到可參考的樣板，僅是停留在研究階段的零星幾個街道或社區(qū)的小范圍探索，沒有標(biāo)準(zhǔn)甚至沒有成型的設(shè)備，猶如在無人區(qū)探索。

國外理念率先實(shí)踐于國內(nèi)

4年間，監(jiān)管需求促進(jìn)高密度監(jiān)測從構(gòu)想到全面鋪開，推動相關(guān)監(jiān)測技術(shù)和市場培育發(fā)展

如今，作為國內(nèi)創(chuàng)新利用高密度空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)進(jìn)行大氣環(huán)境監(jiān)管的發(fā)起端，北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測中心就像大氣監(jiān)測領(lǐng)域的黃埔軍校，來學(xué)習(xí)參觀的人絡(luò)繹不絕。

監(jiān)測中心副主任劉保獻(xiàn)前不久剛接待了一批來自澳大利亞的客人�？腿吮緛泶蛩愕街袊鴤魇诮�(jīng)驗(yàn)和做法，當(dāng)聽到北京目前所做的工作后連連驚嘆，“你們把我們規(guī)劃10年甚至20年后該做的工作都做完了”。

“國外雖然理念在前，但從實(shí)踐角度來說，可能沒有任何一個地方像我們一樣，對環(huán)境質(zhì)量監(jiān)管有如此大的需求�！眲⒈＋I(xiàn)分析，正是國內(nèi)應(yīng)用場景和管理的急迫性比國外強(qiáng)烈得多，也一定程度上使得相關(guān)監(jiān)測技術(shù)和市場很快培育起來。

2013年9月，《北京市2013～2017年清潔空氣行動計劃》（以下簡稱《計劃》）發(fā)布，提出到2017年，全市空氣中的細(xì)顆粒物年均濃度比2012年下降25％以上，控制在60微克／立方米左右。同時，對各區(qū)縣也提出了具體的控制指標(biāo)。

“當(dāng)時覺得要完成《計劃》的指標(biāo)要求難度非常大。所以，當(dāng)我們從國外了解到新一代監(jiān)測趨勢的時候，不妨嘗試去落地�！蓖跣勒f。

2014年年底，回國后的王欣立馬開始琢磨起來。說來在時機(jī)上也特別趕巧，北京的傳統(tǒng)空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)面臨升級，計劃在原有的35個空氣質(zhì)量自動監(jiān)測站（地面站）基礎(chǔ)上升級擴(kuò)展到70個。

“即便數(shù)量上增加一倍，但對于全市范圍而言，平均到每個區(qū)縣的點(diǎn)位數(shù)量依然是非常有限的，相關(guān)決策部門可能對整體水平有個大概的掌握，但針對復(fù)雜的污染源還是缺乏足夠的信息基礎(chǔ)，如何精準(zhǔn)溯源有的放矢？”深知痛點(diǎn)的王欣清楚，當(dāng)務(wù)之急是增加信息數(shù)據(jù)的密度和廣度，這也給低成本、易布設(shè)的微型設(shè)備提供了絕佳的實(shí)踐舞臺。

“傳統(tǒng)的空氣質(zhì)量監(jiān)測站造價十分昂貴，動輒幾百萬元，而且涉及占地，審批手續(xù)繁瑣，周期也自然拉得很長，依靠加密地面站獲取足夠多的監(jiān)測數(shù)據(jù)不切實(shí)際。與此相比，微型傳感器設(shè)備的成本低廉，無需額外占地，安裝也很方便，使大面積布設(shè)成為可能�！蓖跣勒f。

從2014年至今，短短4年時間，利用小型化、低成本、高密度的監(jiān)測傳感設(shè)備來識別大氣污染來源已成為國內(nèi)很多地方環(huán)境管理的常規(guī)手段。在此基礎(chǔ)上，生態(tài)環(huán)境部又于近期啟動全國熱點(diǎn)網(wǎng)格監(jiān)管，結(jié)合衛(wèi)星遙感、氣象、電力、工商等多數(shù)據(jù)源的融合分析，選取PM2．5高值區(qū)域作為熱點(diǎn)網(wǎng)格，布設(shè)高密度監(jiān)測點(diǎn)位，把環(huán)境監(jiān)測監(jiān)管的智能化水平又推進(jìn)了一大步，大幅提高大氣污染的精細(xì)化治理水平。

高密度監(jiān)測如無人區(qū)的探索

兩年時間讓機(jī)器大腦更聰明，系統(tǒng)建立了豐富的大數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)了對不同大氣環(huán)境場景的模擬和預(yù)判

高密度監(jiān)測的基本方向確定后，接下來要考慮方案的設(shè)計和實(shí)施，可問題也隨之出現(xiàn)。點(diǎn)位如何選擇能有代表性，布設(shè)的數(shù)量多少合適？低成本的設(shè)備怎么保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性？一堆問號擺在了王欣等人的面前。

一方面，他們對北京平原和山區(qū)、街道鄉(xiāng)鎮(zhèn)邊界、交通要道、工業(yè)企業(yè)、人類活動區(qū)域、污染特征等作了細(xì)致的摸底調(diào)查。另一方面，也做出了探索性地嘗試，在設(shè)計規(guī)模和成本上設(shè)置了上限，要求控制在兩三個地面站的建設(shè)費(fèi)用內(nèi)。

“在幾方面綜合考慮之下，最后確立了平原地區(qū)3×3公里、山區(qū)8×8公里全市平均布設(shè)網(wǎng)格，即67個地面站加1500個微型站的方案�！蓖跣勒f，現(xiàn)在看來這個布局設(shè)計是合理的，生態(tài)環(huán)境部開展的熱點(diǎn)網(wǎng)格監(jiān)管也延用了3×3公里的網(wǎng)格密度。

在確定點(diǎn)位數(shù)的同期，監(jiān)測中心自動監(jiān)測室工程師王莉華正在緊張地比對選型。

“對于監(jiān)測工作來說，數(shù)據(jù)不僅關(guān)系到監(jiān)測考核，甚至為之后的環(huán)境執(zhí)法提供依據(jù)，因此數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)，并且要保證長期準(zhǔn)。”在她看來，錯誤的數(shù)據(jù)比沒有數(shù)據(jù)更可怕。

當(dāng)時，市面上已經(jīng)出現(xiàn)了眾多檢測PM2．5濃度的傳感器設(shè)備，但僅能滿足公眾日常自測的需求，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品質(zhì)量一致性差，與監(jiān)測工作要求相差甚遠(yuǎn)。

沒有直接可用的成熟產(chǎn)品，只能定制。室外苛刻條件下的長期穩(wěn)定性、設(shè)備的平行性、數(shù)據(jù)的合理誤差區(qū)間，王莉華給這些影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵因素一一制定了標(biāo)準(zhǔn)，反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)和調(diào)試產(chǎn)品。

“要想保證數(shù)據(jù)長期準(zhǔn)確，即需要穩(wěn)定性最好的設(shè)備，但又不能寄希望于設(shè)備單打獨(dú)斗。所以在方案設(shè)計之初，我們找來了國內(nèi)最頂尖的技術(shù)團(tuán)隊(duì)一起研發(fā)，希望通過建立一套智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間互相聯(lián)系，而不是孤立存在�！巴跣辣硎荆�運(yùn)用人工智能大數(shù)據(jù)分析的手段，讓數(shù)據(jù)自己糾錯，這應(yīng)該是對傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)手段的顛覆。

“從2014年底設(shè)計實(shí)施，半年左右時間建成，但直到2017年才正式上線，我們足足等了兩年時間，為的就是讓這臺機(jī)器大腦變得更加聰明�！奔夹g(shù)支撐單位、清華海峽研究院大數(shù)據(jù)中心的環(huán)境專家們介紹，通過地面站和微型站實(shí)時傳輸?shù)谋O(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合溫度、濕度、風(fēng)場、污染類型等影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的組分參數(shù)以及工商、用電數(shù)據(jù)等，系統(tǒng)建立了豐富的大數(shù)據(jù)模型，不單能驗(yàn)證單個數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、合理性，還實(shí)現(xiàn)了對不同大氣環(huán)境場景的模擬和預(yù)判。

動動手指就能掌握站點(diǎn)運(yùn)維

過去運(yùn)維工作無法監(jiān)控和追溯，現(xiàn)在工作流程和考核目標(biāo)都可通過智能系統(tǒng)量化把控

數(shù)據(jù)量的暴增，讓王欣他們感受到的最直接變化，是過去一臺普通服務(wù)器就能滿足數(shù)據(jù)存儲的全部要求，現(xiàn)在不得不借助大數(shù)據(jù)云服務(wù)，尋求更大的數(shù)據(jù)存儲運(yùn)算空間。另一個顯著變化，是工作思維、方式的改變。

“從30多臺一躍到1000多臺設(shè)備規(guī)模，對于運(yùn)維來說，是一個質(zhì)的變化。這意味著定期巡檢、異常報修、耗材更換等常規(guī)工作，如果還延用傳統(tǒng)方式不是跑斷腿就是耗費(fèi)巨大的人力成本，同時也增加了管理者對運(yùn)維日常監(jiān)管考核的難度。”王莉華說，如今，得益于智能系統(tǒng)的幫忙，她只需動動手指，就能對全市所有站點(diǎn)的運(yùn)維狀態(tài)了如指掌。

在監(jiān)測中心的指揮大廳，王莉華像往常一樣登陸系統(tǒng)，對運(yùn)維工單的落實(shí)情況進(jìn)行審核。在運(yùn)維管理界面，全市所有點(diǎn)位的運(yùn)行狀態(tài)按照“正�！�、“一般”、“中等”、“緊急”不同顏色在地圖上進(jìn)行標(biāo)注，同時還顯示著所有問題點(diǎn)位目前的處理狀態(tài)。王莉華點(diǎn)開其中一個待審核工單，在確認(rèn)其報警信息、維修時長、行進(jìn)軌跡、現(xiàn)場照片等信息無誤后，點(diǎn)擊了“審核通過”。

“過去，運(yùn)維工作做得好壞，我們根本無法監(jiān)控和追溯，而現(xiàn)在，對工作流程和考核目標(biāo)都可以通過這套智能系統(tǒng)量化把控。有點(diǎn)像網(wǎng)購或是快遞服務(wù)中普遍應(yīng)用的進(jìn)度查詢。”王莉華透露，這并不意味著需要更高的投入。從目前的運(yùn)行狀況來看，微型站的運(yùn)維壓力和成本都比地面站要低。

2017年8月11日，“北京市高密度網(wǎng)絡(luò)智能管理與應(yīng)用平臺”取代傳統(tǒng)空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)正式亮相。上線“第一把火”就給全市1500多個網(wǎng)格來了個排名，PM2．5濃度上升幅度大、濃度高的高值區(qū)域被列為重點(diǎn)對象，推送到市、區(qū)環(huán)保局。

“原來全市只有30多個大站的時候，空氣質(zhì)量評價只限到區(qū)一級�，F(xiàn)在，各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道，甚至村、社區(qū)都暴露在陽光下，空氣質(zhì)量好壞一清二楚�！眲⒈＋I(xiàn)表示，這對于環(huán)境監(jiān)管執(zhí)法來說，能夠更加精準(zhǔn)高效溯源；同時，強(qiáng)化落實(shí)屬地監(jiān)管主體責(zé)任，減少互相扯皮、推諉的情況發(fā)生。