大气环境网格化监管及应用

张昕宇，刘雪妍，王涛，张伟＊

（1.中新天津生态城生态环境局，天津 300467；2.罗克佳华科技集团股份有限公司，北京 101111）

1 实施背景

1.1 完成环境质量改善目标

“十三五”末期，全国大气环境质量改善成效显著，但区域之间仍不均衡，其中，珠三角、长三角地区空气质量总体基本达标，京津冀及周边地区“2+26”城市空气质量均有不同幅度提升改善，但细颗粒物（PM2.5）和臭氧（O3）等主要污染物浓度尚未达到《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）二级标准。

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要》明确提出，要深入打好污染防治攻坚战。这就对实现精准治污、科学治污，提升环境信息综合分析能力提出了更高的要求。

1.2 加强环境监管信息化建设

目前，环境数据信息平台之间未完全实现数据共享，从而影响了信息化手段辅助环境决策的效力。大量环境数据资源没有得到充分开发利用，无法提供实时数据关联查询，导致环境数据在部门间有断点，往往针对一个查询对象需要登录数个平台方能将核心信息汇聚完整。众多监测数据和业务数据急需运用智能化的环境模拟模型，才可深入挖掘、分析环境变化态势，为环境管理决策支持和业务管理提供服务，加强融合互通的环境监管信息化建设势在必行。

1.3 实现大气闭环监管场景

大气污染防治工作目前以现场巡查和数据值守为主，分别侧重于发现现场问题和高值数据，而未能将两者有机结合起来。这样的工作模式在一定程度上影响了环境污染事件处置效率。而如果通过工作联动，形成“发现问题—处理问题—解决问题”的闭环场景，即数据员通过平台实时掌握区域大气质量变化，捕捉异常排放行为、理清污染传输路径，并通过小程序（app）实现预警与派单，网格员就能够有的放矢地开展工作，快速到达污染热点区域、发现污染事件、监督整改进程、上报处置结果，数据员就能够将事件及时结案并跟踪处置效果。该场景的实施将有可能同时实现事件高效处置和人员绩效考核。

2 网格化监管技术特点

2.1 技术优势

2.1.1 设备配置灵活

大气网格化监测设备采用可插拔式传感器技术，安装方式与安装位置更为灵活，同时可根据不同需求，在六项因子之外，扩展总挥发性有机物（TVOCs）、总悬浮微粒（TSP）、温度、湿度、风速、风向等参数。将监测设备通过网格化布局，对重点位置进行个性化监控，形成部署在网格化监管平台上的大气监测网络。

2.1.2 多源数据融合

网格化监管平台以物联网（IOT）、区块链、人工智能（AI）为技术支撑，可以将不同途径获取的多源数据进行整合分析，并在地理信息系统（GIS）地图上进行统一展示。通过GIS 地图可直观观看监测设备、污染源、尾气门站的具体分布情况，网格员、车载设备、无人机的实时位置及走航轨迹，点击图标可查看对应的实时数据；可进行数据融合的监测终端包括但不限于大气国控站、大气微观站、大气移动站、气象站、尾气门站、重点排放源、无人机、AI 监控视频等。

2.1.3 提升监管效能

网格化管理改变了传统的大气污染监测模式。通过新型自动化监测手段以高时空分辨率采集可靠准确的监测数据，实现了空气质量的实时监测和远程监控，大大减少了人工监测的频次，有效解决了目前我国普遍存在的大气污染监管工作和人员配备不足的问题，大幅提高了大气污染监管的工作效率[1]，体现了节约型社会和以人为本的管理理念。

2.1.4 辅助精细治理

利用现代信息技术，构建预警系统、统计系统、智能分析系统、智能监督执法系统。通过预警系统可及时获取超标污染的因子、时间。通过统计系统可查询不同因子的数据，并对其进行对比、分析，形成数据统计报表或报告。通过智能分析系统，重点分析监测点位历史污染物浓度和气象数据以及历史空气质量情况，同时结合预测预报模型，可进行区域环境质量的综合分析研判。通过智能监督执法系统，对多源数据进行融合分析，高效解决环境污染事件，实现区域范围内的整体调度运营，实现环境事件的快速响应、迅速派单、及时反馈等闭环处置流程。基于以上功能可做到动态监管，为大气污染精细化的治理提供了技术支持[2]。

2.2 技术短板

2.2.1 数据深度挖掘不足

目前，环境管理的前瞻性研究不够；部门间还存在数据“壁垒”，数据的获取及其准确性、时效性都存在不确定因素；算法比较落后，致使数据的深度挖掘不足。建议加强数据挖掘深度，高效集成多类监测数据，丰富相关数据源，推动各类数据相互印证、补充，解决数据不全、不准、不真，监测信息价值含量不高等问题。加强融合分析，释放数据价值。强化数据关联分析，充分反映环境空气质量、污染源排放、重大治理措施、经济活动变化、公众舆论感受的关系，开展污染溯源追因、治理成效评估、精细化管控，为精准治污、科学治污提供有力支撑[3]。

2.2.2 部门联合难处理

这就要求民航航空控制自己的票价，缩小一本分利润空间，推出一些特价航空机票，刺激市场。可以制定一些特殊区域，开设特色服务，比如提高飞机航班的准点性，针对高收入群体设立专门的VIP区域等。要提高服务意识，热情细心的对旅客进行更好的服务。

环境污染防治需要多个部门联动和配合，而行政体制还存在一定的“条块分割”问题，部门之间往往缺乏沟通[4]。处理问题时，部门间工作流程运转不畅，工作效率较低[5]。为建立联防联控机制需坚持政府主导、社会参与，进行顶层设计[6]，构建政府、公众、社会等多元主体平等协商的治理体制，建立合作机制和相互协调的组织结构，形成长效的联动机制。

2.2.3 公众参与甚微

很多公众不清楚如何具体参与网格化治理。基于此情况，建议制定完善的公众参与机制：（1）保障公众的知情权。畅通信息沟通渠道，充分利用大数据网络媒体宣传平台，丰富信息宣传方式，充分构建政府部门、企业与公众的对话机制。（2）拓宽公众参与渠道。除了来电、来访、来信等传统渠道之外，还可以充分利用微博、微信等新媒体的传播功能，收集公众的意见和诉求，拓宽公众参与前端治理的深度和广度。（3）培养公民的公共精神，提高公众的参与意识。

3 大气网格化闭环监管体系

3.1 点位选址

设置微观站监测点位，应综合考虑气象条件（主导风向）、污染源分布等，做好本底调查和数据摸底，完成选址论证，为今后大气质量分析提供有效数据支撑。现场的布点原则为质量控制布点，用于网格化监测设备传递与平行比对，保证监测数据质量；采取道路扬尘布点、区域背景布点、随源布点、网格式布点等多种方式结合布点。

3.2 差异监测

根据热点区域污染物不同，为部分微观站配置个性化监测因子，并同时做好空白区域对照监测，才能准确掌握特征污染物的污染分布状况。在一般区域配置颗粒物（PM10）、PM2.5、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）和O3监测因子，以及温湿度、风速、风向监测因子；在边界点位及加油站、汽修、化工、包装印刷、医药、餐饮聚集区域等配置挥发性有机物（VOCs）监测因子。

3.3 多维溯源

3.4 现场治理

通过布设在交通工具上的车载设备的定位功能、手机的定位功能，使网格员的位置及运动轨迹实时展现在生态环境物联网AI 监测监管系统中，以便调派最近的网格员及时赶到事发生现场，节约时间成本[9]。

网格员手中的终端设备（手机）都部署了环境监管app，可以查看污染事件数量及事件处于不同状态的数量，包括待派遣、待处理、待核查、待结案和已结案的数量，同时还可以查看案件发生的趋势变化及各区域的案件处理排名情况。网格员还可以上报污染事件、发现污染源、处理派发任务。当有任务派发下来时，会向注册手机号发出短信提醒，以便及时处理，如果半小时内未能处理事件，系统将会向上一级管理机构发送短信告知。

4 应用案例

组建24h 数据分析、预警预判、污染事件处理的专业化技术团队，基于标准站数据、微观站数据、污染源数据、AI 识别、污染事件处理等，形成从数据分析到污染处置的全流程管理，为大气环境管理和执法提供科学依据。

4.1 数据分析

以标准站各项监测因子的数据为主，如遇数据突升、数据异常、排名靠后等情况，借助平台中的其他数据，如微观站、建筑工地、污染企业、尾气门站、环境污染AI 监测监管系统的数据，及时分析、及时派单、找准污染来源及成因，迅速遏制污染势头，确保区域环境空气质量。

4.2 预警提醒

根据实际情况，设置空气质量指数（AQI）及六参数的目标值，生态环境物联网AI 监测监管系统会根据当前设置值模拟计算各参数（PM2.5、PM10、CO、NO2、O3、SO2）当前累计值及剩余控制量、优良天数的剩余天数等情况，同时支持日度目标、月度目标、年度目标的计算；系统模拟计算如优良天数要达到的设定目标值，所需的当年累计和剩余天数情况。实际数据超过所设定的警戒值时，系统平台会有预警提醒功能，起到预警管控的目的。

4.3 事件处置

为解决环境事件处置不及时、环境监测事件和监管平台不联动、环保工作人员信息不通畅的问题，需建立网格化监管工作机制，建设网格化环境监管平台。网格化环境监管平台以“属地管理、分级负责、全面覆盖、责任到人”为原则，利用信息化手段把网格化监管工作落到实处，真正发挥每个子网格的作用，需要用信息化手段建立一个科学的工作平台，实现网格员全覆盖、管理机构全登记、工作情况全留痕、绩效考核全量化。真正实现流程化、数字化、自动化的智能运转，从而为污染防治提供有力支撑。

以2021 年3 月21 日10 时闭环事件为例，数据分析人员在值守时发现某一个点位的PM10浓度高于周边其他点位，及时通过网格化监管系统进行了派单处理。网格员通过app 的事件提醒功能，立即出发至高值点位进行排查，发现点位周边存在渣土裸露未覆盖的现象，并通知相应负责人进行了处理。网格员通过环境监管app 将问题描述、处理过程和处理结果进行录入并上传至平台。网格长对此次事件进行了审核，并办结。

5 结语

大气污染网格化管理是一个系统而复杂的过程，在IOT、区块链、AI 的技术支撑下，虽然具备先天技术优势，但也面临实际应用问题。为此，只有在实践中不断探索，优化治理结构、深挖数据来源、强化部门联动、优化公众参与，才能最大限度发挥网格化监管机制在环境管理中辅助决策的作用，有利于实现闭环治理、协同共治的大气污染治理愿景。