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關(guān)鍵詞:大數(shù)據(jù);環(huán)境保護;應用
Abstract: This paper focuses on the analysis of the application of large data in environmental protection, and the use of large data services to environmental protection work, we must solve some problems.
Keywords: large data; environmental protection; application
大數(shù)據(jù)時代已經(jīng)來臨,首先大數(shù)據(jù)技術(shù)應用于環(huán)境保護已具備先決條件。一是社會各界在環(huán)境保護上有共同的價值關(guān)注點;二是大數(shù)據(jù)的存儲、挖掘和應用技術(shù)有了爆炸式發(fā)展;三是環(huán)境保護的對象、利益相關(guān)人、措施等之間關(guān)系復雜,可挖掘大量有價值的聯(lián)系;四是功能豐富、采集數(shù)據(jù)準確的微小傳感器正在積累大量數(shù)據(jù)。
其次大數(shù)據(jù)技術(shù)應用于環(huán)境保護在很多方面具有發(fā)展?jié)摿?。從時間維度上看,過去,環(huán)境污染事故的大數(shù)據(jù)用于構(gòu)建預測模型的訓練;現(xiàn)在,環(huán)境狀態(tài)變量的大數(shù)據(jù)與出行、疾病預測、城市資源配置聯(lián)系起來,提供城市美化解決方案;未來,以海陸空各類環(huán)境變量構(gòu)建統(tǒng)一視圖和大數(shù)據(jù)應用開發(fā)平臺,在最小傷害的情況下充分利用環(huán)境資源,維持可持續(xù)性發(fā)展。
目前,大數(shù)據(jù)在環(huán)境保護中已有廣泛的具體應用。如:高效、清潔的能源生產(chǎn)以及新型能源的開發(fā);水、大氣、土壤污染的處理與監(jiān)控;危險性廢物越境轉(zhuǎn)移的監(jiān)控;城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)芯片化、數(shù)據(jù)化;智能的交通管控、減少擁堵和溫室氣體排放;樓宇節(jié)能技術(shù)和材料的使用等。
要利用大數(shù)據(jù)服務于環(huán)境保護工作,一定要解決好以下幾個問題:
一是要解決的是數(shù)據(jù)來源問題。近年來,污染源和環(huán)境質(zhì)量的自動監(jiān)控建設(shè)逐步趨于成熟,在很大程度上彌補了人工監(jiān)測頻次低,人為因素大的缺點。同時,隨著社會第三方監(jiān)測的發(fā)展,解決了各地監(jiān)測站人力不足的問題。因此,在大數(shù)據(jù)建設(shè)時,除了沿用監(jiān)測站人工監(jiān)測和環(huán)境統(tǒng)計等傳統(tǒng)的環(huán)境數(shù)據(jù)外,我們更應該將重點放在污染源自動監(jiān)控、污染源中控、環(huán)境質(zhì)量自動監(jiān)控、第三方監(jiān)測和網(wǎng)絡(luò)輿情等各種新型環(huán)境數(shù)據(jù)上。但即使這樣,仍然存在數(shù)據(jù)覆蓋面不足,代表性不強,偶然性較大,人為因素較多等諸多問題。
二是要解決數(shù)據(jù)沖突問題。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,自動監(jiān)控有逐步取代人工監(jiān)測的趨勢,但自動監(jiān)控投入較大、監(jiān)測范圍較窄、準確度較差等問題突出,人工監(jiān)測在以后很長一段時間仍然無法被取代,自動監(jiān)控數(shù)據(jù)與人工監(jiān)測數(shù)據(jù)沖突的問題也會在很長一段時間內(nèi)存在。比如,當某企業(yè)人工監(jiān)測超標被處罰時,企業(yè)往往以自動監(jiān)控數(shù)據(jù)正常為由規(guī)避處罰。雖然后來環(huán)保部門明確規(guī)定了,在人工數(shù)據(jù)與自動監(jiān)控數(shù)據(jù)沖突時,以人工監(jiān)測數(shù)據(jù)為準,解決了上述例子中存在的問題,但數(shù)據(jù)深度挖掘時由此產(chǎn)生的沖突仍然無法有效解決。
三是要解決數(shù)據(jù)造假問題。眾所周知,不論人工監(jiān)測數(shù)據(jù)還是自動監(jiān)控數(shù)據(jù),都會受到外部環(huán)境等因素的影響,因此,數(shù)據(jù)存在人工修正是必要的。但是,實際工作中,為了各種績效考核的需要,數(shù)據(jù)造假現(xiàn)象普遍存在??梢韵胂螅诖朔N數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行數(shù)據(jù)挖掘和行政決策會帶來何種嚴重的后果。因此,任何數(shù)據(jù)入庫前,都必須對其來源的真實性進行判別,進行嚴格的數(shù)據(jù)清洗;任何數(shù)據(jù)在人工修正時,都必須經(jīng)過最嚴格的必要性審查;當發(fā)生數(shù)據(jù)沖突時,要對數(shù)據(jù)進行真實性判斷,并對拋棄數(shù)據(jù)進行標記。
四是要解決數(shù)據(jù)安全問題。大數(shù)據(jù)解決了數(shù)據(jù)共享問題,但相對的數(shù)據(jù)安全問題就更顯突出。環(huán)保大數(shù)據(jù)要面向環(huán)保各部門、政府各單位、各種被管理對象、各種社會團體,以及廣大網(wǎng)民開放相關(guān)服務。面對如此眾多的數(shù)據(jù)分享用戶,如何解決數(shù)據(jù)安全問題亟待解決。目前,通過數(shù)據(jù)等級保護,用戶等級管理等手段,可以有效進行數(shù)據(jù)訪問安全控制,但隨著科技的不斷進步,安全漏洞的不斷發(fā)現(xiàn),解決數(shù)據(jù)安全問題的工作一直在路上。
上述問題,是作為一名基層環(huán)境保護工作者,在實際工作中發(fā)現(xiàn)的一些問題和進行的一些思考,希望對從事環(huán)保大數(shù)據(jù)開發(fā)應用的同行,提供一些思路提示。
參考文獻
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關(guān)鍵詞:環(huán)境保護 時空數(shù)據(jù)挖掘 應用
中圖分類號:p208 文獻標識碼:a 文章編號:1007-3973(2013)006-140-02
近些年來,隨著生活品質(zhì)的提升和環(huán)保理念的深入人心,人們對于環(huán)境保護問題越來越重視。在目前展開的對環(huán)境變化進行動態(tài)的實時監(jiān)測中,監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)收集了豐富的環(huán)境數(shù)據(jù),關(guān)于我國的環(huán)境狀況、環(huán)境變化情況及存在問題形成了龐大而繁復的數(shù)據(jù)資源,已經(jīng)超過了過去的數(shù)據(jù)處理方法所能處理的極限,導致傳統(tǒng)的處理數(shù)據(jù)方法已不能承擔起對這些環(huán)境數(shù)據(jù)進行快速而準確處理的任務,這就需要將時空數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)加以廣泛的應用。時空數(shù)據(jù)挖掘可以對大量環(huán)境數(shù)據(jù)進行分析,將其中隱藏的有用知識抽取出來,為環(huán)境保護中的環(huán)境規(guī)劃與決策工作提供準確而高效的科學理論依據(jù)。
1 時空數(shù)據(jù)挖掘
數(shù)據(jù)挖掘是將海量數(shù)據(jù)內(nèi)隱藏的目的知識進行分析和抽取的方法和過程,主要是對關(guān)聯(lián)規(guī)則進行挖掘、進行聚類和分類等研究活動。在發(fā)展初期,數(shù)據(jù)挖掘主要是對于一些商業(yè)數(shù)據(jù)中的字符與數(shù)值形式的數(shù)據(jù)進行研究,在上個世紀的90年代中后期,該領(lǐng)域中對關(guān)聯(lián)規(guī)則進行挖掘、預測、聚類和分類等成熟技術(shù)在空間數(shù)據(jù)和時間、序列數(shù)據(jù)進行的挖掘工作中得到了應用,以期對有價值的、關(guān)于空間和時間一些模式進行探討。隨著科技的發(fā)展,gps、射頻識別、移動設(shè)備和傳感器網(wǎng)絡(luò)等諸多設(shè)備得到了廣泛的應用,使眾多的移動數(shù)據(jù)被收集并得以積累。而地理信息系統(tǒng)與遙感衛(wèi)星等技術(shù)的進步也實現(xiàn)了氣候數(shù)據(jù)、影像等氣候資料的獲取。獲取到的時空數(shù)據(jù)存在于相應聯(lián)系的空間內(nèi)部,在空間和時間上樣本的自相關(guān)性極強,常常隱含局部的模式,造成了時空數(shù)據(jù)挖掘的復雜性與特殊性。對時空模式進行自動分析與抽取離不開時空數(shù)據(jù)挖掘。
時空數(shù)據(jù)挖掘是對時空數(shù)據(jù)的海量知識進行抽取的方法和過程,主要是對時空管理的規(guī)則進行挖掘,對時空聚類進行分析并展開預測。目前來說,時空數(shù)據(jù)通過對新型計算技術(shù)進行研究和應用,對高維度的海量時空數(shù)據(jù)進行分析,從而對時空數(shù)據(jù)內(nèi)有用的知識進行抽取和揭示。
2 時空數(shù)據(jù)挖掘和環(huán)境保護
在現(xiàn)階段的環(huán)境管理和環(huán)境保護中,涉及到的數(shù)據(jù)挖掘主要包括對關(guān)聯(lián)規(guī)則進行挖掘,對數(shù)據(jù)進行分類與分析,展開聚類分析及預測分析等內(nèi)容。在環(huán)境保護中,時空數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)已經(jīng)得到了較廣泛的應用。eklund和其他科學家曾對眾多地理自然因素進行了選取,形成了各因素和土壤中的二次鹽堿化相關(guān)類型的分類之間的規(guī)則,并對其關(guān)聯(lián)度的規(guī)則展開了挖掘。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,作為的產(chǎn)量受到諸多因素的制約,但是制約因素和產(chǎn)量之間的關(guān)系極其繁雜,不是簡單的利用非線性或線性回歸方法就可以將二者的關(guān)系進行準確反映的,國內(nèi)外目前都利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),如模糊集和決策樹等,對作物產(chǎn)量的制約因素進行分析,對作物的產(chǎn)量和土壤中的養(yǎng)分等因素之間的關(guān)系進行了清晰的展現(xiàn)。
北京已建立了對區(qū)域內(nèi)的污染源進行管理的信息系統(tǒng),對于環(huán)境污染有較強的分析作用和監(jiān)測作用,如根據(jù)系統(tǒng)中的排污記錄,可以對企業(yè)中排出的污染物形式加以判斷,確定是廢氣污染還是廢水污染等,對污染排放進行聚類分析可發(fā)現(xiàn),在企業(yè)排污庫中存在不同排污群,通過排污模式的分析,可以對企業(yè)群的相應特征進行準確刻畫。在上海的長江口設(shè)置有潮灘環(huán)境的管理信息系統(tǒng),對監(jiān)測到的潮灘環(huán)境數(shù)據(jù)可以展開深層次的分析與挖掘,將造成潮灘環(huán)境污染的相關(guān)因素探尋出來,從而為環(huán)境治理和保護工作提供相應的理論依據(jù)和決策依托。同時,在國內(nèi)外目前對于空氣質(zhì)量進行評估和監(jiān)測的系統(tǒng)中,很多都用到了時空數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),在短時間內(nèi)利用機器學習的方式對污染指數(shù)進行預測,對氣象資料在時空上的關(guān)聯(lián)規(guī)則進行深層次挖掘,對未來某段時間在小尺度的時間范圍內(nèi),空間中污染物的分布情況進行預測,或者通過分類器對空氣質(zhì)量進行動態(tài)實時的評估等。
3 時空數(shù)據(jù)挖掘在環(huán)境保護中的具體應用
3.1 對氣象條件與空氣質(zhì)量之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則進行挖掘
氣象與大氣污染之間互相作用、互相影響,在污染物排放條件相同時,不同的氣象條件會造成不同的污染物濃度,有時甚至相差
幾十倍,這是因為氣象因素對大氣中污染物的濃度及分布有影響。對二者之間的相關(guān)性進行研究,可以對其關(guān)聯(lián)程度進行揭示,便于對二者之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則進行挖掘。在挖掘關(guān)聯(lián)規(guī)則時,首先要對數(shù)據(jù)進行預處理。氣候監(jiān)測站的數(shù)據(jù)常存在輸入錯誤、缺失、噪聲及不一致等不利干擾,要先進行必要的修整與處理后才可用于數(shù)據(jù)挖掘。在對關(guān)聯(lián)規(guī)則進行挖掘時,可以利用專門的開源數(shù)據(jù)挖掘工具來展開分析,通過知識表示形式將相應的關(guān)聯(lián)規(guī)則表達出來,使其具有較強的可讀性。最后,還要對挖掘到的關(guān)聯(lián)規(guī)則展開知識的評價與鑒別,判斷其是否與實際相符,是否可以在實際中得到應用。
對氣象條件和空氣質(zhì)量之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則進行挖掘后,可以將二者之間的關(guān)系準確的揭示,但是因為空氣中污染物的分布和濃度受到多方面因素的影響,而氣候條件只是其中之一,除此之外還包括地理實體、位置和人類活動等,所以還要對空間要素進行研究,判斷其與空氣質(zhì)量之間的聯(lián)系。
3.2 對污染源和空氣質(zhì)量空間關(guān)聯(lián)的規(guī)則進行挖掘
所謂的空間關(guān)聯(lián)規(guī)則,也就是空間對象彼此之間存在的非空間與空間的關(guān)聯(lián)。在空間智能化分析和輔助決策方面,空間關(guān)聯(lián)的規(guī)則和相關(guān)知識可以提供有力的支持。因此,在空間數(shù)據(jù)的挖掘工作中,對數(shù)據(jù)庫中空間的關(guān)聯(lián)規(guī)則進行分析是重要任務??臻g的關(guān)聯(lián)規(guī)則是描述性的模式,邏輯關(guān)系較強,可以用邏輯語言,根據(jù)空間和地理的認知進行表達及予以準確描述。在展開挖掘的過程中,首要的工作就是對挖掘任務進行明確,這就需要明確分析工作的目標,將任務予以合理分解,對涉及到的數(shù)據(jù)進行明示,并對其在事務數(shù)據(jù)庫中的組織方法與存儲方式加以明確。之后要從數(shù)據(jù)庫中將有關(guān)的屬性數(shù)據(jù)及空間數(shù)據(jù)進行提取,形成圖層。對不同圖層涉及到的空間對象進行分析,對這些對象彼此間的關(guān)聯(lián)進行計算并進行謂詞化,和相關(guān)數(shù)據(jù)進行聯(lián)接并將之存于數(shù)據(jù)庫。將數(shù)值型的屬性進行離散化處理,形成相關(guān)數(shù)據(jù)的挖掘表,通過對于關(guān)聯(lián)規(guī)則進行挖掘的相關(guān)算法,對復雜的空間模式進行挖掘,將結(jié)果存于規(guī)則數(shù)據(jù)庫。最后,將不必須或多余的規(guī)則加以清除,將有價值而可靠的關(guān)聯(lián)規(guī)則加以保存。在構(gòu)建空間事務數(shù)據(jù)庫時,可用apriori進行構(gòu)建,這一算法可以將空氣質(zhì)量和污染源間的空間關(guān)聯(lián)規(guī)則加以明確揭示。
3.3 對于時空事件基礎(chǔ)上的空氣質(zhì)量進行時空關(guān)聯(lián)的規(guī)則挖掘
傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘中,對于關(guān)聯(lián)規(guī)則進行時空的擴展,即是時空關(guān)聯(lián)的規(guī)則,這類規(guī)則較為復雜,其他的關(guān)聯(lián)規(guī)則在一定程度上都可看作是該規(guī)則程度不同的簡化結(jié)果。在挖掘時空關(guān)聯(lián)的規(guī)則時,常需對眾多非空間或空間對象之間的多種關(guān)系進行計算,十分復雜,在時空關(guān)聯(lián)規(guī)則的挖掘中通常是逐步求精進行計算。進行分析的程序是先對數(shù)據(jù)進行預處理,以便后續(xù)挖掘的順利實施;之后要建立時空事務的數(shù)據(jù)庫,對相關(guān)知識進行提取與儲存;對時空關(guān)聯(lián)的規(guī)則進行挖掘,還是使用apriori算法進行挖掘;最后,是對時空關(guān)聯(lián)的相應規(guī)則進行評價,合格后即可投入實際應用。
參考文獻:
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教學目標:
1
能歸納出辯論雙方的觀點,并為自己的觀點收集論據(jù)。
2
能和其它同學共同制訂一個切實可行的保護環(huán)境宣傳方案,并想辦法表現(xiàn)出來。
3
能根據(jù)自己的想象,設(shè)計一個有特色的環(huán)護型的小城鎮(zhèn)。
教材與學情分析:
重點難點
1、重點:
能能舉例說明人類與環(huán)境應該如何做到和諧相處。
2、難點:能歸納出辯論雙方的觀點,并為自己的觀點收集論據(jù)。
本課通過“大樹和道路”“它們需要我們”兩個活動,引領(lǐng)學生探索人類與自然和諧相處的個種舉措,擴展活動“暢想未來的城市”讓學生根據(jù)自己已有的認識,對美好的未來展開大膽的想象,重點通過多種活動,不斷增強學生“人與自然要和諧相處”的情感體驗。
教學步驟:
引入課題
教師活動:
引導:人類所需皆來源與自然,破壞自然就是破壞了人類的生存環(huán)境,進而危害人類,為了生存,應保護自然,與自然和諧相處。
板書課題:
和諧相處
學生活動:從各方位思考人與自然的關(guān)系。
新課教學
教師活動:
1
出示學習目標
2
引導學生閱讀并提出:為了一棵樹,花費那么多錢值得嗎?
學生活動:1
明確學習目標
2閱讀P45兩則消息
教師活動:指導學生分組辯論
學生活動:根據(jù)自己觀點分組辯論
教師活動:提出建議:有些損失或影響是無法用金錢來估量的。
指導學生觀看P46彩圖了解為了與自然和諧相處,人們都做了那些努力?
學生活動:
1
體會人與自然和諧相處的必要性,并將自己的想法寫下來。
2
舉例說明本地是如何做到與自然和諧相處的?
教師活動:指導學生搜集資料。
學生活動:說出一些當?shù)仄茐沫h(huán)境的情況。
教師活動:指導學生利用p47資料設(shè)計宣傳方案。
學生活動:自選主題,設(shè)計宣傳方案,并向其他同學展示。
教師活動:引導學生暢想未來的城市。
學生活動:充分發(fā)揮自己的空間現(xiàn)象力和創(chuàng)造力。
擴展活動:請根據(jù)p48散文設(shè)計一座未來城市的樣子或者續(xù)寫散文。
學生活動:
根據(jù)資料,發(fā)揮你自己的聰明的想象能力和創(chuàng)新能力描繪一幅你想象中的未來城市面貌。
板書設(shè)計:
和諧相處
1
大樹和道路
大樹優(yōu)先———因為有些損失或影響無法用金錢來估量。
2
它們需要我們
自然環(huán)境需要人們通過努力加以改善。
3
暢想未來城市