侯丹丹
天津清泽环境监测有限公司 天津 300450
摘要：工业化和城市化发展的一个不利因素是环境污染，特别是大气污染，它不仅给人们造成经济损失，而且严重影响人类的健康和生存。因此，监测预警大气污染尤为重要。大气环境监测预警是通过收集、处理和可视化影响环境的环境数据和相关气象要素数据来实现的。由于数据可视化之前的环境和气象数据的处理与插值计算是分不开的，因此，我们研究空间插值算法，并提出双线性插值和Cressmann插值以获得预期的结果。
关键词：大气环境；监测预警；插值算法分析
经济发展和社会进步以前所未有的方式改善了人们的生活水平，但随后对环境的污染已成为一个重要问题，正在逐渐引起人们的重视。对生态环境的持续破坏正在逐步直接影响人们的日常生活，尤其是大气污染。工业化和城市化引起的空气污染问题变得越来越严重，工厂的废气、汽车的废气、餐饮业的油烟以及冬季取暖用的煤燃烧都集中在颗粒物上。大气环境数据很多，并且随时间和空间而波动。直接在常规表中列出时，许多数据定律无法反映。数据可视化是以图形和图像的形式直观地显示数据。因此，必须以图像的形式在人们面前显示这些与大气环境有关的数据，并选择可以与之交互的可视化技术。使用环境监测预警系统，基于该系统的污染分析和预警非常重要。
一、大气环境预警监测的意义
环境是一个复杂的系统，理解环境的困难之一是一些污染物只能通过短期观察（数十年或100年）来揭示环境风险行为的整个过程。一般而言，环境风险的特征是内在的、外部的、潜在的灾难、高度的不确定性和不可逆转性。当出现风险时，通常会显示出区域化趋势。最初，风险发生在特定位置，但其灾难性后果迅速蔓延到周围地区，最终导致当地灾难。更重要的是，最新和最先进的信息技术通过各种信息手段将对风险和灾难的恐惧和不信任迅速扩散到该地区，从而破坏了该地区的社会环境。因此，我国积极倡导在环境破坏发生之前实施早期大气环境预警监测。早期大气环境预警监测是指环境监测活动，不断分析环境指标的环境监测数据，预测环境污染和生态系统破坏的可能性。早期环境预警监测的发展全面反映了环境质量，分析和解释了污染物的排放，有效应对突发环境污染事件，并帮助政府对早期大气环境预警行动做出决策，提供技术援助。
二、空间插值算法
插值模型一直是气象环境保护数据领域的热门研究课题。这些实际观测值作为反映大气环境中各种污染物的浓度以及相关温度、降水和许多其他因素的数据值，已由各种气象或环境保护监测站进行监测。这些数据是离散的，只能准确地表示监控站的周围区域，功能值在特定范围内。为了使用这些离散和不规则的数据来估计未知点的数据值并生成等值线和栅格表面，可以反映出元素的数据值与估计的空间位置之间的关系，未观测点的特征数据值。通过空间插值模型，可以将来自离散测量点的数据推入整个区域，并通过已知的监视点预测整个空间范围。常用的插值算法主要包括反距离权重（IDW）插值、Kriging插值、双线性插值和Cressman插值。
（一）Cressman插值算法
Cressman插值算法也称为Cressman目标分析。由Cressman等人于1959年首次提出。它是天气和环境保护领域中使用最广泛的算法，中心思想是逐步修改该方法，给出猜测字段（初始估计）。然后，使用实际的观察场逐渐对其进行校正，直到其接近观察记录。
使用M表示任何元素（温度、气压等），在网格点（ij）的元素值的第一个猜测显示为M，修改后的值显示为M'，表达式表示为：
M′=MO+△Mij
（二）插值算法比较分析
在上面讨论的几种插值算法中，双线性插值的原理很简单，插值效果极好，并且适合将格点数据插值到站数据中。Cressman插值方法和距离反距离权重插值方法基于相同的核心思想。换句话说，距离在地理空间中越近，对插值点的影响就越大，并且权重的选择取决于距离。其中，Cressman插值是一种减少离散站点数据中的网格数据误差的方法，并且通过逐渐校正插值点而广泛用于大气数据处理，而逆距离权重插值是一种“牛眼”现象。权重仅考虑到插值点距离的影响，这还不够全面。克里金插值法消除了这种权重反插值法的缺点，考虑到采样点的结构特征和随机性，插值计算是一种相对完整且有效的插值方法，但它们更加复杂，需要更多的计算和变化，函数的选择也是人为的，因此在将站点数据插值到网格点数据时，选择Cressman算法进行插值。
三、大气环境监测模块
（一）监测方案
大气环境监测的核心是空气质量，在分析大气环境时，有必要考虑影响空气质量的相关气象因素，例如天气、风向、湿度和大气稳定性。通过提供各种具有环境和气象因素的产品，对业务人员进行全面分析，以实现大气环境监控。监视主要通过计算和处理所收集的环境和气象数据并建立可视化模型来执行。以核心地区的空气质量指数为例，需要监测的主要指标是二氧化硫，二氧化氮，一氧化碳，臭氧，颗粒物，可吸入颗粒物6种污染物和代表空气质量状态的空气质量指数。基本数据是六种污染物的测量浓度，AQI是每种污染物的浓度数据计算。
（二）平面图功能
平面布置图功能是根据需要在系统上显示NCL创建的产品图纸。实现的逻辑如下：首先，只需要填写页面或根据前台输入的参数单击“最新查询”按钮即可查询最新产品图。其次，按照规则组装产品路径和图像名称。第三，检查在保存产品映像的服务器的相应目录中是否存在相应的映像。第四，如果没有产品，将返回“没有产品”样式的照片地址。第五，如果有产品，它将返回该产品的照片地址和图例地址，这是最新的查询，添加最新产品的时间。项目开发遵循组件化和模块化的思想，抽象出通用组件，以便可以共享不同的模块。在平面视图中，平面视图的视图和回放都是封装的组件，可以通过将其嵌入到jsp的头部中来调用它们。以空气质量平面图为例。在相应的文件airquality_qv.js中，前后数据传输是通过ajax实现的。queryDate是时间，区域，选定产品编号，类型，时间列表间隔，后台查询前台传递的信息，然后返回数据。
结语：伴随我国经济的发展，国家要加大对大气环境预警监测方面的投资，准确的预测仍然是全球性的问题，有许多因素会影响大气环境风险的发生，对于大气环境预警监测工作，研究人员需要花费大量的时间和精力。同时，有必要借鉴发达国家在大气环境监测的实践和研究中的先进经验，建立科学，规范的国家大气环境监测预警机制，并确定大气环境各个组成部分的风险指标。
参考文献：
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