摘要：为了给居民创造高质量的城市生活环境，近年来城市环境治理工作力度不断加大，但由于城市环境质量变化较快，且污染物数据监测难度较大，导致城市环境治理中传统的方式不再具有优势。本文基于智慧环保的理念，运用物联网技术、人工智能技术等，构建基于全面感知环境、多核心学习的环境污染预测模型机制，依据分析预测结果对其进行治理，有效提升治理工作质量，进一步发挥智慧环保的优势。

关键词：环境治理；智慧环保；多核心学习

课题项目：2024年度沧州市科技创新研究课题《科技助力沧州智慧环保建设研究》CZKX2024218

1 智慧环保的内涵

智慧环保是综合运用互联网、物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术，实现环境保护全过程的智慧化管理和服务的一种新理念和新模式。智慧环保的实施，有助于提高环境保护工作的效率，增强环境监管能力，促进环境保护与经济社会发展的深度融合，为建设美丽城市提供有力支撑。

智慧环保的发展是以数字化环保技术为基础。通过一系列数字化技术，实现环境监测、信息等的数字化管理；在数字化的基础上，引入物联网、大数据等技术，实现环境信息的智能化分析和应用，此时智慧环保发展到智能化阶段；在智能化的基础上，引入人工智能、云计算等新一代信息技术，打造全方位、全过程、全覆盖的智慧环保体系。

在城市智慧环保建设中，离不开物联网技术、大数据技术、人工智能技术、云计算技术等的应用。通过物联网技术，可以实现对环境质量和污染源的实时监测，为环境保护提供数据支撑；运用大数据技术，对环境监测数据进行挖掘和分析，为环境管理和决策提供科学依据；通过人工智能技术，实现环境信息的智能识别、预警和预测，提高环境保护工作的针对性和有效性；利用云计算技术可以为智慧环保提供强大的计算能力和存储空间，实现环境数据的共享和应用[1]。

2 智慧环保在城市环境治理中的价值和前景

2.1提升环境保护效率

智慧环保通过物联网、大数据等技术手段，实现环境数据的实时监测和快速传输，提高数据获取的准确性和及时性，为环境管理提供科学依据；通过对监测数据进行分析，能够准确识别环境问题源头，为决策者提供有针对性的治理建议，从而提高环境保护工作的效率；智慧环保可以实现环境资源的优化配置，提高资源利用效率，进一步降低环境治理成本。比如，在大气污染监测与防治过程中，通过布置在大气环境中的传感器，实时监测大气中的污染物浓度，包括PM2.5、NOx、SO2等，然后运用大数据和人工智能技术，对监测数据进行分析，预测污染趋势，为政策制定提供科学依据，最后根据分析结果，制定相应的污染防治策略，如工业企业限产、交通管制等，以改善空气质量。

2.2促进可持续发展

智慧环保的推广应用有助于推动传统产业向绿色、低碳方向转型，促进环保产业的发展壮大；智慧环保鼓励技术创新和应用，为环保领域的技术研发和市场拓展提供持续动力；智慧环保强调社会各方参与环境治理，提高公众环保意识，共同营造可持续发展的良好氛围。比如，在垃圾分类过程中，我们可以运用计算机视觉和深度学习技术，实现固体废弃物的自动分类识别，提高分类效率；通过智能化分选技术，将废弃物中的有价值资源进行回收再利用，促进循环经济，帮助企业产业实现绿色转型，对无法回收的废弃物进行无害化处理，如高温焚烧、生物降解等，确保废弃物不对环境造成危害，进而达到可持续发展的目的。

2.3创造绿色生态未来

通过智慧环保的综合施策，可以实现生态系统的高效修复，提升生态环境质量；智慧环保倡导低碳、绿色的生活方式，促进人与自然和谐共生，助力实现绿色生态未来；在全球范围内推广智慧环保理念和技术手段，加强国际间环保合作，共建全球绿色生态家园。比如，在水质监测和保护过程中，通过在水体布置传感器，实时监测水质参数，如pH值、溶解氧、氨氮等；依据监测数据，进行水质评价，当水质达到预警阈值时，及时发出预警信息，利用示踪技术和大数据分析，追溯污染源，制定针对性的治理措施，保护水资源，进而有效修复生态环境，促进人与自然和谐相处。

3.智慧环保在城市环境治理中的应用

3.1基于先进的感知工具全面感知环境

综合利用任何可以随时随地感知、测量、捕获和传递消息的设备、系统或流程，实现对环境质量、污染源、生态、辐射等环境因素的更透彻的感知[2]，其中，通过引入先进的环境视频检测系统，我们能够充分利用高清视频监测技术来捕捉环境现场的实时视频信号。该系统不仅支持录像、回放和高效检索等数字监控功能，还能对烟气污染源的气体色度进行细致分析，对水质污染源的排污量进行精准评估，并对空气质量进行气象追踪。这些详细的数据和分析结果，为智能环境执法和调度提供了宝贵的联动信息，从而有效支持了环境管理决策的制定；在这个过程中，需要利用环保专网、运营商网络，结合5G技术、卫星通讯等技术，将遥感监测、现场监测仪等获得的感知数据、政府信息系统中储存的环境信息进行交互和共享，实现更全面的互联互通；以云计算、VR虚拟技术和高性能的分布式计算框架等技术手段，包括可视化技术等，整合和分析海量的跨地域、跨行业的环境信息，实现海量数据存储、实时处理[3]，深度挖掘环境信息数据背后的规律和未来的走势，帮助政府部门更好的实现决策、建立基于机器学习和深度学习等模型算法对探寻得到的数据进行全方位分析，实现更深入的智能化；在智慧环保的实施过程中可以利用云服务模式，建立面向对象的信息服务门户，如政务公开、公众服务、互动交流，和各业务应用系统，为环境质量、污染防治、生态保护、辐射管理等业务提供更智慧的决策[4]。

在建设全方位的感知系统时，采用的感知设备尽量是小体积、低功率、能定位、能传输、多因子、组件化、插件化、大面积、立体化的。比如说我们城市环境中的噪声污染，我们可以建设一套移动式噪声自动监测系统，综合运用传感、无线通讯等现代科学技术将建筑施工等的噪声污染实时数据准确、及时的发送环境主管部门，为环保部门整合工地资源、建设统一标准，提供及时可靠、科学有效的依据，为我市实施安静工程提供先进的监测手段。

3.2建立多核心学习机制预测模型预测环境质量变化

在生态文明建设过程中，掌握环境数据的变化规律具有重要意义。环境数据的改变将会直接反映环境质量，然而环境数据的变化呈现出一种复杂的现象，在特定的时间和地点污染源、气象因素、地理空间因素等因素都会对环境产生影响，其中还包括固定的污染源和流动的污染源，因此污染防控、改善环境质量的关键就是要科学合理的将环境数据的变化规律以及内部之间的关联性表征出来。基于此，可以构建一个由时间预测学习器、空间预测学习器和核心学习模块预测聚合器组成的多核心学习环境质量预测模型。

例如在空气污染防控领域，首先基于多目标回归模型建立一个时间预测学习器。多目标回归模型预测的目的是预测多个变量数值，即预测某个监测站未来一段时间内的多个空气质量指数值。可以将当前监测站的气象因素，比如风速、湿度、温度等数据，前几个小时的空气质量指数和监测站当前的天气情况作为变量输入到多目标回归模型中，经过模型的训练和拟合，得出预测结果。该预测结果能反映出当前监测站未来一段时间的空气质量指数以及空气指数的变化规律。

然后，基于机器学习聚类算法建立一个空间预测学习器。空气污染物受风、温度等气象因素的影响会发生扩散现象，即当前监测站的空气质量会影响周围监测站的环境情况，因此在空间维度上，以各个监测站之间的地理距离为变量建立一个基于聚类算法的空间预测学习器。通过监测站间的距离计算监测站之间的相似度，将相似度高的划分为一类，通过模型的训练，自动找到聚类中心，也就是说对周围监测站空气质量影响最大的监测站。只要该监测站监测到空气质量指数发生变化，那么跟它划分为一类的监测站环境情况都会发生改变。

上述两种预测学习器相互独立，各自产生一个预测结果，最后可以基于当前监测站的气象情况动态的建立基于随机森林算法的预测聚合器。通过随机森林中每棵树的决策动态的表征出在时间和空间双重维度上，当前监测站的环境变化情况和空气质量指数，以达到更精准的预测。

3.3构建环境信息标准规范保障体系提高环境监管效能

在智慧环保建设过程中，保障体系中标准规范体系的建立和实施是非常重要的一项基础性工作。环境信息化建设必须坚持标准先行、急用优先原则。遵从环境保护部相关标准，尤其在环保行业应用物联网技术、人工智能技术，需要有相应的标准和规范。统一标准是保证各系统互连互通、信息共享、业务协同的基础。搞好标准化，对于加快城市智慧环保建设，提高建设质量，充分利用资源，保障工作效率，都有重要作用。通过制定和贯彻执行各类技术标准，就能从技术上、组织管理上把各方面有机的联系起来，形成一个统一的整体，保证建设有条不紊的进行[5]。因此，标准规范保障体系建设是智慧环保建设的重要组成部分。比如，在智慧环保建设中信息资源的使用标准，通过规范化各个业务部门的数据类型和数据标准，保证数据统一性是实现跨部门、跨地区信息资源共享的前提，可以是数据元、元数据、信息分类与编码、地理信息和数据库等方面的标准和统一。

4结语

智慧环保借助物联网、大数据、人工智能等先进技术，实现了对环境监测、治理、管理等各方面的智能化升级，提高了环保工作的效率与准确性，是在技术上的不断创新；智慧环保注重数据收集、分析与应用，通过数据挖掘和模型分析，为环境决策提供科学依据，使环保工作更加精准、有针对性，是在数据的驱动下不断发展；智慧环保强调公众参与，通过信息公开、互动平台等方式，增强公众环保意识，形成政府、企业、公众共同参与的环保格局，是实现全面健康发展的基础。对于全面建设生态文明，离不开政府、企业和公众的全力支持，随着技术不断进步，要深化技术创新，未来智慧环保应进一步拓展技术应用领域，提高技术成熟度，实现更高效、更智能的环保管理；打破数据壁垒，强化数据整合与共享，推动跨部门、跨领域的数据整合与共享，提高数据利用效率，为环保工作提供更强有力的数据支撑；提高公众参与度，加强环保宣传教育，提高公众环保意识与参与度，形成全民共建、共治、共享的环保新局面。同时，完善公众参与机制，保障公众在环保事务中的知情权、参与权、表达权和监督权。

参考文献

[1]赖于树，杨成龙. 物联网与云计算技术在高校智慧校园建设中的应用[J].现代职业教育，2023，（13）：109-112.

[2] 康静. 智慧环保解决方案概述[J].信息通信，2018，（03）：119-120.

[3] 陈晓红. 数字经济时代的技术融合与应用创新趋势分析[J].社会科学家，2018，（08）：8-23.

[4] 陈若愚. 智慧环保建设问题及其对策研究[D].江西：江西财经大学硕士学位论文，2021：11-12.

[5] 王金宝. 浅谈城市大脑与智慧城市发展趋势[J].自动化博览，2020，（05）：58-64.

作者简介：张宸瑜（1992-4月），男，汉族，河北省沧州市，讲师，硕士研究生，数据科学与大数据技术

常占胜（1988-9月），男，汉族，河北省沧州市，讲师，硕士研究生，数据挖掘

尹艺颖（1996-12月），女，汉族，河北省沧州市，助教，硕士研究生，数据科学与大数据技术