基于運營商大數(shù)據(jù)的大氣污染防控研究及應(yīng)用探討

0 引言

2017年10月，黨的十九大報告指出，污染防治攻堅戰(zhàn)是這一時期的“三大戰(zhàn)役”之一。2017年12月，中央經(jīng)濟工作會議指出，打好污染防治攻堅戰(zhàn)，重點是打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)。2018年3月，政府工作報告再次強調(diào)堅決打好三大攻堅戰(zhàn)，推進污染防治取得更大成效，鞏固藍天保衛(wèi)戰(zhàn)成果，攜手行動，建設(shè)天藍、地綠、水清的美麗中國。

近幾年，空氣質(zhì)量、大氣污染已成為社會各界廣泛關(guān)注的問題，一些研究機構(gòu)、大型企業(yè)以及創(chuàng)業(yè)公司都紛紛瞄準(zhǔn)了這一領(lǐng)域，投入大量人力物力開展研究并推出了相關(guān)產(chǎn)品。如一些大型研究機構(gòu)利用大數(shù)據(jù)分析優(yōu)勢，融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提供高精度空氣質(zhì)量預(yù)報，實時監(jiān)測城市區(qū)域的污染物來源和分布狀況；阿里云以“蔚藍地圖”APP為載體，使用戶可查詢和分享城市及大氣污染源的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)；此外，一些創(chuàng)新企業(yè)的精細化PM2.5檢測以及面向公眾的空氣檢測設(shè)備也引發(fā)大量關(guān)注，但現(xiàn)有產(chǎn)品多集中于空氣質(zhì)量的實時監(jiān)測和高精度預(yù)報，缺乏和環(huán)保數(shù)據(jù)、社會公眾數(shù)據(jù)的深度融合，導(dǎo)致產(chǎn)品無法有針對性地、定制化地評估大氣污染對社會、企業(yè)及公眾影響，不能精準(zhǔn)觸達到個人。

根據(jù)行業(yè)及產(chǎn)品調(diào)研分析，本文將基于運營商用戶數(shù)據(jù)特征，結(jié)合大氣環(huán)境、空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，進行大氣污染防控領(lǐng)域的方案研究，并探討其應(yīng)用場景。

1 運營商用戶數(shù)據(jù)特征

移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展促進了信息和數(shù)據(jù)呈爆炸式增長，作為承載的移動互聯(lián)網(wǎng)的核心，運營商具備先天的數(shù)據(jù)優(yōu)勢，相比于BAT等互聯(lián)網(wǎng)公司和第三方評測公司，運營商的數(shù)據(jù)具備覆蓋全面性以及統(tǒng)計完備性等優(yōu)勢；相比于終端公司，則有更多更合理的數(shù)據(jù)采集便利。運營商數(shù)據(jù)主要包括運營支撐系統(tǒng)（OSS）域數(shù)據(jù)以及業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)（BSS）域數(shù)據(jù)。OSS域主要是網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的數(shù)據(jù)，比如基站的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)、地圖圖層及道路數(shù)據(jù)、移動網(wǎng)絡(luò)實時話統(tǒng)數(shù)據(jù)、移動用戶的XDR業(yè)務(wù)記錄數(shù)據(jù)等；BSS域數(shù)據(jù)包含用戶身份信息的用戶基本信息表、用戶每月出賬賬單、用戶語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)詳單等。

從用戶的維度來看，運營商數(shù)據(jù)包含了人的相關(guān)信息，可分為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)。其中，靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)中的通信消費信息來自于運營商的BSS域，動態(tài)數(shù)據(jù)中的業(yè)務(wù)偏好信息來自于運營商的OSS域，其分類及來源如圖1所示。

圖1 運營商用戶數(shù)據(jù)特征

a） 靜態(tài)數(shù)據(jù)：主要包括用戶基本信息以及網(wǎng)絡(luò)信息等方面數(shù)據(jù)。用戶基本信息是不以電信網(wǎng)絡(luò)為依托的數(shù)據(jù)信息，脫離電信網(wǎng)絡(luò)該信息依然有效；用戶網(wǎng)絡(luò)信息是必須依附于電信網(wǎng)絡(luò)才具有價值的數(shù)據(jù)信息。這2類信息具有穩(wěn)定不變或者變化緩慢的特點，如：用戶性別、用戶職業(yè)、付費模式、終端信息、套餐信息、網(wǎng)絡(luò)制式、手機號碼、用戶級別等在用戶在網(wǎng)期間不會發(fā)生變更，或者有可能會發(fā)生變更但變更概率很低或變更周期較長；用戶年齡、入網(wǎng)時間等屬性隨時間自然變更，無需預(yù)測。

b） 動態(tài)數(shù)據(jù)：用戶不斷變化的行為信息，譬如一個用戶每月使用的通信費用，這些費用包含流量費用、語音費用、短信費用以及其他增值費用等，依據(jù)簽約信息，每個人能夠使用的流量、語音、短信等數(shù)量的多少，用戶的哪些行為特征或偏好影響他們每天消費信息（包括使用了哪些應(yīng)用及其時間、地點）。這些信息是每天、每月都發(fā)生變化且無明顯的規(guī)律性，需要通過大數(shù)據(jù)挖掘的方式將其內(nèi)在聯(lián)系或特征展現(xiàn)出來。

在動態(tài)數(shù)據(jù)中，業(yè)務(wù)偏好信息及位置信息包含了人使用移動智能終端做業(yè)務(wù)的行動軌跡。在出門帶手機即可的現(xiàn)階段，人們用智能手機進行業(yè)務(wù)交互的頻次很高，因此其業(yè)務(wù)軌跡可以用來判定人群職住信息，在不同時刻的大概地理范圍。業(yè)務(wù)類別和APP類別是指人們在使用智能手機時喜歡用哪一類業(yè)務(wù)、哪一類APP，每次使用某一業(yè)務(wù)/APP的時長，一段時間內(nèi)使用業(yè)務(wù)/APP的頻次，由此可推斷其關(guān)注點和興趣點。

2 基于運營商大數(shù)據(jù)的大氣污染防控方案

基于跨行業(yè)、多源、異構(gòu)的大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測和預(yù)報數(shù)據(jù)、運營商數(shù)據(jù)、企業(yè)數(shù)據(jù)等進行融合分析，搭建大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測預(yù)報、影響評估與跟蹤分析的大數(shù)據(jù)平臺�；�于此大數(shù)據(jù)平臺實現(xiàn)精細化大氣環(huán)境預(yù)報、溯源及科學(xué)污染防控，以達到更全面的對企業(yè)、群體個人的影響評估、預(yù)防以及重點污染區(qū)域的持續(xù)跟蹤，并能為政府和企業(yè)提供個性化的產(chǎn)能動態(tài)規(guī)劃和調(diào)整方案�；�于運營商大數(shù)據(jù)的大氣污染防控方案如圖2所示。

圖2 大氣污染防控思路與方案圖

a） 數(shù)據(jù)整合：通過對跨行業(yè)數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)整合，包括空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)、運營商數(shù)據(jù)、企業(yè)數(shù)據(jù)等，實現(xiàn)信息的地理化交互關(guān)聯(lián)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的深度關(guān)聯(lián)分析。

b） 平臺搭建：對整合后的數(shù)據(jù)進行規(guī)范化存儲和自動化解析及入庫。將成熟的數(shù)據(jù)挖掘算法形成固化模型，并通過Hadoop、Impala等大數(shù)據(jù)技術(shù)，實現(xiàn)多參數(shù)、智能化、實時性的大數(shù)據(jù)分析平臺。

c） 分析及挖掘：通過用戶畫像、用戶軌跡、業(yè)務(wù)偏好等與大氣質(zhì)量現(xiàn)狀分析、大氣質(zhì)量精細化預(yù)測模型相結(jié)合，實現(xiàn)對個人群體的影響評估及預(yù)防、對敏感人群的污染趨勢預(yù)測推送、對污染區(qū)域的疏散預(yù)警等。通過大氣數(shù)據(jù)與企業(yè)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，輔助實現(xiàn)污染溯源分析、污染源的產(chǎn)能動態(tài)規(guī)劃等。

d） 產(chǎn)品及服務(wù)：基于數(shù)據(jù)分析及挖掘結(jié)果，明確細化產(chǎn)品需求，針對政府、企業(yè)和個人等不同服務(wù)對象，形成一系列面向政府、企業(yè)和公眾的數(shù)據(jù)產(chǎn)品及服務(wù)，以達到輔助政府決策、提高企業(yè)產(chǎn)能、便捷服務(wù)民生的效果。

3 運營商數(shù)據(jù)在大氣污染防控的應(yīng)用探討

基于整合后的多方數(shù)據(jù)源，形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)用庫。搭建大數(shù)據(jù)平臺，完成數(shù)據(jù)的規(guī)范化存儲、自動化解析和入庫、關(guān)鍵信息提取。通過上層數(shù)據(jù)分析及挖掘，形成一系列面向政府、企業(yè)和公眾的數(shù)據(jù)產(chǎn)品及服務(wù)。主要的應(yīng)用方向如表1所示。

表1 主要的應(yīng)用方向

以下將著重探討運營商數(shù)據(jù)在污染區(qū)域的人群防控和企業(yè)停開工的監(jiān)察管理方面的應(yīng)用。

3.1 污染區(qū)域的人群防控

目前，當(dāng)城市遇到嚴(yán)重污染天氣，每個人都會收到該城市空氣質(zhì)量嚴(yán)重污染提示短信，而實際情況是不同區(qū)域空氣質(zhì)量在不同時間是不一樣的，有時差別還特別大。如果統(tǒng)一對城市的居民進行空氣質(zhì)量嚴(yán)重污染的提示推送，可能會對一些人提供錯誤的信息，不夠精細化。

基于運營商數(shù)據(jù)，可獲取人們的實時活動范圍，這樣便能對城市空氣嚴(yán)重污染的區(qū)域中的人群進行精準(zhǔn)的實時空氣嚴(yán)重污染信息推送，實現(xiàn)空氣質(zhì)量信息的精準(zhǔn)化推送，為人們的出行提供參考。同時，我們能精確獲取空氣嚴(yán)重污染區(qū)域的人群信息以及他們的特征，為空氣質(zhì)量影響評估提供更精確的數(shù)據(jù)和依據(jù)。

3.1.1 污染區(qū)域人群畫像

通過對嚴(yán)重污染區(qū)域的人群進行用戶畫像及軌跡追蹤，可將污染天氣對人群的影響進行評估，從而進行有效的人群疏散及衛(wèi)生防疫工作。圖3是嚴(yán)重污染區(qū)域的人群分布熱力示意圖。

圖3 某污染區(qū)域內(nèi)人群聚集熱力圖

分析嚴(yán)重污染區(qū)域的人群情況，比如影響人數(shù)，人群性別占比、年齡分布、每小時的用戶數(shù)量、不同時段的用戶數(shù)分布等，進而評估對污染區(qū)域人群的影響。

3.1.2 易感人群污染防控

根據(jù)用戶性別、年齡分布，公眾開放場所如公園、步道等的聚集情況，活躍時段、使用APP數(shù)據(jù)（如用戶搜索目的地天氣、目的地導(dǎo)航）等信息，以及醫(yī)療場所周圍的軌跡信息，鎖定易感人群，并向其推送空氣質(zhì)量信息及防污染產(chǎn)品廣告信息，提醒其及時采取衛(wèi)生防疫措施。

針對幼兒園、中小學(xué)校、養(yǎng)老院、醫(yī)院等易感人群聚集，且運營商數(shù)據(jù)不易捕獲的區(qū)域，可通過企業(yè)全息名片庫進行圈定，對其周圍企業(yè)污染情況進行跟蹤，減少對于易感人群的危害程度。

3.1.3 大氣污染預(yù)測人群防控

將人群指數(shù)的預(yù)測情況與空氣質(zhì)量（PM2.5濃度）的預(yù)測情況，以及空氣質(zhì)量監(jiān)測站實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進行地理化匹配，分析空氣污染的預(yù)測以及實時污染情況對人群的影響程度，同時平臺會實現(xiàn)高密群體影響的實時告警，從而實現(xiàn)污染對人群影響的有效防控。

預(yù)測分析未來空氣污染的人群影響情況，如圖4所示。

圖4 某地未來空氣污染的人群影響預(yù)測分析示意圖

從圖4可見，早高峰出行時，空氣質(zhì)量為黃色（2級），對人群影響不大。中午時段，移動用戶主要集中在幾大商業(yè)辦公區(qū)域，同時從空氣質(zhì)量預(yù)測情況看，未來3小時可能會有中度霧霾從南向北來襲，此時可向熱點區(qū)域常駐人員進行消息推送。晚高峰時段，城區(qū)已經(jīng)進入中度霧霾。傍晚時段，人群逐漸分散，霧霾也逐漸減弱。

3.2 企業(yè)產(chǎn)能動態(tài)調(diào)整及監(jiān)察

結(jié)合地方企業(yè)信息，建立污染區(qū)域企業(yè)全息名片庫，包含企業(yè)分布、企業(yè)性質(zhì)、企業(yè)規(guī)模、排放氣體種類、排放量等。結(jié)合用戶聚集、軌跡、業(yè)務(wù)特征等數(shù)據(jù)監(jiān)控重點區(qū)域的工廠開工情況，對重污染天氣下隱瞞開工的企業(yè)進行識別。通過污染物溯源信息，對不同天氣條件下，工廠開工方案提供建議，實現(xiàn)工廠產(chǎn)能動態(tài)規(guī)劃，在保證空氣質(zhì)量的前提下，減少對社會經(jīng)濟的影響。

3.2.1 企業(yè)開工監(jiān)察

隨著各地空氣重污染應(yīng)急預(yù)案的推出，每遇空氣重污染時，各地政府需對污染排放的企業(yè)進行指導(dǎo)，特別是當(dāng)空氣污染達到一定的預(yù)警級別，應(yīng)急預(yù)案就會對相應(yīng)的一些制造業(yè)企業(yè)進行停產(chǎn)和限產(chǎn)。以往的做法是政府相關(guān)部門進行實地檢查、抽查，來判斷相關(guān)企業(yè)是否按照要求進行停產(chǎn)或限產(chǎn)措施。但是企業(yè)分布很廣，執(zhí)法工作人員有限，每次只能完成小比例的抽查工作，監(jiān)管很難到位。而運營商有用戶群體的特征信息，通過建模訓(xùn)練企業(yè)停工、開工時的用戶群體的聚集狀態(tài)、語音及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)特征、業(yè)務(wù)APP使用情況等一系列特征，即可初步判斷企業(yè)的開工概率。通過與實際停開工情況進行對比，得到模型的準(zhǔn)確度，進而再改進模型，提高判斷的準(zhǔn)確率，大大提高監(jiān)管效率，節(jié)省人力物力和財力，為藍天計劃提供保障。

3.2.2 企業(yè)產(chǎn)能動態(tài)調(diào)整

隨著時代的發(fā)展，人們對于環(huán)保問題愈發(fā)重視，但是目前的企業(yè)停產(chǎn)限產(chǎn)措施也拉低了地方的GDP，如何平衡好GDP和環(huán)保兩者的關(guān)系，就顯得非常重要。

可以通過分析空氣污染溯源，結(jié)合人群聚集特征，針對不同類型的企業(yè)進行有針對性的檢查指導(dǎo)，實現(xiàn)企業(yè)精準(zhǔn)的產(chǎn)能動態(tài)調(diào)整，保證空氣質(zhì)量的同時，也兼顧企業(yè)產(chǎn)能的輸出。比如根據(jù)污染物溯源分析，某日空氣污染主要污染物來源為道路移動源而非工業(yè)移動源，因此可對樞紐路段進行車輛限行以減輕空氣污染，而并非工廠停工。從而使污染防治做到有的放矢，提高防治效率。

4 結(jié)束語

本文從“人”的角度介紹了運營商數(shù)據(jù)的特征，并基于運營商數(shù)據(jù)進行大氣污染防控的思路和方案研究，最后對基于運營商數(shù)據(jù)的大氣污染防控進行應(yīng)用探討。作為能夠觸及到人群末端的運營商，存儲著人群的畫像、軌跡等信息，通過將精準(zhǔn)化大氣質(zhì)量實時及預(yù)測數(shù)據(jù)與運營商數(shù)據(jù)結(jié)合，能夠?qū)⒋髿赓|(zhì)量對公眾的影響精確到特定人群，實現(xiàn)精準(zhǔn)觸達，并且將空氣污染的影響評估精確到每個人和區(qū)域；同時，可根據(jù)企業(yè)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)能的動態(tài)調(diào)整，保障藍天的同時也保證企業(yè)產(chǎn)能。為“藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”貢獻力量，運營商一直在行動。

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作者：晁昆 高潔 賈玉瑋 徐樂西 程新洲 成晨 來源：郵電設(shè)計技術(shù)