在全球环境问题日益严峻的当下，环境监测作为环境保护的基石，其重要性愈发凸显。传统环境监测手段在应对复杂多变的环境挑战时，逐渐暴露出诸多局限性，如监测精度受限、覆盖范围不足、数据处理滞后等。数字化技术的蓬勃兴起，为环境监测领域带来了革命性的变革契机。

　　在数字经济与实体经济深度融合的背景下，环境监测正经历从“经验驱动”向“数据智能”的历史性跨越。我国生态环境部《“十四五”生态环境监测规划》明确指出，到 2025 年要实现“空天地一体化”监测网络覆盖所有地级市，重点污染源自动监控数据传输有效率需达 98% 以上。这种政策导向与物联网、边缘计算等技术成熟形成共振效应，推动环境监测进入数字化新纪元。作为深耕智能制造、物联网、数字化、 ESG 领域多年的人士，在深圳建设全球标杆城市、人工智能先锋城市的进程中，我也见证着环境监测从“人海战术”向“智慧感知”的跨越，我深刻认识到，环境监测数字化不仅是技术升级，更是治理体系的重构。

　　一、环境监测数字化的技术应用

         01 物联网技术在环境监测中的广泛应用

　　物联网传感器技术在中国环境监测中已实现规模化应用，覆盖空气、水质、工业、农业、生态五大领域，通过实时数据采集、智能分析和远程调控，显著提升了环境管理效率。

　　典型案例：

　　1、北京 “三监” 联动智慧体系

　　北京市生态环境局构建的 “监管 - 监测 - 监察”三监联动系统，部署 5700 余条道路尘负荷传感器、以及出租车移动监测设备、工地摄像头等，结合卫星遥感和 AI 算法，实现 PM2.5 浓度空间分辨率达 50 米。执法效率提升、提前预测污染峰值。[1]

　　2、深圳市中建南方环境股份有限公司推出无尘车间智能监测系统

　　通过 100 个激光尘埃粒子计数器实时监测 0.3-10μm 粒径粒子，结合 FFU 智能调速控制，实现洁净度动态管理。系统采用 RS485 协议传输数据，支持手动 / 自动模式切换，配备多级权限管理与安全防护(JWT 认证 + 防篡改机制)。预计可使 FFU 能耗降低 31%，年节省电费超 227 万元，助力制造业打造高效、合规的智能生产环境。[2]

　　02 卫星遥感与无人机监测拓展环境监测的空间维度

　　卫星遥感与无人机监测作为新兴的环境监测手段，以其独特的优势，极大地拓展了环境监测的空间维度，为全面、深入了解地球生态环境状况提供了全新视角。卫星遥感与无人机监测的有机结合，构建了“天 - 空 - 地”一体化的环境监测体系，实现了对地球生态环境的全方位、多层次、立体化监测。

　　典型案例：

　　1、重庆“天空地一体化”水域监测

　　无人机高光谱传感器(覆盖 10 公里范围)+ 卫星遥感扫描。长江上游重点流域监测效率提升 15 倍，人工巡查 1 个月工作量缩短至 2 天，2023 年发现非法排污事件 37 起。[3]

　　2、苏州大运河污染治理

　　卫星定量反演悬浮物浓度，锁定污染区域，无人机航拍记录排污口与违建码头。关停“散乱污”企业 26 家，拆除违建 13 万㎡，水体总磷指标下降 42%。[4]

　　3、武汉秸秆焚烧监测

　　高分卫星热源识别 + 无人机夜间巡航。2024 年监测火点 2255 个，推动秸秆综合利用率提升至 95%。[5]

　　03 数字孪生平台应用

　　数字孪生平台在环境监测中的实时精准监测、多源数据融合与分析、环境质量预测与预警、可视化展示与决策支持、环境治理方案评估与优化等方面具有相当重要的作用。

　　典型案例：深圳积极打造市区协同、统分结合的全市域时空信息平台(CIM 平台)，构建统一城市时空底座。“生态大脑”数字孪生平台可能会集成生态环境相关的各类数据，如空气质量、水质、土壤状况等，打破数据壁垒，实现多部门、多领域的数据共享，为生态环境的综合管理提供全面的数据支持。

　　1、“1+11+N”体系：市级CIM 平台作为核心枢纽，整合全市地上下、室内外全要素时空数据，11 个区级平台及 N 个行业级平台实现专题能力拓展。

　　2、关键技术突破

　　(1)轻量化处理：采用倾斜摄影建模与 BIM 逆向建模技术，将重点片区 15 平方公里建筑模型精模接入平台，支持移动端实时加载。

　　(2)物联感知集成：部署 30 万 + 物联终端，将“雪亮工程”28 万路摄像头纳入 CIM 平台，实现城市运行状态实时感知。

　　(3) 多源数据整合

　　① 环境监测网络：集成空气质量站(PM2.5/ 臭氧)、水质监测浮标、土壤墒情传感器等设备，覆盖全市 2000+ 重点污染源。

　　② 数据治理机制：建立SZ-IFC 标准格式转换体系，实现BIM 模型与GIS 数据无缝融合，支撑生态红线动态监管。

　　(4) 智能分析应用：

　　① 污染扩散模拟：基于 AI+ 深度学习算法，构建大气污染物扩散模型，预测精度达 85%，辅助制定精准管控方案。

　　② 水质指纹溯源：通过紫外 - 可见光谱分析技术，建立 2000+ 种工业废水光谱数据库，

　　实现污染事件快速溯源。

　　(5) 应急指挥联动：

　　① 台风应对：CIM 平台实时接入气象、交通、水务数据，提前预测内涝点，应急响应效率提升 50%。

　　② 污染事件处置：罗湖区通过“生态大脑”平台联动环保、城管部门，15 分钟内锁定非法排污点，处置效率提升 3 倍。[6]

　　04 人工智能技术提升环境监测的智能化水平

　　人工智能技术作为当今科技领域的皇冠明珠，在环境监测中的应用正不断拓展与深化，为提升监测的智能化水平注入了强大动力。通过AI 技术重构监测流程，实现从“人海战术”到“智慧感知”的跃升，智能分析决策、智能运维装备、智能监测网络、智能预警处置、降低运维成本、提升数据利用率。

　　典型案例：

　　1、北京亦庄“城市运行大脑”，100 个小微站：实时监测PM2.5 数据，超标区域自动标红预警。无人巡逻车：搭载 8 参数大气传感器，24 小时监测 VOCs 与臭氧。扬尘污染事件处置效率提升 40%，2024 年 PM2.5 年均浓度降至 28μg/m³。[7]

　　2、深圳环水集团：通过深水云脑正式接入 DeepSeek-R1(671B 满血版)模型，深水云脑的 AI 算力与场景应用能力实现全面升级。“十四五”期间，深圳环水集团超前布局“深水云脑”战略，建成城市水务云化数字孪生智能体，落地水务云计算底座、智能能力中心及微服务应用平台三大核心层，实现从源头到龙头、从小区到流域涉水事务智慧管控，支撑集团高品质运营和创新发展。依托深水云脑，深圳环水集团加快技术要素融合，集成生成式AI、机器学习、计算机视觉算法等技术模块，首创水务行业多模态AI 融合中枢，实现算法仓库、模型训练、智能决策的闭环技术体系;实现场景要素融合，构筑人工智能+ 水务创新应用矩阵，打造全流程智能供水保障、智能供水调度、城市积水内涝识别、智慧厂站、智享服务等跨部门、跨系统的综合智能场景应用。[8]

　　3. 杭州市余杭区 EFC 智能水质自动站：目前杭州市首套智能化运维的水质自动监测站。该站点由移动机器人、视频监控器、智能运维管理平台以及配套自动监测仪器组成，融合了智能传感器、物联网、大数据等多项技术。以智能机器人为载体，人工智能技术为核心，创新了运维全流程管理模式，能够替代人工实现全天候监控、智能巡检、试剂更换、质控核查、参数核查等多项运维工作。[9]

　　二、环境监测数字化面临的挑战

         01技术成本与设备更新问题

　　环境监测数字化转型需要大量的资金投入，用于购置先进的监测设备、建设数字化监测平台以及开展相关技术研发。数字化传感器、物联网设备、卫星遥感系统、大数据分析软件等的购置成本高昂，对于一些经济欠发达地区的环境监测部门而言，难以承担如此巨大的资金压力。

　　02 数据安全与隐私保护风险

　　在环境监测数字化过程中，大量的环境监测数据涉及国家环境安全、企业商业机密以及个人隐私等敏感信息。数据安全与隐私保护面临着严峻的挑战。

　　在数据传输过程中，若网络安全防护措施不到位，数据可能面临被窃取、篡改、泄露的风险。一些不法分子可能通过网络攻击手段，入侵环境监测数据传输网络，窃取重要的监测数据，用于非法目的，如恶意炒作环境问题、干扰企业正常生产经营、危害国家环境安全等。

　　在数据存储环节，若数据存储系统存在漏洞或安全隐患，也可能导致数据泄露。部分环境监测数据可能包含企业的生产工艺、排污情况等商业机密信息，以及个人的地理位置、健康信息等隐私信息，一旦泄露，将给企业和个人带来严重的损失。

　　03 技术标准与规范不统一

　　当前，环境监测数字化领域的技术标准与规范尚未完全统一，不同厂家生产的监测设备在数据格式、接口标准、测量方法、质量控制等方面存在差异，这给监测数据的集成、共享与互操作性带来了极大的困难。

　　在多源数据融合分析时，由于数据标准不一致，难以准确地对不同来源的数据进行对比、整合与分析，影响了数据分析的准确性与可靠性。在构建区域环境监测大数据平台时，需要整合来自不同厂家、不同类型的监测设备的数据，但由于数据标准不统一，需要花费大量的时间和精力进行数据格式转换、接口适配以及数据质量校准等工作，增加了平台建设的难度与成本。

　　技术标准与规范的不统一也不利于监测设备的质量控制与市场监管。一些不符合标准的监测设备可能流入市场，导致监测数据质量参差不齐，影响了环境监测的科学性与权威性。因此，加快制定和完善环境监测数字化领域的统一技术标准与规范，已成为推动环境监测数字化健康发展的当务之急。

　　04 专业人才短缺

　　环境监测数字化的发展，对专业人才提出了更高的要求。需要既懂环境科学与工程知识，又掌握数字化技术(如物联网、大数据、人工智能、卫星遥感等)的复合型专业人才。然而，目前这类专业人才短缺的问题较为突出。

　　一方面，传统的环境监测专业人才在数字化技术方面的知识储备相对不足，难以熟练运用先进的数字化监测设备与技术进行环境监测工作，无法充分发挥数字化监测技术的优势。另一方面，数字化技术专业人才对环境监测业务的了解相对有限，在开发与应用环境监测数字化技术时，可能无法充分考虑环境监测的实际业务需求，导致技术与业务脱节。

　　三、应对环境监测数字化挑战的建议

         01建立多元化资金及技术投入机制，构建全生命周期设备管理体系

　　1、设立国家环境监测数字化专项基金及产业孵化基金，按“东部地区自主创新 + 中西部地区定向扶持”原则分配资金，对环境大数据分析、智能传感器等领域初创企业给予优先投资。

　　2、参考德国 “工业 4.0 创新券”经验，向中小环保企业发放“数字化升级券”，支持其采购国产低空遥感设备、微型水质传感器等轻量化技术产品。

　　02 产业生态共建策略

　　1、建立“政产学研用”联合体

　　借鉴德国弗劳恩霍夫模式，在长三角、珠三角等产业集群区，推动成立环境智能装备创新中心，重点突破环境大数据分析、智能装备可靠性等共性技术。弗劳恩霍夫模式的本质是“制度设计驱动技术突破”，需构建“需求牵引- 资源整合- 利益共享”的良性循环。

　　1.1 矩阵式管理：设立技术领域联盟(智能制造、光子学等)，打破研究所行政壁垒，实现跨机构资源整合。

　　1.2 “三三制”资金结构：政府基础研究经费(33%)、竞争性项目经费(33%)、企业合同经费(33%)，形成" 基础研究 - 应用开发 - 产业化 " 闭环。

　　1.3 专利共享机制：研究所与产业界按“基础专利归研究所、应用专利归企业”原则分配权益，加速技术商业化。

　　1.4 中试基地建设：在长三角、珠三角等产业集群区布局智能制造中试线，缩短从实验室到量产的周期 。

　　1.5 产业层：联合华为、大疆、比亚迪等龙头企业成立产业联盟，覆盖环境监测设备制造商、环保服务商、云计算平台企业。

　　2、完善人才梯队建设

　　推动大学开设“智能制造与环境工程”交叉学科，实施“卓越工程师”培养计划，定向输送复合型人才。

　　2.1 人才双聘制：高校教授保留教职同时担任创新中心首席科学家，企业工程师带薪参与研发项目。

　　2.2 人才流动机制：40% 研究人员为高校在读学生，科研人员每 3-5 年需轮换至企业，确保技术双向流动。

　　2.3 人才引育工程: 实施“卓越工程师计划”：在相关高校开设“环境智能装备”微专业，联合培养硕士 / 博士 100 人 / 年。

　　2.4 国际人才社区建设：在深圳前海、河套、珠海横琴等地设立海外专家工作站，提供住房补贴等优惠 。

　　03 制度保障体系构建

　　1、制定统一技术标准

　　制定《智能环境监测设备技术规范》《边缘计算设备可靠性分级标准》等涵盖数据接口、通信协议、安全认证等核心指标。

　　2、建立概念验证中心

　　提供首台套样机试制、小批量生产服务，单个项目最高支持 500万元。

　　3、创新监管服务模式

　　试点“监管沙盒”机制，对环境监测 AI 算法进行透明化审查。建立“红黄蓝”三级风险预警制度，确保技术应用合规可控。

　　四、结语：迈向数智共生新范式

　　环境监测数字化是一场重塑环境治理范式的深刻变革，其成效彰显着技术创新的力量，挑战则考验着治理体系的智慧。作为产业实践者，站在全球数字化转型的历史节点，我们既要以“数字技术 + 生态价值”双轮驱动，突破技术瓶颈、夯实数据根基;更要清醒认识数据安全、算法公平等深层挑战。我们要以“制度创新 + 人才培育”协同发力，构建包容共享的发展生态。未来，随着量子计算、AI 等新一代技术的渗透，环境监测将向 “全要素智能感知、全流程自动决策、全周期闭环管理”的高阶形态演进。唯有以系统思维统筹技术突破与制度创新，才能让数字化真正成为撬动环境治理能力现代化的杠杆，为守护绿水青山、实现人与自然和谐共生的现代化提供坚实支撑。

参考文献、新闻 :

[1] 新浪新闻、劳动午报，北京打造生态环境“三监”联动大模型。

[2] 深圳市中建南方环境股份有限公司。

[3] 央视网，无人机巡航、卫星遥感、大数据共享 智慧监测“神器”助力环境监测网络建设。

[4] 新浪新闻、中国环境网，无人机取证与卫星遥感数据相互印证，这起案件证据链条完整严密。

[5] 搜狐新闻，科技助力湖北污染防治：探索卫星遥感与无人机监测新篇章。

[6] 深圳市人民政府办公厅，《深圳市数字孪生先锋城市建设行动计划(2023)》。

[7] 北京经济技术开发区管理委员会，用活用好“人工智能 +” 北京亦庄探索生态环境治理“数智”模式。

[8] 深圳市国资委，DeepSeek 助力这两家市属国企“智能升级”。

[9] 余杭时报，地上机器人运维 天上无人机巡检 智能化设备赋能余杭生态环境监测工作。

本文专家特邀——

中国智慧城市专家委员会 首席物联网专家，

《大湾区 ESG企业评选》组委会创会执行委员、评审委员 喻波

2025《大安全产业数字化调研报告》同步更新中

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