平原地區3×3公裡、山區8×8公裡，霧霾圍城重壓下，北京破釜沉舟做了一次大膽的嘗試，將自己劃分成無數的網格，安放了1500多個小型方盒子，像一個個血壓計一樣，時刻觀察身體哪個部位突然的PM2．5指數異常。
2014年，一次出國學習的機會，北京市環境保護監測中心（以下簡稱監測中心）大氣室工程師王欣偶然了解到國外大氣監測的最前沿動向，於是有了上述國內「網格化監測」的最早雛形。
不過，在王欣等人當初提出這個構想時，還找不到可參考的樣板，僅是停留在研究階段的零星幾個街道或社區的小範圍探索，沒有標準甚至沒有成型的設備，猶如在無人區探索。
國外理念率先實踐於國內
4年間，監管需求促進高密度監測從構想到全面鋪開，推動相關監測技術和市場培育發展
如今，作為國內創新利用高密度空氣品質監測網進行大氣環境監管的發起端，北京市環境保護監測中心就像大氣監測領域的黃埔軍校，來學習參觀的人絡繹不絕。
監測中心副主任劉保獻前不久剛接待了一批來自澳大利亞的客人。客人本來打算到中國傳授經驗和做法，當聽到北京目前所做的工作後連連驚嘆，「你們把我們規劃10年甚至20年後該做的工作都做完了」。
「國外雖然理念在前，但從實踐角度來說，可能沒有任何一個地方像我們一樣，對環境質量監管有如此大的需求。」劉保獻分析，正是國內應用場景和管理的急迫性比國外強烈得多，也一定程度上使得相關監測技術和市場很快培育起來。
2013年9月，《北京市2013～2017年清潔空氣行動計劃》（以下簡稱《計劃》）發布，提出到2017年，全市空氣中的細顆粒物年均濃度比2012年下降25％以上，控制在60微克／立方米左右。同時，對各區縣也提出了具體的控制指標。
「當時覺得要完成《計劃》的指標要求難度非常大。所以，當我們從國外了解到新一代監測趨勢的時候，不妨嘗試去落地。」王欣說。
2014年年底，回國後的王欣立馬開始琢磨起來。說來在時機上也特別趕巧，北京的傳統空氣品質監測網面臨升級，計劃在原有的35個空氣品質自動監測站（地面站）基礎上升級擴展到70個。
「即便數量上增加一倍，但對於全市範圍而言，平均到每個區縣的點位數量依然是非常有限的，相關決策部門可能對整體水平有個大概的掌握，但針對複雜的汙染源還是缺乏足夠的信息基礎，如何精準溯源有的放矢？」深知痛點的王欣清楚，當務之急是增加信息數據的密度和廣度，這也給低成本、易布設的微型設備提供了絕佳的實踐舞臺。
「傳統的空氣品質監測站造價十分昂貴，動輒幾百萬元，而且涉及佔地，審批手續繁瑣，周期也自然拉得很長，依靠加密地面站獲取足夠多的監測數據不切實際。與此相比，微型傳感器設備的成本低廉，無需額外佔地，安裝也很方便，使大面積布設成為可能。」王欣說。
從2014年至今，短短4年時間，利用小型化、低成本、高密度的監測傳感設備來識別大氣汙染來源已成為國內很多地方環境管理的常規手段。在此基礎上，生態環境部又於近期啟動全國熱點網格監管，結合衛星遙感、氣象、電力、工商等多數據源的融合分析，選取PM2．5高值區域作為熱點網格，布設高密度監測點位，把環境監測監管的智能化水平又推進了一大步，大幅提高大氣汙染的精細化治理水平。
高密度監測如無人區的探索
兩年時間讓機器大腦更聰明，系統建立了豐富的大數據模型，實現了對不同大氣環境場景的模擬和預判
高密度監測的基本方向確定後，接下來要考慮方案的設計和實施，可問題也隨之出現。點位如何選擇能有代表性，布設的數量多少合適？低成本的設備怎麼保證產品質量的穩定性和一致性？一堆問號擺在了王欣等人的面前。
一方面，他們對北京平原和山區、街道鄉鎮邊界、交通要道、工業企業、人類活動區域、汙染特徵等作了細緻的摸底調查。另一方面，也做出了探索性地嘗試，在設計規模和成本上設置了上限，要求控制在兩三個地面站的建設費用內。
「在幾方面綜合考慮之下，最後確立了平原地區3×3公裡、山區8×8公裡全市平均布設網格，即67個地面站加1500個微型站的方案。」王欣說，現在看來這個布局設計是合理的，生態環境部開展的熱點網格監管也延用了3×3公裡的網格密度。
在確定點位數的同期，監測中心自動監測室工程師王莉華正在緊張地比對選型。
「對於監測工作來說，數據不僅關係到監測考核，甚至為之後的環境執法提供依據，因此數據必須準，並且要保證長期準。」在她看來，錯誤的數據比沒有數據更可怕。
當時，市面上已經出現了眾多檢測PM2．5濃度的傳感器設備，但僅能滿足公眾日常自測的需求，缺乏統一標準，產品質量一致性差，與監測工作要求相差甚遠。
沒有直接可用的成熟產品，只能定製。室外苛刻條件下的長期穩定性、設備的平行性、數據的合理誤差區間，王莉華給這些影響數據質量的關鍵因素一一制定了標準，反覆進行試驗和調試產品。
「要想保證數據長期準確，即需要穩定性最好的設備，但又不能寄希望於設備單打獨鬥。所以在方案設計之初，我們找來了國內最頂尖的技術團隊一起研發，希望通過建立一套智能系統，實現設備間互相聯繫，而不是孤立存在。「王欣表示，運用人工智慧大數據分析的手段，讓數據自己糾錯，這應該是對傳統監測技術手段的顛覆。
「從2014年底設計實施，半年左右時間建成，但直到2017年才正式上線，我們足足等了兩年時間，為的就是讓這臺機器大腦變得更加聰明。」技術支撐單位、清華海峽研究院大數據中心的環境專家們介紹，通過地面站和微型站實時傳輸的監測數據，結合溫度、溼度、風場、汙染類型等影響數據質量的組分參數以及工商、用電數據等，系統建立了豐富的大數據模型，不單能驗證單個數據的準確性、合理性，還實現了對不同大氣環境場景的模擬和預判。
動動手指就能掌握站點運維
過去運維工作無法監控和追溯，現在工作流程和考核目標都可通過智能系統量化把控
數據量的暴增，讓王欣他們感受到的最直接變化，是過去一臺普通伺服器就能滿足數據存儲的全部要求，現在不得不藉助大數據云服務，尋求更大的數據存儲運算空間。另一個顯著變化，是工作思維、方式的改變。
「從30多臺一躍到1000多臺設備規模，對於運維來說，是一個質的變化。這意味著定期巡檢、異常報修、耗材更換等常規工作，如果還延用傳統方式不是跑斷腿就是耗費巨大的人力成本，同時也增加了管理者對運維日常監管考核的難度。」王莉華說，如今，得益於智能系統的幫忙，她只需動動手指，就能對全市所有站點的運維狀態了如指掌。
在監測中心的指揮大廳，王莉華像往常一樣登陸系統，對運維工單的落實情況進行審核。在運維管理界面，全市所有點位的運行狀態按照「正常」、「一般」、「中等」、「緊急」不同顏色在地圖上進行標註，同時還顯示著所有問題點位目前的處理狀態。王莉華點開其中一個待審核工單，在確認其報警信息、維修時長、行進軌跡、現場照片等信息無誤後，點擊了「審核通過」。
「過去，運維工作做得好壞，我們根本無法監控和追溯，而現在，對工作流程和考核目標都可以通過這套智能系統量化把控。有點像網購或是快遞服務中普遍應用的進度查詢。」王莉華透露，這並不意味著需要更高的投入。從目前的運行狀況來看，微型站的運維壓力和成本都比地面站要低。
2017年8月11日，「北京市高密度網絡智能管理與應用平臺」取代傳統空氣品質監測網正式亮相。上線「第一把火」就給全市1500多個網格來了個排名，PM2．5濃度上升幅度大、濃度高的高值區域被列為重點對象，推送到市、區環保局。
「原來全市只有30多個大站的時候，空氣品質評價只限到區一級。現在，各個鄉鎮、街道，甚至村、社區都暴露在陽光下，空氣品質好壞一清二楚。」劉保獻表示，這對於環境監管執法來說，能夠更加精準高效溯源；同時，強化落實屬地監管主體責任，減少互相扯皮、推諉的情況發生。