基于大數(shù)據(jù)的遼寧智慧環(huán)保新思路

王威，朱京海

(1.遼寧省環(huán)境監(jiān)控中心，沈陽　110033； 2.遼寧省環(huán)境保護(hù)廳，沈陽　110033)

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基于大數(shù)據(jù)的遼寧智慧環(huán)保新思路

王威1，朱京海2

(1.遼寧省環(huán)境監(jiān)控中心，沈陽110033； 2.遼寧省環(huán)境保護(hù)廳，沈陽110033)

摘要：智慧環(huán)保是主要基于大數(shù)據(jù)等新型技術(shù)支撐體系的智能化環(huán)保決策手段，是數(shù)字環(huán)保的延伸，并在內(nèi)涵上有著深刻的變革。通過簡述遼寧省從數(shù)字環(huán)保到智慧環(huán)保的發(fā)展歷程，以及遼寧環(huán)保大數(shù)據(jù)目前存在的問題，總結(jié)環(huán)保大數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)，提出環(huán)保大數(shù)據(jù)應(yīng)用新思路及基于大數(shù)據(jù)的遼寧“智慧環(huán)?！苯鉀Q方案。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；數(shù)字環(huán)保；智慧環(huán)保；遼寧

隨著中國工業(yè)化、城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，生態(tài)環(huán)境日益惡化，環(huán)境保護(hù)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。要說清污染源狀況、環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及變化趨勢、環(huán)境潛在風(fēng)險，提高政府管理能力，滿足社會公眾需求，就要求測得準(zhǔn)、傳得快、管得好。測得準(zhǔn)：用透徹的感知，摸清環(huán)境赤字，遏制生態(tài)惡化；傳得快：用全面的互聯(lián)，轉(zhuǎn)變政府職能，促進(jìn)信息交互；管得好：用深入的智能，服務(wù)環(huán)境預(yù)警，支撐決策行動。隨著環(huán)保工作的智慧化建設(shè)和精細(xì)化管理要求，數(shù)字環(huán)保對提升環(huán)境監(jiān)測監(jiān)管能力的作用尤為突出，加快建設(shè)數(shù)字環(huán)保的同時進(jìn)一步整合與利用環(huán)境信息，不斷加強(qiáng)環(huán)境生態(tài)資源及環(huán)境狀況分析和評估成為當(dāng)務(wù)之急[1]。

智慧環(huán)保是數(shù)字環(huán)保的進(jìn)一步發(fā)展[2]，是環(huán)境管理工作發(fā)展的新興模式，其本質(zhì)在于數(shù)字化與互聯(lián)網(wǎng)的高度結(jié)合，是環(huán)境信息化向更高、更深層次發(fā)展的表現(xiàn)，而大數(shù)據(jù)技術(shù)是智慧環(huán)保的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一。2015年8月19日，國務(wù)院發(fā)布《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》，要求推動政府信息系統(tǒng)和公共數(shù)據(jù)互聯(lián)共享，消除信息孤島，加快整合各類政府信息平臺，避免重復(fù)建設(shè)和數(shù)據(jù)“打架”，增強(qiáng)政府公信力，促進(jìn)社會信用體系建設(shè)。這標(biāo)志著中國大數(shù)據(jù)國家戰(zhàn)略地位的正式形成，環(huán)?！按髷?shù)據(jù)時代”正式到來。

1從數(shù)字環(huán)保到智慧環(huán)保的發(fā)展進(jìn)程

數(shù)字環(huán)保是智慧環(huán)保的準(zhǔn)備和必經(jīng)階段[3]，通過制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、建立應(yīng)用支撐系統(tǒng)以及業(yè)務(wù)系統(tǒng)來夯實(shí)智慧環(huán)保的基礎(chǔ)，經(jīng)過長期、大量數(shù)據(jù)的累積完成環(huán)境信息化建設(shè)的初級階段，進(jìn)而向智慧環(huán)保邁進(jìn)。智慧環(huán)保是數(shù)字環(huán)保概念的延伸和拓展，其借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[4]，把傳感器和裝備嵌入到各種環(huán)境監(jiān)控對象中，通過超級計算機(jī)和云計算將環(huán)保領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)整合起來，可以實(shí)現(xiàn)人類社會與環(huán)境業(yè)務(wù)系統(tǒng)的整合，以更加精細(xì)和動態(tài)的方式實(shí)現(xiàn)環(huán)境管理和決策。

智慧環(huán)保有6個層面：感知層、傳輸網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支撐層、應(yīng)用層、決策層。在感知層面上，遼寧省已經(jīng)建設(shè)了強(qiáng)大的監(jiān)控一體化平臺，但是面對諸多瞬息萬變的環(huán)境要素，環(huán)境監(jiān)測任務(wù)越來越繁重，除此之外，環(huán)境監(jiān)測工作對監(jiān)測精度和監(jiān)測種類也提出了更高的要求，環(huán)境要素的全面感知工程是非常浩大的。工業(yè)集中地污染源監(jiān)測監(jiān)控、化工園區(qū)廠界監(jiān)管、VOC回收治理，這些都是未來智慧環(huán)保感知網(wǎng)絡(luò)需要觸及的環(huán)境要素。

要實(shí)現(xiàn)從數(shù)字環(huán)保到智慧環(huán)保的跨越，關(guān)鍵是在原有數(shù)字環(huán)保的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)加強(qiáng)感知層與智慧層的建設(shè)。一是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)實(shí)時、自適應(yīng)進(jìn)行環(huán)境參數(shù)感知的感知系統(tǒng)；二是利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術(shù)，整合現(xiàn)有信息資源，建設(shè)具有高速計算能力、海量存儲能力和并行處理能力的智能環(huán)境信息處理平臺，為最終實(shí)現(xiàn)智慧環(huán)保的各項(xiàng)應(yīng)用服務(wù)提供平臺支撐與信息服務(wù)。

做好智慧環(huán)保，應(yīng)堅(jiān)持：

(1)四個智慧方向：模式與時俱進(jìn)(簡潔管用、模式創(chuàng)新、網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新)，服務(wù)整合互聯(lián)(功能政府，業(yè)務(wù)協(xié)同、企業(yè)管理與服務(wù))，資源有效共享(盤活信息資源、確保信息質(zhì)量、敏捷決策)，信息交互透明(信息公開、在線服務(wù)、政民互動)；

(2)四個智慧支撐：配套政策法規(guī)環(huán)境，新一代基礎(chǔ)設(shè)施和感知設(shè)備，信息資源體系，智慧支撐平臺。

2基于大數(shù)據(jù)的智慧環(huán)保

2.1遼寧環(huán)保大數(shù)據(jù)發(fā)展面臨的問題

從遼寧省智慧環(huán)保建設(shè)考慮大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展面臨的困擾。一是大量的歷史數(shù)據(jù)，其真實(shí)性、準(zhǔn)確性都很低，不同部門間的數(shù)據(jù)存在很多差異、矛盾，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)需要清理、凈化；二是從事數(shù)據(jù)挖掘、分析的專業(yè)人才極度短缺，大數(shù)據(jù)深度挖掘分析工作仍面臨極大挑戰(zhàn)；三是各類環(huán)境要素的前端感知設(shè)備投入不足，監(jiān)測點(diǎn)位數(shù)量很少，數(shù)據(jù)采集的廣度和深度不夠，數(shù)據(jù)獲取的覆蓋度和動態(tài)性均滿足不了實(shí)際管理需要；四是環(huán)境信息化整體發(fā)展水平不高，數(shù)據(jù)分析內(nèi)容、數(shù)據(jù)分析模型、數(shù)據(jù)分析方法、數(shù)據(jù)分析標(biāo)準(zhǔn)等不明確；五是這些環(huán)境數(shù)據(jù)如何為預(yù)測預(yù)報以及決策分析提供服務(wù)，管理者、決策者、研究者、公眾需要的數(shù)據(jù)有什么區(qū)別，以及如何對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析等相關(guān)問題，遼寧省相關(guān)部門還沒有解決這類問題的經(jīng)驗(yàn)，這將是下一步攻克的重點(diǎn)。

2.2環(huán)保大數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵技術(shù)

大數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)[5- 6]一般包括：大數(shù)據(jù)收集、分析、應(yīng)用、共享、儲存。

第一，大數(shù)據(jù)的收集。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將海量數(shù)據(jù)收集起來并存儲于設(shè)備上。為了獲取更多更準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)收集的時間頻度要大一些，盡可能收集全面的數(shù)據(jù)，而非樣本數(shù)據(jù)。

第二，大數(shù)據(jù)的分析。通過大數(shù)據(jù)技術(shù)從大量結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)中，挖掘、分析、攫取出有用的信息，這是對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析方法的極大擴(kuò)充。

第三，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用。大數(shù)據(jù)應(yīng)用的根本是預(yù)測[7]。政府、環(huán)保機(jī)構(gòu)等相關(guān)決策人員，需要一種更科學(xué)的思維方式和一套更完美的解決方案，建立相關(guān)數(shù)據(jù)分析模型，尋找相關(guān)性，掌握問題發(fā)展的趨勢。

第四，大數(shù)據(jù)的共享。政府部門、環(huán)保機(jī)構(gòu)各部門之間，只有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)公開、信息共享，才能掌握所有數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)智能聯(lián)動。

第五，大數(shù)據(jù)的儲存。結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，可以存放在各類型的數(shù)據(jù)庫中，而非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，如視頻、音頻、圖片、文檔，可以以文件的格式來存儲。為防止數(shù)據(jù)丟失、泄密和被篡改，要做好數(shù)據(jù)的容災(zāi)、備份，同時要防止數(shù)據(jù)跨境流動。

最后，還要減少資源浪費(fèi)，避免重復(fù)建設(shè)。目前各地耗費(fèi)大量資金建立容災(zāi)中心、云計算中心等，而實(shí)際存儲的數(shù)據(jù)不到200T，一個機(jī)柜就可以存儲容納。我們需站在以小成本解決大問題的角度，用新科技助力環(huán)保大事業(yè)。

針對遼寧省環(huán)保大數(shù)據(jù)發(fā)展現(xiàn)狀，應(yīng)當(dāng)從智慧環(huán)保的實(shí)際需求出發(fā)，采取滿足智慧環(huán)保發(fā)展趨勢的措施，采集并集中數(shù)據(jù)，通過數(shù)字環(huán)保項(xiàng)目，建立各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)，逐步將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)電子化；轉(zhuǎn)變思維方式、創(chuàng)新工作方法，將信息對內(nèi)共享，對外公開，通過梳理，再造業(yè)務(wù)流程。隨著數(shù)據(jù)的不斷積累，運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)在云計算環(huán)境下分析、預(yù)測，得出精準(zhǔn)的決策，實(shí)現(xiàn)可視化的展示。

2.3大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用的新思路

環(huán)保大數(shù)據(jù)主要可應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)增長和環(huán)境保護(hù)的關(guān)系、污染源排放和環(huán)境質(zhì)量變化的關(guān)系、環(huán)境影響評價與環(huán)境目標(biāo)管理的關(guān)系、潛在環(huán)境風(fēng)險和環(huán)境安全的關(guān)系等方面。

在2015年全國“兩會”上，各地代表再次將關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)向環(huán)境問題，人大代表提出468件議案，其中有54件議案交由全國人大環(huán)境與資源保護(hù)委員會審議，此外還有近600件政協(xié)提案與環(huán)境相關(guān)。由此可以看出，隨著社會公眾與霧霾等惡劣天氣的頻繁接觸和極端天氣情況的屢次出現(xiàn)，環(huán)境保護(hù)已不再僅僅是環(huán)保機(jī)構(gòu)的職責(zé)，而是與全國所有人民息息相關(guān)的社會問題，需要政府、環(huán)保部門、企業(yè)、公眾等社會各方共同參與行動。面對日益復(fù)雜的環(huán)境污染形勢，怎樣利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段，改革現(xiàn)有的環(huán)境保護(hù)方法，創(chuàng)新環(huán)保解決方案，提高環(huán)境治理水平，從而化解新一輪環(huán)境危機(jī)[8]，是當(dāng)前和未來一段時間內(nèi)構(gòu)建現(xiàn)代化環(huán)境保護(hù)體系時不可忽視的重要課題。

當(dāng)前，主要思路是以大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測體系建設(shè)、大氣預(yù)報預(yù)警中心建設(shè)、生態(tài)監(jiān)測體系建設(shè)、監(jiān)測設(shè)備研發(fā)、監(jiān)測隊(duì)伍建設(shè)五項(xiàng)舉措為載體，提升數(shù)據(jù)資源的采集獲取能力，提高數(shù)據(jù)綜合分析和利用水平，充分挖掘數(shù)據(jù)資源的創(chuàng)新支撐潛力，促進(jìn)環(huán)境保護(hù)工作的創(chuàng)新升級，探索環(huán)境管理新模式。

大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠彌補(bǔ)采用傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及數(shù)據(jù)分析工具的不足。通過大數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)環(huán)保領(lǐng)域中以往不易被發(fā)現(xiàn)的各種相關(guān)性，預(yù)測到各種環(huán)境要素的多種變化趨勢，由此能夠更加具有針對性地制定環(huán)境污染防治策略，及時阻止發(fā)生新的環(huán)境破壞行為，將環(huán)境污染和破壞遏制在萌芽狀態(tài)，提煉新的環(huán)保創(chuàng)意，形成更科學(xué)、更與時俱進(jìn)的環(huán)保方案，使環(huán)境保護(hù)做到見微知著，一覽無余，使環(huán)保工作事半功倍。

以大數(shù)據(jù)在建設(shè)項(xiàng)目環(huán)評管理中的應(yīng)用為例，由于建設(shè)項(xiàng)目的系統(tǒng)性和復(fù)雜性，大數(shù)據(jù)挖掘?yàn)榄h(huán)評審批提供了新的提升路徑。大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以從龐大的數(shù)據(jù)庫中找到相關(guān)性顯著的關(guān)鍵指標(biāo)，并對環(huán)保大數(shù)據(jù)進(jìn)行深度智能分析、建模以及環(huán)境承載能力分析等，為決策者提供有效的信息支撐。

未來對大數(shù)據(jù)的挖掘分析還將應(yīng)用到大氣、河流、海洋、固廢管理等環(huán)保領(lǐng)域，對大氣環(huán)境、水質(zhì)健康、固廢處置、污染排放等提供更及時、更準(zhǔn)確、更科學(xué)、更多維的預(yù)測。同時也必須意識到，即使在大數(shù)據(jù)時代，對大數(shù)據(jù)的挖掘開發(fā)利用也僅提供了一種環(huán)境問題的解決手段，以便制定更有效的環(huán)保方案，但解決環(huán)境污染問題、改善環(huán)境現(xiàn)狀的關(guān)鍵，依然需要政府部門、企業(yè)以及社會公眾的共同努力。

2.4基于大數(shù)據(jù)的智慧環(huán)保解決方案

智慧環(huán)保是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與環(huán)境信息化相結(jié)合的概念，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把感應(yīng)器和裝備嵌入到各種環(huán)境監(jiān)控對象中，通過超級計算機(jī)和云計算將環(huán)保領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)整合起來，構(gòu)建一個開放性并集智能感知能力、人機(jī)互動智能處理能力、智慧專家指揮能力、專業(yè)政務(wù)工作綜合管理能力于一體的新一代智慧環(huán)保服務(wù)平臺，將大數(shù)據(jù)的采集、管理、分析及利用等優(yōu)點(diǎn)融為一體，并輔以其他業(yè)務(wù)管理平臺協(xié)助控制，做到環(huán)境決策科學(xué)化、管理體系化、服務(wù)公眾化、監(jiān)控可視化和排放減少信用化，以更加精細(xì)和動態(tài)的方式實(shí)現(xiàn)環(huán)境管理和決策，實(shí)現(xiàn)環(huán)境與人、經(jīng)濟(jì)乃至整個社會的和諧發(fā)展。

對于如何實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)全盤應(yīng)用，真正邁向智慧環(huán)保，遼寧省還有相當(dāng)長的路要走。結(jié)合遼寧省目前發(fā)展?fàn)顩r，建議重點(diǎn)考慮以下三項(xiàng)工作：

(1)大數(shù)據(jù)要從大局出發(fā)，通盤考慮，不能局限于自身的“一畝三分地”。例如省里做大數(shù)據(jù)，同時要考慮省、市、縣各級數(shù)據(jù)的聯(lián)通、互動，還要考慮與環(huán)保部數(shù)據(jù)的對接，否則就是無源之水、敝帚自珍。同時，還要考慮與氣象、水利、林業(yè)、工商、稅務(wù)等其他部門的對接協(xié)調(diào)，密切關(guān)注互聯(lián)網(wǎng)上的大量信息，視野一定要開闊。

(2)不斷加強(qiáng)環(huán)境信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，包括建立通暢的環(huán)境信息網(wǎng)絡(luò)傳輸體系，以及建立天、空、地一體化的環(huán)境監(jiān)測和監(jiān)控數(shù)據(jù)獲取體系，綜合利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、3S、云計算等技術(shù)，推進(jìn)環(huán)境自動化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，獲取更多實(shí)時動態(tài)的環(huán)境大數(shù)據(jù)。

(3)建設(shè)并不斷完善環(huán)境大數(shù)據(jù)資源中心，加強(qiáng)各項(xiàng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)梳理和融合，逐步消除部門信息資源壟斷，構(gòu)建環(huán)境信息資源共享與服務(wù)體系，提供多層次、全方位的環(huán)境信息資源服務(wù)。同時以信息資源中心的整合建設(shè)為契機(jī)，大力培養(yǎng)大數(shù)據(jù)分析人才，管理和開發(fā)利用環(huán)境信息資源，深度挖掘信息資源的應(yīng)用價值。可率先在環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境應(yīng)急、監(jiān)察執(zhí)法、環(huán)境影響評價等重要領(lǐng)域推動大數(shù)據(jù)應(yīng)用[9]，探索大數(shù)據(jù)技術(shù)與實(shí)際需求相結(jié)合的管理模式和實(shí)現(xiàn)途徑。

同時，智慧環(huán)保應(yīng)當(dāng)避免大而全，要宏觀與微觀結(jié)合，穩(wěn)中求進(jìn)，堅(jiān)持全面推進(jìn)，重點(diǎn)突破。要能提供定制化服務(wù)，要落地，能實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化運(yùn)行。促進(jìn)環(huán)保部門內(nèi)部信息化資源的有效整合，逐步扭轉(zhuǎn)環(huán)境信息化各自為戰(zhàn)的不利局面，形成環(huán)保系統(tǒng)基礎(chǔ)信息庫(權(quán)威的“一套數(shù)”)，建立互聯(lián)互通的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境管理和信息公開，更好地服務(wù)于公眾社會，提升信息中心的地位，發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

3結(jié)語

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，深入推進(jìn)環(huán)境信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)由數(shù)字環(huán)保向智慧環(huán)保的邁進(jìn)，是當(dāng)代信息技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，也為新時期環(huán)境保護(hù)的科學(xué)發(fā)展提供了嶄新思路。采用大數(shù)據(jù)等新型技術(shù)支撐體系和智能化的環(huán)保決策手段，有效地推動了遼寧省環(huán)保大數(shù)據(jù)的持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)了環(huán)境多元數(shù)據(jù)的充分融合，解決了環(huán)境問題的統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)了對環(huán)境多樣化的監(jiān)控及管理，為公眾參與城市環(huán)境管理監(jiān)督監(jiān)察提供了有效途徑。

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New Thinking on Liaoning’s Smart Environmental Protection Based on Big Data

WANG Wei1, ZHU Jing-hai2

(1.Environment Monitor Center of Liaoning Province, Shenyang 110033, China;2.Department of Environmental Protection of Liaoning Province, Shenyang 110033, China)

Abstract:“Smart environmental protection” is mainly based on new technologies such as big data. It is an extension and great change of the “digital environmental protection”. The development from “digital environmental protection” to “smart environmental protection” is described in this paper. By summarizing key big data technologies and the current problems in environment big data, new ideas about big data application in environmental protection and smart environmental protection solutions for Liaoning are proposed.

Key words:big data; digital environmental protection; smart environmental protection; Liaoning

收稿日期：2016-02-22

作者簡介：王威(1977—)，男，山東安丘人，高級工程師，碩士，主要從事環(huán)境信息化及污染源自動監(jiān)控，E-mail：Weiwang007@qq.com

DOI:10.14068/j.ceia.2016.02.009

中圖分類號：X3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-6444(2016)02-0036-04