以大數據驅動固體廢物管理創(chuàng)新的思考

文/環(huán)境保護部固體廢物與化學品管理技術中心 凌江 王波 溫雪峰

以大數據驅動固體廢物管理創(chuàng)新的思考

文/環(huán)境保護部固體廢物與化學品管理技術中心 凌江 王波 溫雪峰

我國固體廢物種類多、數量大，部分廢物具有一定的綜合利用價值。從環(huán)境風險角度來看，需要關注固體廢物生產、轉移、利用、處置等多個環(huán)節(jié)，一直是環(huán)境管理的難點。但以大數據和云計算為代表的新技術為推動固體廢物有效利用、提升環(huán)境風險防控能力提供了可能。

文章介紹了新加坡利用大數據關聯模型分析技術開展共生產業(yè)園區(qū)規(guī)劃和建設，以及江蘇省利用大數據和物聯網技術開展危險廢物轉移動態(tài)監(jiān)管的案例，分析了大數據應用在固體廢物管理方面的優(yōu)勢和存在的挑戰(zhàn)，為固體廢物管理大數據建設提出了初步設想。

未來固體廢物大數據的建設應圍繞《土壤污染防治行動計劃》，首先要服務社會，實現數據共享和信息公開；其次要服務于日常管理，固體廢物管理部門可以通過大數據應用輔助決策，落實簡政放權，實現智慧管理；再次要服務于環(huán)境應急，通過對固體廢物全生命周期的數據實時采集和動態(tài)分析，整合應急資源，服務應急救援。

黨中央、國務院高度重視大數據發(fā)展和建設。2015年7月，國務院印發(fā)《關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》[1]，提出利用物聯網、大數據開展信息采集、數據分析、流向監(jiān)測，優(yōu)化逆向物流網點布局，完善廢舊資源回收利用體系。

國務院近期發(fā)布的《土壤污染防治行動計劃》，明確提出要借助移動互聯網、物聯網等技術，拓寬數據獲取渠道，實現數據動態(tài)更新。環(huán)境保護部《生態(tài)環(huán)境大數據建設總體方案》[2]要求，要加強生態(tài)環(huán)境大數據綜合應用和集成分析，為生態(tài)環(huán)境保護科學決策提供有力支撐。

大數據是隨著人類社會產生的數據量的快速增長，以及信息化技術發(fā)展的產物。數據的爆炸式增長促成了大數據時代的到來[3]。

圖1 固體廢物年產生量增長趨勢

固體廢物環(huán)境風險高， 對人體的潛在危害大，一直是世界各國、各地區(qū)環(huán)境管理的重點。我國是目前世界上固體廢物產生量最多的國家。2014年，全國工業(yè)固體廢物產生量為32.6 億噸，是歐盟的2 倍，日本的30 余倍，其中人均產生量是日本的3 倍。

一、固體廢物管理工作特點

1.我國固體廢物管理和信息化現狀

我國在固體廢物法規(guī)制度、標準體系、設施能力、過程監(jiān)管等方面做了大量工作，對于防范環(huán)境風險、保障人體健康發(fā)揮了重要作用。

固體廢物管理的特點

不同于其他污染物，固體廢物具有二元性的特點。其本質屬性是污染性，同時具有資源性。在一定技術和市場條件下，可以轉換為資源。

有的廢物資源性明顯，通過再生利用可以得到與天然原料相同的品質，如廢銅、廢鋁、廢鋼鐵等。資源性較低的廢物如廢紙、廢塑料、廢橡膠等。

固體廢物同時具有隱蔽性和可移動性，具有潛在的環(huán)境風險。固體廢物的全生命周期涉及產生、貯存、轉移、利用、處置等多個環(huán)節(jié)。

因此，通過傳統(tǒng)的管理手段，難以準確掌握各個環(huán)節(jié)的信息，不利于環(huán)境風險防控和資源利用。

固體廢物信息化建設情況

為加強全國固體廢物環(huán)境管理能力建設，環(huán)境保護部建成了“全國固體廢物管理信息系統(tǒng)”。該系統(tǒng)覆蓋全國各級固體廢物管理部門，用戶可通過系統(tǒng)進行廢物進口核準、危險廢物申報登記等業(yè)務工作。

2015 年，環(huán)境保護部依托廢棄電器電子產品處理基金，初步建成“廢棄電器電子產品回收處理信息管理系統(tǒng)”，為電子廢物基金審核和日常監(jiān)管提供了信息化支撐。同時，部分省市為提高固體廢物環(huán)境管理的信息化水平，結合本地實際情況，建成了固體廢物管理信息系統(tǒng)和數據庫。

2.固體廢物管理面臨的挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)的管理方式已不能適應時代要求

我國現有固體廢物產生源管理主要采用申報登記制度。具體業(yè)務流程是企業(yè)填寫制式表格，由各級管理部門逐級審核批準，并對管理對象進行日常監(jiān)督檢查的模式。隨著時代的發(fā)展，這種管理模式逐漸顯現出審批周期長、效率低、企業(yè)填報負擔重、數據真實性有待提高等問題。

危險廢物轉移管理工作壓力大

按照現有的危險廢物轉移聯單管理要求，危險廢物轉移應填寫五聯單，每個危險廢物的轉移流程涉及到五個不同的管理部門和企業(yè)進行審核和確認。對于跨市、跨省轉移等業(yè)務，還需要經過不同地區(qū)環(huán)境管理部門審批。整個轉移過程涉及的審批和確認周期長、效率低，同時增加了企業(yè)時間成本和管理部門的工作壓力。

此外，現有管理方式無法掌握危險廢物轉移運輸的路線、車輛實時位置、路線周邊環(huán)境敏感目標、應急隊伍和應急倉庫等信息，不利于快速有效的開展危險廢物預警和應急工作。

圖2 現有危險廢物轉移聯單管理業(yè)務流程

基礎數據支撐不足

現有的信息系統(tǒng)主要采集企業(yè)填報，并由各級管理部門匯總和上報的申報登記數據，其中一些是年報或季報數據。另外，還有部分數據由于各種原因未納入申報登記范圍。這就造成基礎數據的時間、空間、數量等維度不足，數據的密度和效率低，難以形成大數據分析所必要的基礎數據支撐。

未完全實現數據開放和共享

現有的部分信息系統(tǒng)還存在“信息孤島”和“數據煙囪”現象，各業(yè)務系統(tǒng)的數據無法實現便捷的開放和共享。這種情況不利于生態(tài)環(huán)境大數據平臺的建設，也不符合大數據的開放精神。

二、大數據建設提升固廢管理能力

1.固體廢物應用大數據管理的優(yōu)勢

固體廢物管理需求契合大數據4V特點

由于固體廢物產生量和增長量巨大，固體廢物企業(yè)數量眾多，從而在固體廢物產生、貯存、轉移、處置和利用等環(huán)節(jié)會產生海量的數據規(guī)模（Volume）。

另外，通過物聯網技術對危險廢物進行全過程實時監(jiān)管，可實現數據的快速和動態(tài)管理（Velocity）。同時，固體廢物的數據包括結構化數據，以及傳感器采集數據、GIS 數據、音頻視頻數據、點位數據等多種非結構化數據，符合大數據多樣性（Variety）的特點。

固體廢物大數據平臺建成后，可實現固體廢物公開、高效的網上交易，同時對管理部門提供決策支持，從而產生巨大的數據價值（Value）[4]。

大數據平臺促進固體廢物智慧管理

隨著信息技術的發(fā)展，原有管理模式應逐步向大數據管理轉變。這是一種由被動管理向主動和智慧管理的轉變。

傳統(tǒng)管理的流程是出現問題、邏輯分析、找出因果關系、提出解決方案，從而解決問題，是一種亡羊補牢的逆向思維管理。而大數據管理的流程是收集數據、量化分析、找出相互關系、提出優(yōu)化方案，從而避免出現問題。大數據的管理模式，是防患于未然的正向思維管理模式。這種模式是一種智能化的主動管理方式，是今后管理模式的發(fā)展方向[5]。

環(huán)保部固管中心正研究建設固體廢物管理大數據平臺。平臺建成后，可通過建立統(tǒng)一的標準規(guī)范、開放數據接口等方式，接入全國數十萬家固體廢物企業(yè)的真實數據，并通過數據模型進行動態(tài)跟蹤、匯總分析、預警預報和趨勢預測等大數據應用。

物聯網提升危險廢物轉移管理

隨著信息技術的發(fā)展和危險廢物管理要求的提升，物聯網已成為數據采集和實時監(jiān)管的重要手段。結合物聯網全面感知、可靠傳遞、智能控制的特征，以及處理不同設備之間的兼容性、海量數據實時處理等能力，從而構建一套穩(wěn)定、可靠、安全和可擴展的數據網絡體系[6]，可實現危險廢物從產生、貯存、運輸到處置的全過程實時動態(tài)監(jiān)管。

管理部門可通過物聯網大數據平臺實時掌握危險廢物的基本屬性、存放情況、轉移路線、實時點位、應急處置措施、周邊環(huán)境敏感區(qū)域、處置情況、利用情況等信息[7]。

圖3 共生工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)大數據解決方案

2.國內外固體廢物大數據建設實踐

新加坡工業(yè)共生大數據應用研究

新加坡正在利用大數據技術，開展工業(yè)共生生態(tài)系統(tǒng)及共生產業(yè)園區(qū)布局優(yōu)化的研究。工業(yè)共生是指在一個工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)（如產業(yè)園區(qū)）內企業(yè)通過交換資源、能源和廢物信息，達到減少廢物排放，降低企業(yè)成本等目的。

大城市的工業(yè)具有高密度和多樣性等特點，這為工業(yè)共生提供了更多的可能性，也促進了廢物的資源化過程。

為解決基礎數據不足的問題，研究人員通過網絡爬蟲技術搜集和利用現有的公開數據庫，構建大數據模型分析必要的企業(yè)信息、產品信息、經營財務信息、地理位置信息等基礎數據，并采用數據挖掘技術建立數字地圖。

在數據關聯分析方面，運用大數據方法，通過構建資源和廢物識別與評價模型，形成了工業(yè)共生網絡中資源、能源和廢物的實體關聯信息。通過生態(tài)網絡檢測和文本挖掘技術，進一步對各種廢物資源化的場景進行了深入分析。

研究人員以可持續(xù)發(fā)展的理念，結合企業(yè)原料、產品產量、生產工藝、廢物特點等因素，通過大數據關聯分析實現廢物產生企業(yè)和利用企業(yè)的科學匹配，合理規(guī)劃工業(yè)園區(qū)布局。在解決廢物轉移和處置問題的同時，也為利用企業(yè)提供了生產原料。通過合理規(guī)劃，在理論上可實現共生工業(yè)園區(qū)內廢物的零排放[8]。

江蘇省危險廢物動態(tài)管理系統(tǒng)

為加強對危險廢物監(jiān)控管理，江蘇省基于大數據和物聯網技術建成危險廢物動態(tài)管理系統(tǒng)。江蘇省環(huán)境保護部門通過與交通運輸管理部門共享危險廢物運輸數據，避免了重復建設。

系統(tǒng)采用數據驅動方法，在危廢車輛安裝物聯網實時監(jiān)控設備，并在24 小時不間斷的捕獲廢物信息、地理位置、圖像和視頻數據等數據信息，通過無線網絡發(fā)送到數據中心進行存儲和處理。目前每月的數據量達TB級，而且數據量還在快速增長。

如果在危險廢物轉移過程中發(fā)生突發(fā)事件，環(huán)保部門可利用信息系統(tǒng)快速確定運輸車輛位置、車型、號牌等信息，并通過大數據技術實時對該車輛的歷史行為、行車路線以及車輛營運公司、駕駛人等信息進行自動檢索和匹配。系統(tǒng)具備高性能的處理能力，可在5 秒內實現對超過10億條實際監(jiān)控數據進行大數據關聯分析，協(xié)助管理部門確定應急預案，開展應急工作。

三、固體廢物大數據建設的設想

盡管國內外都在積極開展固體廢物大數據的規(guī)劃和建設，但是現有的大數據建設方面還存在以下問題：一是依然存在基礎數據支撐不足的問題；二是信息公開、廢物資源化、輔助決策等功能不夠完善；三是部分系統(tǒng)還存在重復建設、安全性不高等問題。

大數據在固體廢物領域的應用是大勢所趨。未來的大數據應用重點將體現在以下幾個方面：

一是服務社會，實現數據共享和信息公開；二是服務于日常管理，固體廢物管理部門可以通過大數據應用輔助決策，落實簡政放權，實現智慧管理；三是服務于環(huán)境應急，通過對固體廢物全生命周期的數據實時采集和動態(tài)分析，整合應急資源，服務應急救援。

圖4 固體廢物大數據應用技術架構

固體廢物大數據服務社會

研究建設固體廢物大數據平臺，可對固體廢物環(huán)境管理工作提供重要的數據應用支撐。該平臺應充分利用環(huán)保云平臺和數據管理平臺等條件，做到與生態(tài)環(huán)境大數據平臺有機融合。在平臺的架構設計上，應充分考慮固體廢物管理和大數據的特點，具有開放性、前瞻性和擴展性。

固體廢物大數據平臺主要功能包括：基礎數據庫建設、標準規(guī)范體系、危險廢物物聯網數據采集和監(jiān)管、固體廢物大數據預警預報、固體廢物大數據BI展示和信息發(fā)布、固體廢物大數據關聯分析和趨勢預測等。

實現數據共享，促進信息公開

通過建設固體廢物大數據平臺和數據標準規(guī)范，可在不同信息系統(tǒng)、不同數據庫、不同數據類型之間，實現數據互聯、互通和互用。從而有效避免出現“信息孤島”和“數據煙囪”現象，提高數據的完整性、可靠性和可用性。

另外，通過建設向社會開放的數據共享門戶，不同用戶可獲得需要的數據產品和服務。

大數據實現廢物在線交易

通過研究構建固體廢物資源交易平臺，實現固體廢物資源化管理目標，實現陽光交易。交易平臺充分利用大數據技術優(yōu)勢，實現固體廢物產生企業(yè)、轉移企業(yè)、處置企業(yè)的自動信息分析和動態(tài)匹配，從而減少中間環(huán)節(jié)，降低交易成本，提高交易效率[9]。

落實簡政放權，減輕企業(yè)負擔

大數據平臺建成后，可實現企業(yè)統(tǒng)一身份認證和數據集中管理機制。企業(yè)一次提交數據可被多個相關業(yè)務系統(tǒng)使用，從而減輕企業(yè)負擔和管理部門壓力。此外，還可以避免重復建設，有利于節(jié)約財政資金，提高工作效率。

2.固體廢物大數據服務環(huán)境管理

國務院近期發(fā)布的《土壤污染防治行動計劃》提出，要利用環(huán)境保護、國土資源、農業(yè)等部門相關數據，建立土壤環(huán)境基礎數據庫和信息化管理平臺。借助移動互聯網、物聯網等技術加強數據共享，發(fā)揮土壤環(huán)境大數據在污染防治、城鄉(xiāng)規(guī)劃、土地利用、農業(yè)生產中的作用。

固體廢物大數據平臺建成后，可以綜合利用固體廢物產生、貯存、轉移、處置和利用等環(huán)境基礎數據，以及農業(yè)、國土、氣象、地質、水文、空間地理等相關部門關聯行業(yè)數據，并對企業(yè)信用數據進行深層挖掘，結合雙隨機調整不同信用等級企業(yè)的監(jiān)管頻次，提高違法行為發(fā)現幾率；

四是借助于河流流域或區(qū)域大氣環(huán)境質量的狀況和情況，以結果導向開展相應的執(zhí)法專項行動，并從環(huán)境質量的結果上判別污染來源和類型，為執(zhí)法起到精準打擊的作用。

3.提高參與宏觀決策的能力

未來，大數據有望作為支撐環(huán)境管理科學決策的重要手段，實現“用數據決策”。逐步接入所有已完成移動執(zhí)法系統(tǒng)建設省份的環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)察，環(huán)境質量、環(huán)境應急等環(huán)保系統(tǒng)全業(yè)務數據，啟動遙感、無人機等數據的接入建設，構建監(jiān)察大數據平臺，與衛(wèi)星遙感、重污染天氣、應急等數據形成聯動，形成天地空一體化環(huán)境移動執(zhí)法大數據平臺。利用大數據支撐環(huán)境形勢綜合研判、環(huán)境政策措施制定、環(huán)境風險預測預警、重點工作會商評估，提高生態(tài)環(huán)境綜合治理科學化水平，提升環(huán)境保護參與經濟發(fā)展與宏觀調控的能力。

［1］ 魏斌.大數據與環(huán)境“智”理［J］. 中國環(huán)境管理，2015，7（6）： 1-1.

［2］ 國務院. 促進大數據發(fā)展行動綱要［EB/OL］. （2015-09-05 ） ［2016-04-22］.http ： / / www . gov . cn/zhengce/ content/2015-09/05/content_10137.htm.

［3］ 環(huán)境保護部辦公廳. 生態(tài)環(huán)境大數據建設總體方案［EB/OL］.［2016-03-08］. http：//www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgt/201603/ t20160311_332712.htm

［4］ 趙恒心，任長順，黃彥玲.環(huán)境監(jiān)察信息化建設的新探索——遼寧省環(huán)境監(jiān)察移動執(zhí)法系統(tǒng)［J］. 環(huán)境保護，2015，43（6）： 70-72.

［5］ 程春明，李蔚，宋旭. 生態(tài)環(huán)境大數據建設的思考［J］. 中國環(huán)境管理，2015，7（6）： 9-13.

Thinking on promoting the innovation of solid waste management by big data