基于云鏈技術的智慧環(huán)境系統(tǒng)構(gòu)建

孫凱

摘要：云計算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等技術的興起為各級政府環(huán)境信息化建設提供了創(chuàng)新發(fā)展思維邏輯和技術工具。通過調(diào)研z市在完善全市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡、實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測信息集成共享、建立生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與監(jiān)管聯(lián)動機制和完善核心業(yè)務的信息化應用四個方面的需求和目標，提出了基于“云計算+區(qū)塊鏈”的基礎架構(gòu)，構(gòu)建包括生態(tài)環(huán)境決策支持平臺、生態(tài)環(huán)境業(yè)務管理平臺、生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)平臺、生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)平臺、IOT賦能平臺、運營維護平臺以及基礎設施平臺的智慧環(huán)境系統(tǒng)，最后對系統(tǒng)實施的效益和風險進行了探析。

關鍵詞：云鏈技術;智慧環(huán)境系統(tǒng);環(huán)境信息化;架構(gòu)

引言

人類社會正在從信息化走向數(shù)字化和智能化，隨著云計算、大數(shù)據(jù)和區(qū)塊鏈等新興技術在生態(tài)保護領域的深入應用，科技對于環(huán)境保護的作用被不斷強化，智慧環(huán)境系統(tǒng)建設亟待啟動。智慧環(huán)境系統(tǒng)是環(huán)境信息化發(fā)展的新階段，可以在環(huán)評質(zhì)量監(jiān)測、污染源監(jiān)控、環(huán)境應急管理、排污管理、污染投訴處理平臺、環(huán)境信息發(fā)布平臺、放射源管理等方面為環(huán)保行政部門提供實時的監(jiān)測數(shù)據(jù)，提供行政處罰依據(jù)，有效提高環(huán)保部門的管理效率，提升環(huán)境保護效果，解決監(jiān)管任務繁重的問題，并實現(xiàn)環(huán)保移動辦公，移動執(zhí)法，移動公文審批，移動查看污染源監(jiān)控視頻等功能。

1、智慧環(huán)境系統(tǒng)構(gòu)建需求和目標

1.1構(gòu)建需求

以Z市為例，智慧環(huán)境系統(tǒng)構(gòu)建的需求表現(xiàn)在完菩全市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡、實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測信息集成共享、建立生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與監(jiān)管聯(lián)動機制和完善核心業(yè)務的信息化應用四個方面。

（1）完善全市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡

建設“天地空”立體式大氣環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡。在重點鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設大氣環(huán)境監(jiān)測標準站，重點區(qū)域開展大氣環(huán)境監(jiān)測微觀站加密布點，通過車載環(huán)境監(jiān)測設備對城市交通主干線兩側(cè)污染物進行監(jiān)測，接入住建部門重點施工工地揚塵噪聲在線監(jiān)測數(shù)據(jù)。

重點河流斷面建設地表水監(jiān)測標準站，監(jiān)控出入境河流水質(zhì)情況。在轄區(qū)內(nèi)河流重點排污口附近建設地表水監(jiān)測小型站，實時監(jiān)控區(qū)內(nèi)河流水質(zhì)變化情況，發(fā)生污染事件時及時上報，快速溯源，及時處理。

加強工業(yè)污染源監(jiān)測監(jiān)控。在原有污染源自動監(jiān)控系統(tǒng)上增加動態(tài)管控系統(tǒng)，實時監(jiān)測自動監(jiān)測設備的工作狀態(tài)和工作參數(shù)，防止監(jiān)測數(shù)據(jù)被人為篡改。對廢氣廢水重點污染源增設高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)控廢水企業(yè)站房、排污口、廢氣企業(yè)站房和煙囪排煙情況。

（2）實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測信息集成共享

建立云鏈共享中心，通過對各自獨立的數(shù)據(jù)源進行整合、處理和開放，充分挖掘數(shù)據(jù)價值。

建立信息發(fā)布平臺，及時準確發(fā)布全市污染源監(jiān)測信息，提高政府環(huán)境信息發(fā)布的權(quán)威性和公信力，保障公眾知情權(quán)。

構(gòu)建生態(tài)環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)平臺。建設污染源監(jiān)控指揮調(diào)度中心，對現(xiàn)有污染源監(jiān)控業(yè)務子系統(tǒng)進行有機整合，實現(xiàn)污染源監(jiān)控、業(yè)務管理數(shù)據(jù)互聯(lián)、互通、互用，實現(xiàn)污染源監(jiān)控工作的統(tǒng)一指揮和調(diào)度。

（3）建立生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與監(jiān)管聯(lián)動機制

為考核問責提供技術支持。通過建設環(huán)保網(wǎng)格化監(jiān)管平臺、信訪管理平臺，完善生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評估指標體系。

實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與執(zhí)法聯(lián)動。結(jié)合網(wǎng)格化管理方式，建立監(jiān)測與監(jiān)管執(zhí)法聯(lián)動快速響應機制，實施生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與生態(tài)環(huán)境執(zhí)法有效聯(lián)動。

（4）完善核心業(yè)務的信息化應用

建立與監(jiān)測與執(zhí)法業(yè)務系統(tǒng)配套的輔助系統(tǒng)，包括污染企業(yè)相關的一企一檔，企業(yè)環(huán)境信用評級系統(tǒng)、建設項目審批（備案）及輔助決策系統(tǒng)。

建立社會公眾參與機制，通過開放app公眾舉報、瀏覽信息發(fā)布平臺內(nèi)容等方式了解環(huán)保知識、問題處理情況。

1.2構(gòu)建目標

形成“天地空”立體式環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡，加強污染源監(jiān)測與管控，整合全市污染源在線監(jiān)控網(wǎng)絡，監(jiān)測數(shù)據(jù)系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)共享，為生態(tài)環(huán)境監(jiān)管提供有效服務，使生態(tài)環(huán)境監(jiān)測能力與生態(tài)文明建設需求相適應。

搭建智慧環(huán)保支撐體系，構(gòu)筑智慧環(huán)保應用創(chuàng)建環(huán)保數(shù)據(jù)中心、信息共享平臺、大數(shù)據(jù)輔助決策分析。利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等信息化技術，全面監(jiān)測全市污染源、水環(huán)境、大氣環(huán)境、土壤環(huán)境的質(zhì)量情況。當監(jiān)測數(shù)據(jù)超標時，系統(tǒng)自動向不同的責任人發(fā)送告警短信，責任人將會在第一時間內(nèi)收到告警信息，通過大數(shù)據(jù)分析，知曉影響生態(tài)環(huán)境的因素，并迅速定位污染源頭，實現(xiàn)對z市生態(tài)環(huán)境的預先感知、分析、治理。

2、系統(tǒng)總體架構(gòu)設計

2.1系統(tǒng)設計思路

智慧環(huán)境系統(tǒng)的架構(gòu)設計緊緊圍繞打造一個充滿智慧并能夠?qū)崿F(xiàn)自感知、自學習、自進化的生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)智慧平臺，設計保證各應用系統(tǒng)的持續(xù)擴展、互通、升級的能力，并充分考慮可信和實用。由此，系統(tǒng)設計使用“云計算+區(qū)塊鏈”的基礎架構(gòu)，云鏈技術的整體實施原則為“宜云則云，宜鏈則鏈”、“直屬上云，合作上鏈”、“管理上云，服務上鏈”。

（1）宜云則云，宜鏈則鏈

系統(tǒng)內(nèi)部包含環(huán)評系統(tǒng)、移動執(zhí)法系統(tǒng)、排污權(quán)交易系統(tǒng)等數(shù)據(jù);系統(tǒng)外部包含住建局、交通局、氣象局等數(shù)據(jù)。所有的數(shù)據(jù)沒有必要全部接人到一個數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)共享?？梢怨蚕淼臄?shù)據(jù)是各自所需的數(shù)據(jù)，且這些數(shù)據(jù)要通過共識機制建立起來，這是區(qū)塊鏈的一個優(yōu)勢，可以通過建立一套體系，把上鏈的數(shù)據(jù)通過智能合約的形式管理起來，哪些數(shù)據(jù)可以上鏈，哪些數(shù)據(jù)不用上鏈，也就是“宜云則云，宜鏈則鏈”，在管理層面上采用智能合約、共識機制的方式作為鏈上管理的機制，其它的數(shù)據(jù)源“宜云則云，宜鏈則鏈”，云鏈結(jié)合快速形成一個大數(shù)據(jù)庫。

（2）直屬上云，合作上鏈

可采用的環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)部信息化數(shù)據(jù)是有限的，大量環(huán)境信息化需要的數(shù)據(jù)是外部的，如來自企業(yè)的污染源信息，來自小區(qū)的生活源信息，來自交警的交通源信息，來自城管的餐飲油煙信息，這些數(shù)據(jù)很難也不需全部接人到環(huán)境系統(tǒng)里，可以采用公網(wǎng)加密的形式用前置機把需要的數(shù)據(jù)鏈入，即將環(huán)境系統(tǒng)直屬的系統(tǒng)數(shù)據(jù)上云，環(huán)境系統(tǒng)合作部門數(shù)據(jù)上鏈。

（3）管理上云，服務上鏈

主要體現(xiàn)在公眾信訪投訴舉報信息在鏈上能全部推送到相關部門，到網(wǎng)格員及各個相關部門，且執(zhí)行情況不可篡改，大大減少了轉(zhuǎn)接傳達環(huán)節(jié)，環(huán)保局內(nèi)部對相關人員的管理可以通過上云登錄oA進行，環(huán)保局對公眾服務的數(shù)據(jù)上鏈。

云鏈結(jié)合實際上把外因、內(nèi)因，直屬、合作，管理、服務這些方面統(tǒng)一在大數(shù)據(jù)平臺上。環(huán)保工作更多的是實現(xiàn)平臺數(shù)據(jù)共享以后，從以前的層層接力到今后的數(shù)據(jù)共享，分工協(xié)作各取所需。

2.2系統(tǒng)總體架構(gòu)

智慧環(huán)境系統(tǒng)（如下圖1所示）包括生態(tài)環(huán)境決策支持平臺、生態(tài)環(huán)境業(yè)務管理平臺、生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)平臺、生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)平臺、IOT賦能平臺、運營維護平臺以及基礎設施平臺。

本系統(tǒng)采用區(qū)塊鏈技術做為底層架構(gòu)支撐，基于區(qū)塊鏈的生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)平臺是一個基于云鏈架構(gòu)基礎之上的弱中心化的、可信任的、可靠安全的底層架構(gòu)并具有良好的隱私保護性與可維護性，提供數(shù)據(jù)支撐。

在平臺建設完成后，聯(lián)盟內(nèi)各成員使用時只需要按照其應用程序接口規(guī)范調(diào)用所需服務資源即可，為了達到這個目標，本系統(tǒng)的設計與建設需要嚴格遵循如下原則：

（1）弱中心化

使用分布式計算和存儲，在一個分布有眾多節(jié)點的系統(tǒng)中，節(jié)點之間可以自由連接，任意節(jié)點的權(quán)利和義務都是均等的、階段性的，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)塊由系統(tǒng)中所有具有維護功能的節(jié)點來共同維護。

（2）先進性

按照高起點高標準進行系統(tǒng)設計，引入云計算、區(qū)塊鏈和分布式記賬等先進理念進行基礎架構(gòu)。

（3）標準性、開放性

系統(tǒng)所采用的相關標準必須符合國際標準。系統(tǒng)是開放的、透明的，除用戶持有的獎勵和交易被加密，區(qū)塊鏈的帳本對所有節(jié)點公開，任意節(jié)點都可以通過公開的接口查詢區(qū)塊數(shù)據(jù)。

（4）自治性

由于采用基于協(xié)商一致的規(guī)范和協(xié)議，整個系統(tǒng)中的所有節(jié)點能夠參與評價投訴和信訪信息的可靠性，合理利用“群眾的力量”進行虛假信息的監(jiān)督。

（5）信息不可篡改

一旦信息經(jīng)過驗證并添加至區(qū)塊鏈，就會永久的存儲起來，除非能夠同時控制住系統(tǒng)中多數(shù)的節(jié)點，否則單個節(jié)點上對數(shù)據(jù)庫的修改是無效的，因此區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和可靠性極高。

（6）隱私性

參與監(jiān)督的群眾可匿名注冊信息，防止舉報后帶來的打擊報復，減少公眾參與的擔憂。

（7）數(shù)據(jù)安全和共享

敏感數(shù)據(jù)經(jīng)過專業(yè)和數(shù)學論證的對稱加密算法進行保護，并可根據(jù)業(yè)務情況靈活調(diào)整數(shù)據(jù)共享方式，如數(shù)據(jù)共享、接口共享等。云鏈作為見證者和管理者，即可防止意外災難導致的數(shù)據(jù)損毀，也可統(tǒng)一管理共享權(quán)限。

（8）擴展性

系統(tǒng)應適應各相關業(yè)務部門、人員以及業(yè)務流程調(diào)整的需求;系統(tǒng)應能滿足與其他業(yè)務部門、其它應用系統(tǒng)對信息共享和整合的需要。區(qū)塊鏈共享網(wǎng)絡組成后，通過動態(tài)發(fā)布智能合約，可以持續(xù)擴展在此區(qū)塊鏈網(wǎng)絡上的場景，如在環(huán)保信息鏈內(nèi)，部門節(jié)點有很好的擴展性。

（9）穩(wěn)定性

應采取各種必要技術措施，保證政務業(yè)務具備有健壯的穩(wěn)定性，在保證性能的前提下，為所有業(yè)務提供7x24小時持續(xù)的支撐服務。

3、系統(tǒng)實施社會、經(jīng)濟效益和風險分析

3.1社會效益分析

（1）提高環(huán)境監(jiān)管和決策質(zhì)量。構(gòu)建智慧環(huán)境系統(tǒng)，有利于環(huán)保部門掌握充分的數(shù)據(jù)與分析結(jié)果，提高管理和決策的科學性，獲得較高的工作質(zhì)量。

（2）形成監(jiān)管合力和新型監(jiān)管機制。智慧環(huán)境系統(tǒng)的實施，實現(xiàn)政府部門之間互聯(lián)互通和業(yè)務協(xié)同，構(gòu)建以數(shù)據(jù)公開為基礎的監(jiān)管機制。

（3）促進環(huán)境保護綜合信息化水平提高。智慧環(huán)境系統(tǒng)的實施，能夠促進環(huán)境信息化建設投入，提升環(huán)境監(jiān)管信息化的水平，提高環(huán)保監(jiān)管能力。

（4）提高政府公共服務的質(zhì)量。環(huán)境監(jiān)管信息系統(tǒng)的實施，將促進政務公開化、行政服務化、管理透明化、決策民主化，提高社會和公眾的滿意度。 3.2經(jīng)濟效益分析

（1）通過綜合采用云計算、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術手段，實現(xiàn)了環(huán)境監(jiān)管的自動化、智能化、全覆蓋，節(jié)省大量的人力物力去進行實地操作，幫助管理部門及時做出反應，提高政府職能部門的辦事效率，減少環(huán)保工作人員的工作壓力，帶來了直接的經(jīng)濟效益。

（2）通過日常監(jiān)管力度的增加，促進排污企業(yè)的環(huán)境風險管理能力的提升;通過環(huán)境風險管理和應急響應能力的提升，能夠最大限度的降低環(huán)境污染事故造成的經(jīng)濟損失，帶來巨大的間接經(jīng)濟效益。

（3）通過系統(tǒng)實施，將促進數(shù)據(jù)共享技術的系統(tǒng)集成體系、智能前端設備等相關產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，同時也將帶動第三方運營、環(huán)境咨詢服務、環(huán)境信用通證等行業(yè)發(fā)展，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益。

3。3風險分析

本系統(tǒng)實施的風險主要體現(xiàn)在系統(tǒng)建設風險、基礎數(shù)據(jù)風險、運行風險等方面。

（1）系統(tǒng)建設風險

在應對方面，建議在市環(huán)境相關單位選取具有一定技術水平、豐富業(yè)務經(jīng)驗的人員把控整個項目建設，基于環(huán)境信息化建設項目實際情況編制需求分析報告。

（2）基礎數(shù)據(jù)風險

在應對方面，應結(jié)合業(yè)務的實際情況，進行充分的業(yè)務調(diào)研與業(yè)務分析，定制環(huán)境數(shù)據(jù)資源共建共享管理辦法等制度保障措施，明確數(shù)據(jù)的審核、供給、使用、發(fā)布的權(quán)限和責任，并完善相關數(shù)據(jù)的標準規(guī)范。

（3）系統(tǒng)運行風險

應對措施包括：實施策略層面，確保系統(tǒng)試運行滿足要求并且運行正常之后，再逐步推廣;技術層面，做好安全運行管理系統(tǒng)和備份系統(tǒng)的設計和建設，關鍵設備采用必要的冗余設計;應用層面，考慮客觀存在的人才、技術差異的因素，安排不同形式和內(nèi)容的技術培訓，提高工作人員系統(tǒng)應用水平。