水污染防治技術(shù)信息網(wǎng)格建設(shè)研究

熊 鋒

（蘇州蘇水工程設(shè)計咨詢有限公司，江蘇 蘇州 215000）

引言

近年來，在生態(tài)文明思想指導(dǎo)下，各行業(yè)諸領(lǐng)域普遍加強了水環(huán)境影響評價與水污染防治工程項目竣工環(huán)保驗收工作，并取得了一定成績。但是，由于水環(huán)境治理中的技術(shù)信息共享機制較差，各地區(qū)在實際開展水環(huán)境治理時，逐漸出現(xiàn)了對水污染技術(shù)信息網(wǎng)格建設(shè)的需求。當前，中國式現(xiàn)代化改革有必要依托統(tǒng)一大市場提供的便利條件，一方面借助信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)參與全球同行業(yè)競爭，另一方面在競爭過程中需加強相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新及發(fā)展。

1 水污染防治技術(shù)信息網(wǎng)格建設(shè)的必要性

1.1 從市場競爭分析

我國環(huán)境管理工作具有起步晚、發(fā)展速度快、規(guī)模大等基本特點，從國內(nèi)市場競爭的角度看，環(huán)保企業(yè)規(guī)模越大，其競爭優(yōu)勢越強。但是，在統(tǒng)一大市場條件下，競爭內(nèi)容發(fā)生了根本性變化，主要集中在“定價權(quán)”競爭和“供應(yīng)鏈”競爭方面[1]。具體而言，在前一種競爭方面，這類企業(yè)需要加強知識產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新才能真正參與到對行業(yè)體系管理標準制定權(quán)的爭奪之中，目前的知識產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新重點集中在水污染防治技術(shù)的創(chuàng)新層面；在后一種競爭方面，單獨的企業(yè)競爭優(yōu)勢并不明顯，需要從環(huán)保行業(yè)出發(fā)，結(jié)合供應(yīng)鏈把上游、中游、下游企業(yè)關(guān)聯(lián)起來，加強供應(yīng)鏈競爭，提高整體競爭優(yōu)勢，為單獨企業(yè)參與競爭提供保障。尤其是國際市場的供應(yīng)商與上游企業(yè)聯(lián)合開發(fā)水污染防治技術(shù)后，向國內(nèi)市場輸入的設(shè)備、技術(shù)等，具有一定的壟斷性，我國企業(yè)在供應(yīng)鏈諸環(huán)節(jié)的可營利空間相對較小。因而無論從知識產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新，還是擴增或營利空間看，當前均需加快水污染防治技術(shù)信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工作。

1.2 從產(chǎn)業(yè)升級分析

目前，在中國式現(xiàn)代化改革中明確了生態(tài)產(chǎn)業(yè)化與產(chǎn)業(yè)生態(tài)化的升級方向，各行業(yè)企業(yè)在該轉(zhuǎn)型方向指引下，為了更好地實現(xiàn)節(jié)能減排、環(huán)境保護、產(chǎn)出綜合效益，始終需加強環(huán)境信息系統(tǒng)建設(shè)，推進行業(yè)信息資源共享[2]。具體而言，2018年至今，在我國水環(huán)境技術(shù)信息化建設(shè)過程中，重點集中在水環(huán)境管理決策支持系統(tǒng)上，包括流域水環(huán)境管理、防洪決策等。從實踐經(jīng)驗看，已產(chǎn)生了多種研究成果。例如，長江防洪決策支持系統(tǒng)、黃河防洪防凌決策支持系統(tǒng)、太湖流域防洪決策支持系統(tǒng)，以及針對水環(huán)境的環(huán)境影響評價和預(yù)測預(yù)警管理等。從筆者對相關(guān)知識的自主學(xué)習(xí)、同行交流及工作經(jīng)驗看，在當前數(shù)字孿生平臺建設(shè)中應(yīng)用“三庫體系”（數(shù)據(jù)庫、模型庫、知識庫），能夠達到預(yù)期的信息化建設(shè)目標。各行業(yè)企業(yè)應(yīng)在此基礎(chǔ)上，結(jié)合產(chǎn)業(yè)升級需求，在技術(shù)賦能路徑下持續(xù)推進水污染防治技術(shù)信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工作。

2 水污染防治技術(shù)信息網(wǎng)格的構(gòu)建與實現(xiàn)

水污染防治技術(shù)信息網(wǎng)格建設(shè)工作，主要是為了把所有節(jié)點數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，使相關(guān)人員可以從每個節(jié)點訪問整個信息網(wǎng)格中的其他節(jié)點數(shù)據(jù)，以更好地推進水污染治理[3]。從我國部分地區(qū)的區(qū)域信息網(wǎng)格建設(shè)經(jīng)驗看，構(gòu)建與實現(xiàn)高質(zhì)量水污染防治技術(shù)信息網(wǎng)格可以起到三重作用：（1）推動水污染防治技術(shù)創(chuàng)新，并在知識產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新路徑下，使我國企業(yè)在供應(yīng)鏈競爭中擴增國內(nèi)環(huán)保企業(yè)的可營利空間。（2）使國內(nèi)水污染治理技術(shù)評估標準化，進而健全現(xiàn)有技術(shù)評估機制。（3）在信息網(wǎng)格建成后把參建各方（包括環(huán)保部門、環(huán)保咨詢機構(gòu)、各行業(yè)企業(yè)等）統(tǒng)一納入信息網(wǎng)格平臺“應(yīng)用層”，形成供應(yīng)鏈競爭優(yōu)勢。同時，借助信息網(wǎng)格平臺建設(shè)，創(chuàng)建水污染防治技術(shù)共享機制，為參建各方?jīng)Q策提供科學(xué)依據(jù)等。本文將分別從數(shù)據(jù)集建設(shè)、信息網(wǎng)格虛擬組織、信息網(wǎng)格中心節(jié)點、異構(gòu)節(jié)點共享方式、信息訪問安全策略五個方面，對其構(gòu)成及實踐內(nèi)容做出具體分析。

2.1 數(shù)據(jù)集建設(shè)

2.1.1 綜合信息數(shù)據(jù)

水污染防治技術(shù)信息網(wǎng)格建設(shè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)資源結(jié)構(gòu)看，主要包括：（1）企業(yè)綜合信息數(shù)據(jù)；（2）生產(chǎn)工段技術(shù)數(shù)據(jù)；（3）廢棄物處理技術(shù)數(shù)據(jù)；（4）某些行業(yè)特性表數(shù)據(jù)。通常情況下，把前三種數(shù)據(jù)資源同構(gòu)后可充當“核心基礎(chǔ)表”，滿足大部分行業(yè)需求。同時，將最后一種數(shù)據(jù)資源作為特殊行業(yè)所需特殊表。例如，醫(yī)藥行業(yè)廢水處理設(shè)施及設(shè)計參數(shù)數(shù)據(jù)集、廢水處理單元凈化效果數(shù)據(jù)集；再如，腈綸行業(yè)裝置物料平衡數(shù)據(jù)集、裝置水平衡數(shù)據(jù)集等。建議在數(shù)據(jù)集建設(shè)方面，根據(jù)上述數(shù)據(jù)資源結(jié)構(gòu)，先編制企業(yè)總體概況表、企業(yè)環(huán)保概況表、其他節(jié)能減排措施表、生產(chǎn)工段信息表等，這樣做有利于將綜合信息數(shù)據(jù)表單化，為后續(xù)數(shù)據(jù)集的應(yīng)用、處理等提供必然條件。

2.1.2 水污染防治技術(shù)數(shù)據(jù)

水污染防治技術(shù)數(shù)據(jù)重點放在對污染數(shù)據(jù)集的建設(shè)方面，由于廢棄物中的廢水、廢氣、固體垃圾，均屬于水污染治理范疇，因而建議在實際的水污染防治數(shù)據(jù)集建設(shè)階段，盡可能分門別類地建立一張或多張廢棄物處理技術(shù)表，如廢水處理技術(shù)數(shù)據(jù)集、廢氣處理技術(shù)數(shù)據(jù)集、固廢處理技術(shù)數(shù)據(jù)集等，使污染防治技術(shù)數(shù)據(jù)表更加全面。尤其在部分特殊行業(yè)中，應(yīng)根據(jù)某些行業(yè)的實際情況，先制作常用的表單，再結(jié)合行業(yè)特殊性增加其他數(shù)據(jù)集。具體操作時，一般使用EXCEL表、XML表，或者在技術(shù)條件允許的情況下選擇SQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)建立數(shù)據(jù)庫，加強數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析，提高污染防治技術(shù)數(shù)據(jù)集建設(shè)質(zhì)量。

考慮到我國現(xiàn)階段水污染防治信息網(wǎng)格建設(shè)現(xiàn)狀，建議實踐中先選擇典型水污染行業(yè)，再對應(yīng)水污染防治技術(shù)確定相關(guān)的主流元數(shù)據(jù)標準，進而在元數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上將所有表單整合到一張“元數(shù)據(jù)基本信息表”中[4]。例如，部分地區(qū)已經(jīng)應(yīng)用的BAT特征信息表與子信息表、ETV元數(shù)據(jù)表等，均能夠保障數(shù)據(jù)資源結(jié)構(gòu)的完整性與應(yīng)用時的有效性。需要指出的是，信息表中包括了若干數(shù)據(jù)集，編制此類表單時，工作人員應(yīng)提前做好水污染防治要素清單的編制，并一一檢查水污染防治指標，確保編制的表單內(nèi)容滿足全面性要求。

2.2 信息網(wǎng)格虛擬組織

數(shù)據(jù)集建設(shè)工作是水污染防治技術(shù)信息網(wǎng)格構(gòu)建與實現(xiàn)的必要條件，在此基礎(chǔ)上應(yīng)進一步構(gòu)建信息網(wǎng)格虛擬組織并保障其實施。通常而言，工作人員在設(shè)計虛擬組織的過程中，應(yīng)對相關(guān)單位的管理體制進行具體分析，兼顧各節(jié)點數(shù)據(jù)資源單獨管理意愿，進而設(shè)計適用性較高的組織。例如，在當前階段，工作人員可以選擇Local LDAP把節(jié)點元數(shù)據(jù)存放起來，再根據(jù)實際區(qū)域（如國家、省、市等）將其組織到同一個Global LDAP中，這樣做可以實現(xiàn)各節(jié)點數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，達到數(shù)據(jù)共享要求。以我國為例，把中國環(huán)境科學(xué)研究院節(jié)點作為Global LDAP主節(jié)點，將它與其他子節(jié)點關(guān)聯(lián)后可建立所需的虛擬組織（如圖1）。具體關(guān)聯(lián)中每個節(jié)點選擇Information Grid Service作為支撐技術(shù)，利用其中的動態(tài)地組建或撤銷（Register Agent/Unregister Agent）功能，并在設(shè)置好節(jié)點訪問權(quán)限的前提下，實現(xiàn)主節(jié)點對子節(jié)點的直接動態(tài)調(diào)用與控制等。

圖1 水污染防治技術(shù)信息網(wǎng)格虛擬組織示意

2.3 信息網(wǎng)格中心節(jié)點

按數(shù)據(jù)集→信息表→數(shù)據(jù)庫建設(shè)思路，可以在元數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，將所有信息表編制成數(shù)據(jù)庫。例如，在信息網(wǎng)格中心節(jié)點方面可選擇如下技術(shù)：（1）門戶網(wǎng)站集成技術(shù)；（2）目錄服務(wù)技術(shù)；（3）計算機可視化技術(shù)；（4）數(shù)據(jù)庫技術(shù)；（5）地理信息系統(tǒng)等。然后，在建立數(shù)據(jù)庫時，根據(jù)實際的水污染防治需求選擇最佳的可行技術(shù)，并結(jié)合相關(guān)標準（環(huán)境標準、排放標準）與要求（如政策法規(guī)、設(shè)備與裝置、示范工程等）等創(chuàng)建所需數(shù)據(jù)庫。最后，建立網(wǎng)上發(fā)布機制，并設(shè)置相關(guān)的查詢、檢索、咨詢等服務(wù)功能，使信息網(wǎng)格中心節(jié)點構(gòu)建后，滿足新時期達標排放與節(jié)能減排需求。

首先，主節(jié)點控制主體應(yīng)包括政府部門、科研機構(gòu)、企業(yè)、公眾，將其設(shè)置為應(yīng)用層。

其次，水污染防治系統(tǒng)方面，應(yīng)納入BAT技術(shù)推廣系統(tǒng)、ETV技術(shù)認證推廣系統(tǒng)、技術(shù)共享系統(tǒng)、設(shè)備裝置信息系統(tǒng)、流域突發(fā)事件預(yù)警方案系統(tǒng)、示范工程系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、專家在線系統(tǒng)、社會經(jīng)濟信息系統(tǒng)、流域基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)等，并將其分為兩大系統(tǒng)：（1）網(wǎng)格虛擬數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（Information Grid Service）；（2）主節(jié)點附屬數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（Web Service）[5]。

再次，在前一個系統(tǒng)下設(shè)置污染防治技術(shù)信息網(wǎng)格部分，構(gòu)建以數(shù)據(jù)庫層（BAT、ETV、污染防治技術(shù)、非結(jié)構(gòu)化污染防治技術(shù)資料）→注冊/調(diào)用→虛擬化軟件層（信息網(wǎng)格中間件）→查詢（統(tǒng)一接口）/調(diào)用→網(wǎng)格虛擬數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)層→應(yīng)用層為主的系統(tǒng)架構(gòu)。在后一個系統(tǒng)下設(shè)置主節(jié)點附屬的其他Web Service功能模塊，具體設(shè)置以流域數(shù)據(jù)庫層（流域水環(huán)境、地理信息及其他子課題數(shù)據(jù)庫等）→水污染防治數(shù)據(jù)庫（如非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)資料、示范工程、設(shè)備裝置、政策法規(guī)、突發(fā)事件、環(huán)境標準與排放標準等）→查詢/調(diào)用→主節(jié)點附屬數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)層→應(yīng)用層為主的系統(tǒng)架構(gòu)。

最后，通過通訊關(guān)聯(lián)使兩大系統(tǒng)之間形成關(guān)聯(lián)與互動，保障信息網(wǎng)格中心節(jié)點系統(tǒng)在一個“大平臺+小系統(tǒng)”框架下獲得有效應(yīng)用。

2.4 異構(gòu)節(jié)點共享方式

水污染防治技術(shù)信息網(wǎng)格建設(shè)完成中心節(jié)點設(shè)置后，一方面需對其中沒有建立元數(shù)據(jù)的個別水污染防治技術(shù)數(shù)據(jù)庫節(jié)點進行標準化處理，另一方面應(yīng)遵循已建元數(shù)據(jù)標準，確保其他水污染防治技術(shù)達到相關(guān)標準要求。通常情況下，為了確保異構(gòu)節(jié)點能夠適用已建元數(shù)據(jù)標準，應(yīng)選擇數(shù)字孿生技術(shù)保障異構(gòu)元數(shù)據(jù)獲得共享。

例如，部分地區(qū)應(yīng)用Mobile Agents與元數(shù)據(jù)映射技術(shù)后，可以滿足異構(gòu)節(jié)點共享要求。假定中國環(huán)境科學(xué)研究院為主節(jié)點，元數(shù)據(jù)異構(gòu)節(jié)點為A、B，此時可以將主節(jié)點與A、B子節(jié)點關(guān)聯(lián)起來，實現(xiàn)元數(shù)據(jù)異構(gòu)節(jié)點間的共享[6]。具體而言，元數(shù)據(jù)異構(gòu)節(jié)點A、B中，均包括四個部分：（1）Register Agent；（2）Judge Agent；（3）Mapping Agent；（4）LDAP Agent。其中，Mapping Agent中的原Local LDAP和副本Local LDAP之間存在映射關(guān)系，元數(shù)據(jù)字段映射模塊與字段轉(zhuǎn)化模塊之間存在共享關(guān)系，此時可以利用該功能實現(xiàn)原節(jié)點對副本節(jié)點的調(diào)用、修改、復(fù)制等操作，實現(xiàn)主節(jié)點元數(shù)據(jù)與異構(gòu)元數(shù)據(jù)之間的同構(gòu)目標。

2.5 信息訪問安全策略

水污染防治技術(shù)信息網(wǎng)格建設(shè)工作完成后，需要配套設(shè)置信息訪問安全策略才能確保其安全運營。目前，通常采用兩大步驟達到安全管理目標。第一個步驟是進行身份評估，具體操作時可以利用Globus安全基礎(chǔ)設(shè)施方案，在安全委托條件下設(shè)置SSL協(xié)議并進行擴展，確保本網(wǎng)格系統(tǒng)中大平臺與小系統(tǒng)之間的有效關(guān)聯(lián)。具體操作時，建議設(shè)置安全代理，一方面減少用戶數(shù)量，另一方面通過代理創(chuàng)建安全信任鏈，提高其安全性。第二個步驟是開展訪問控制評估，主要對實踐主體的權(quán)限進行全面評估與控制。例如，通常條件下可以把水污染防治技術(shù)分為若干等級，再根據(jù)知識產(chǎn)權(quán)分類劃分成公開查詢、不允許公開查詢等。目前，應(yīng)用LDAP時自帶有一個訪問控制安全模型，并結(jié)合訪問控制列表（Access Control List，ACL）實現(xiàn)對相關(guān)訪問的控制等。

3 水污染防治技術(shù)信息網(wǎng)格后續(xù)建設(shè)策略

3.1 以國內(nèi)市場為例

現(xiàn)階段，我國水污染防治技術(shù)信息網(wǎng)格建設(shè)處于初級階段，尚沒有實現(xiàn)信息化管理向數(shù)據(jù)化的轉(zhuǎn)型升級。在這種現(xiàn)實條件下，建議實踐主體設(shè)置短期目標、長遠目標，一方面以數(shù)據(jù)集建設(shè)→信息網(wǎng)格虛擬組織→信息網(wǎng)格中心節(jié)點→異構(gòu)節(jié)點共享方式→信息訪問安全策略為主要技術(shù)路徑落實短期目標，先完成“大平臺+小系統(tǒng)”的建設(shè)工作。另一方面在國際-國內(nèi)市場雙循環(huán)條件下，為其后續(xù)推廣應(yīng)用做好預(yù)留工作。從全球同類市場的實踐經(jīng)驗看，大多數(shù)國家會選擇兩種預(yù)留方式：（1）直接預(yù)留接口，與其合作國家或地區(qū)簽訂合同后，通過網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)方式將其系統(tǒng)接入到該平臺。（2）委托服務(wù)預(yù)留，不直接預(yù)留接口，而是采用“云服務(wù)”方式打包相關(guān)技術(shù)，以第三方服務(wù)機構(gòu)的形式向委托對象提供相關(guān)服務(wù)，包括水污染防治信息網(wǎng)格平臺咨詢服務(wù)、建設(shè)服務(wù)、運維管理服務(wù)等。

3.2 以國際市場為例

我國在水污染防治信息網(wǎng)格建設(shè)方面，隨著后續(xù)技術(shù)的發(fā)展必然會出現(xiàn)與國際間共享水污染防治技術(shù)的問題，在這種情況下，既要考慮到統(tǒng)一大市場中的競爭與合作，又要從知識產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新的角度探索適用于中國環(huán)保行業(yè)、環(huán)保企業(yè)參與同行業(yè)競爭與合作的方式，預(yù)防吃力不討好、技術(shù)泄漏等風(fēng)險。從當前其他國家的實踐經(jīng)驗與本土市場對未來的展望看，國際間共享污染防治技術(shù)信息網(wǎng)格建設(shè)任重而道遠。首先，我們要加強對國際異構(gòu)主節(jié)點間元數(shù)據(jù)同構(gòu)的研究。例如，我國要調(diào)用A國的元數(shù)據(jù)，此時牽涉到中國主節(jié)點與A國子節(jié)點的關(guān)系研究，中國主節(jié)點設(shè)置好后應(yīng)明確中國從“中轉(zhuǎn)節(jié)點”（相當于中國設(shè)置在A國有根節(jié)點）調(diào)用技術(shù)本身的現(xiàn)實情況。其次，應(yīng)構(gòu)建國際水污染防治技術(shù)信息網(wǎng)格虛擬組織，此時需充分研究中國與其他國家之間的跨國建構(gòu)主節(jié)點對等關(guān)系、特殊根節(jié)點設(shè)置情況等，確保設(shè)計方案能夠滿足相互合作時的安全性、適配性等。例如，應(yīng)用基于Mobile Agents跨國資源調(diào)用系統(tǒng)時，可以在系統(tǒng)中生成一個Security Agent，再通過完成任務(wù)后的“毀滅”確保傳遞安全證書的有效性。然后，將Query Agent發(fā)向Global LDAP，篩選相關(guān)元數(shù)據(jù)信息，并通過自我復(fù)制方式向用戶反饋與匯總，用戶判定所需信息后進行數(shù)據(jù)調(diào)用。具體操作時，用戶可以通過購買與免費服務(wù)兩種方式使用。例如，在離線方式下或在線方式下，直接免費使用部分基礎(chǔ)功能，或者直接購買所需的具有知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)等。

4 結(jié)語

總之，水污染防治技術(shù)在現(xiàn)代水環(huán)境治理工作中始終發(fā)揮著不可取代的作用，在新時期水環(huán)境高質(zhì)量建設(shè)與水污染高水平防治過程中，建議各行業(yè)諸領(lǐng)域結(jié)合市場競爭、產(chǎn)業(yè)升級，認真分析建設(shè)相關(guān)信息網(wǎng)絡(luò)的必要性，并在此基礎(chǔ)上做好本土市場的信息網(wǎng)格構(gòu)建與實現(xiàn)工作。考慮到統(tǒng)一大市場中兩大市場的雙循環(huán)與雙流通有所加快，建議在后續(xù)建設(shè)過程中，一方面立足國內(nèi)市場，完善其信息網(wǎng)絡(luò)，擴大技術(shù)要素配置比例；另一方面將國內(nèi)市場與國際市場關(guān)聯(lián)起來，為后續(xù)水污染防治技術(shù)的推廣應(yīng)用等奠定堅實基礎(chǔ)，并嘗試探索基于知識產(chǎn)權(quán)售賣之路的新型營利模式等。